Циклоалкан массой 1,4 г может максимально присоединить 0,448 л (н.у.) водорода. Установите молекулярную формулу циклоалкана.

Для определения молекулярной формулы циклоалкана, давайте сначала определим, сколько водорода он может присоединить и какую формулу это предполагает.

Циклоалканы имеют общую формулу CₙH₂ₙ, где n — число углеродных атомов в кольце. У циклоалкана 1,4 г массы может быть определенно количество атомов углерода (C) и водорода (H), которое он может присоединить.

Сначала найдем количество молей присоединяемого водорода. Учитывая, что объем водорода равен 0,448 л при нормальных условиях (н.у.), мы можем использовать закон Авогадро, согласно которому 1 моль газа занимает 22,4 л при н.у. Таким образом:

Количество молей водорода (H₂): \[ n(H₂) = \frac{0,448 \, \text{л}}{22,4 \, \text{л/моль}} = 0,02 \, \text{моль} \]

Так как каждая молекула водорода (H₂) состоит из двух атомов водорода, количество моль водорода будет равным 0,02 моль. Следовательно, количество атомов водорода, которое присоединяется к циклоалкану, равно:

\[ 0,02 \, \text{моль} \times 2 = 0,04 \, \text{моль} \]

Теперь мы можем использовать информацию о массе циклоалкана для определения количества молей циклоалкана. Предположим, что его масса 1,4 г, и тогда, используя общую формулу CₙH₂ₙ, мы установим:

Пусть M — молекулярная масса циклоалкана. Известная масса составляет 1,4 г. Количество молей циклоалкана (CₙH₂ₙ): \[ n = \frac{m}{M} = \frac{1,4}{M} \]

На данном этапе мы знаем, что для циклоалкана в реакции с водородом должно быть добавление двух атомов водорода на один атом углерода.

Сравнивая количество молей водорода с количеством углерода в циклоалкане, мы можем вывести уравнение. Если в формуле CₙH₂ₙ количество водорода (H) будет 2n, то произведем связанные подсчеты. Для определенности пусть n = 3 (то есть C₃H₆ — циклопропан):

\[ \text{M(C₃H₆)} = 3 \times 12 + 6 \times 1 = 36 \, \text{г/моль} \]

Теперь мы можем проверить, как много моль будет в 1,4 г циклоалкана: \[ n = \frac{1,4}{36} \approx 0,0389 \]

Этот результат приблизительно равен 0,04 моль, что соответствует предположению о наличии 3 углеродов в структурной формуле. Таким образом, молекулярная формула циклоалкана будет C₃H₆, что соответствует циклопропану.

Таким образом, молекулярная формула циклоалкана: C₃H₆.