Углеводород с массовой долей углерода 83,72% дегидрировали под влиянием платинового катализатора и температуры. Известно, что данный углеводород содержит в своём составе первичных…
Углеводород с массовой долей углерода 83,72% дегидрировали под влиянием платинового катализатора и температуры. Известно, что данный углеводород содержит в своём составе первичных атомов углерода в два раза больше, чем третичных, а плотность паров углеводорода по кислороду составляет 2,69. На основании данных условия задачи: 1) Проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых величин) и установите молекулярную формулу исходного органического вещества; 2) Составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в молекуле; 3) Напишите уравнение реакции дегидрирования этого вещества (используйте структурные формулы органических веществ).
Для решения данной задачи, давайте разберемся с каждым из пунктов по порядку.
Шаг 1: Определение молекулярной формулы
Определение количеств атомов углерода и водорода.
Дано, что массовая доля углерода в углеводороде составляет 83,72%. Это означает, что в 100 г вещества углерода — 83,72 г, а оставшаяся масса — это водород, т.е.:
\[ \text{масса водорода} = 100 \, \text{г} - 83,72 \, \text{г} = 16,28 \, \text{г} \]
Определение количества моль углерода и водорода.
Используем молярные массы:
- Молярная масса углерода (C) = 12 г/моль.
- Молярная масса водорода (H) = 1 г/моль.
Теперь находим количество моль каждого элемента:
\[ n(C) = \frac{83,72 \, \text{г}}{12 \, \text{г/моль}} \approx 6,978 \, \text{моль} \]
\[ n(H) = \frac{16,28 \, \text{г}}{1 \, \text{г/моль}} = 16,28 \, \text{моль} \]
Установим отношение количества атомов.
Для нахождения общего соотношения атомов углерода (C) и водорода (H) воспользуемся информацией из условия задачи. Считается, что первичных атомов углерода в два раза больше, чем третичных.Обозначим:
- количество первичных атомов углерода: \( C_1 = x \)
- количество третичных атомов углерода: \( C_3 = \frac{x}{2} \)
Совместно мы имеем:
\[ C = C_1 + C_3 = x + \frac{x}{2} = \frac{3x}{2} \]Теперь подставляем в общее количество водорода. В зависимости от типа атомов углерода, мы знаем, что каждый первичный углерод соединен с 3 водорода, а третичный — с 1 водородом. Следовательно:
\[ H = (3C_1) + (2C_3) = 3x + 2 \cdot \frac{x}{2} = 3x + x = 4x \]
Теперь подстановка в уравнение: \[ n(H) = 4x \Rightarrow 16,28 = 4x \Rightarrow x = 4,07 \]
Теперь найдем общее количество атомов: \[ C_1 \approx 4,07 \quad (4) \quad \text{и} \quad C_3 \approx 2,03 \quad (2) \]
Таким образом: \[ C \approx 6 \quad \text{и} \quad H \approx 24 \]
Итоговая молекулярная формула: \[ C_6H_{14} \]
Шаг 2: Составление структурной формулы
Углеводород с формулой \( C_6H_{14} \) соответствует объяснению, что это может быть н-гексан, который имеют следующую структурную формулу:
H H H H H H
| | | | | |
H - C - C - C - C - C - C - H
| | | | | |
H H H H H H
Или в виде разветвленной структуры, если рассматривать его как изобутан.
Шаг 3: Уравнение реакции дегидрирования
Реакция дегидрирования н-гексана (или другого аналогичного углеводорода) выглядит так:
\[ C_6H_{14} \xrightarrow{\text{Pt, T}} C_6H_{12} + H_2 \]
где \( C_6H_{12} \) — это алкен (например, гексен).
Итог
Мы нашли, что молекулярная формула исходного органического вещества — это \( C_6H_{14} \), составили его структурную формулу и написали уравнение реакции дегидрирования с платиновым катализатором.
