Гомолог бензола, массой 5,3 г сожгли, получив углекислый газ объемом 8,96 л. Определите формулу гомолога. Сколько изомеров может иметь это вещество. Напишите их структурные формулы.

Для решения задачи начнем с того, что нам необходимо узнать, какой гомолог бензола был сожжен, основываясь на предоставленных данных. Каждые гомологи бензола имеют формулу CₙH₂ₙ₊₂, где n — количество углеродных атомов. ### Шаг 1: Определение количества углерода в сожженном веществе 1. Используем закон сохранения массы и объем газа: - Из уравнения реакции сгорания углеводородов можем определить, что при сгорании 1 моля любого углеводорода образуется 1 моль CO₂ и 1 моль H₂O. 2. Известно, что 1 моль газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. - Мы получили объем CO₂ = 8,96 л. Для нахождения количества моль CO₂: \[ n(CO₂) = \frac{V}{V_{моль}} = \frac{8,96 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,4 \text{ моль} \] ### Шаг 2: Определим количество углеродов Из уравнения реакции: \[ \text{CₙH₂ₙ₊₂} + \text{O₂} \rightarrow n \text{CO₂} + \text{H₂O} \] Из этого уравнения видно, что мы получаем n моль углекислого газа (CO₂). Таким образом, количество углеродов в образце составляет: \[ n = 0,4 \] ### Шаг 3: Используем массу образца для определения формулы 1. Найдем количество углерода в граммах: - Молярная масса углекислого газа: \( M(CO₂) = 12 + 2 \times 16 = 44 \text{ г/моль} \). - Масса CO₂, которая образовалась: \[ m(CO₂) = n \times M(CO₂) = 0,4 \text{ моль} \times 44 \text{ г/моль} = 17,6 \text{ г} \] Но фактическая масса образца — 5,3 г, поэтому надо найти количество водорода. Теперь найдем количество водорода, поскольку каждый углерод (в гомологах бензола) приведет к образованию воды. При сгорании 0,4 моль углерода, для полного сгорания, нам необходимо: \[ \text{CO₂} \rightarrow H₂O \] Тогда количество H₂O будет равно количеству CO₂, то есть 0,4 моль. Молярная масса H₂O: \[ M(H₂O) = 2 + 16 = 18 \text{ г/моль} \] Следовательно, масса воды: \[ m(H₂O) = n \times M(H₂O) = 0,4 \text{ моль} \times 18 \text{ г/моль} = 7,2 \text{ г} \] ### Шаг 4: Определение формулы Теперь, чтобы найти молекулярную формулу, нам нужно анализировать массу углеводорода: Суммарная масса: \[ 5,3 \text{ г} = 12n + 2(n + 1) \] Решая это уравнение, можем найти n. Подставляя \( n=2 \), мы видим, что: - Если n = 5 (гексан) = C₆H₁₄ подходит по массе так как: \[ M = 6(12) + 2[5 + 1] = 72 + 12 = 84 \text{ г/моль} \] Теперь смотрим, что у нас C₇H₁₄. ### Шаг 5: Изомеры Поскольку мы выяснили, что получается C₇H₁₄, нужно определить, сколько может быть изомеров. Изомеры C₇H₁₄ будут включать: 1. Гептан (н-прямой). 2. 2-метилгексан. 3. 3-метилгексан. 4. 2,2-диметилпентан. 5. 2,3-диметилпентан. 6. 2,4-диметилпентан. 7. 3,3-диметилпентан. 8. 3,4-диметилпентан. Итак у нас получается 9 изомеров. ### Итог На основании приведенных расчетов, гомологом бензола, сожженным в условиях задачи, является C₇H₁₄ (гептан). Также возможно 9 изомеров.