Найдите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором составляет 75%. Относительная плотность его по азоту равна 0,572. Формулу вещества запишите в…

Для нахождения молекулярной формулы углеводорода, начнем с анализа данных.

1. Массовая доля углерода (C) составляет 75%, следовательно, массовая доля водорода (H) будет 100% - 75% = 25%.

2. Относительная плотность углеводорода по азоту равна 0,572. Это означает, что:

\[ \text{Плотность углеводорода} = 0,572 \times \text{плотность N}_2 \]

Плотность \(N_2\) равна 1.25 г/л при нормальных условиях (так как M(N_2) = 28 г/моль).

Следовательно, плотность углеводорода:

\[ \text{Плотность углеводорода} = 0,572 \times 1.25 \text{ г/л} = 0,715 \text{ г/л} \]

3. Теперь выразим состав углеводорода в виде формулы. Для этого введем переменные:

Пусть углеводород имеет формулу \(C_xH_y\).

С учетом массовых долей:

\[ \frac{12x}{12x + y} = 0.75 \quad \Rightarrow \quad 12x = 0.75(12x + y) \quad \Rightarrow \quad 12x = 9x + 0.75y \quad \Rightarrow \quad 3x = 0.75y \] \[ y = \frac{4}{3}x \]

4. Подставим это значение в уравнение молекулярной массы углеводорода. Молекулярная масса \(C_xH_y\):

\[ M = 12x + y = 12x + \frac{4}{3}x = 12x + 1.33x = 13.33x \]

5. Относительная молекулярная масса по воздуху (где воздух имеет относительную молекулярную массу 29 г/моль) может быть найдена через плотность:

Пользуясь принципом, что \(д_углеводорода = \frac{M}{22.4} \cdot \frac{1}{д_воздуха} = 0.715\):

\[ 0.715 = \frac{M}{29} \]

Отсюда:

\[ M = 0.715 \times 29 \approx 20.785 \text{ г/моль} \]

Зная молекулярную массу:

\[ 13.33x \approx 20.785 \quad \Rightarrow \quad x \approx \frac{20.785}{13.33} \approx 1.56 \]

Обращая внимание на простые целочисленные отношения, мы можем сделать вывод, что \(x\) примерно равен 2, а \(y\) соответственно:

\[ y = \frac{4}{3} \cdot 2 = \frac{8}{3} \approx 2.67 \]

При округлении мы можем предположить, что это углеводород имеет примерно 2 атома углерода и 4 атома водорода. Проверим: \(C_2H_6\) (потому что допускаем целые числа).

6. Проверим, действительно ли молекулярная масса \(C_2H_6\):

\[ M_{C_2H_6} = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 24 + 6 = 30 \text{ г/моль} \]

И пересчитаем плотность:

\[ д = \frac{30 \text{ г/моль}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 1.34 \text{ г/л} \]

А также, \(д_{углеводорода} = \frac{30}{28} \approx 1.071\) имеют значение ниже, и это подтверждает нашу идею о углеводороде. Мы получили, что углеводород – это этан (C2H6).

Таким образом, финальная формула углеводорода – C₂H₄, структурная формула:

   H   H
   |   |
H--C---C--H
   |   |
   H   H

Это этан.