При полном сгорании образца ароматического углеводорода ряда бензола образовалось 26,88 л (н. у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Известно, что при окислении углеводорода подкисленным раствором перманганата калия образуется фталевая (бензол-1,2-дикарбоновая) кислота. Установите молекулярную и структурную формулы углеводорода, рассчитайте массу образца.
Для решения задачи начнем с анализа данных и определения молекул, которые могут быть связаны с ароматическим углеводородом.
1. **Общий состав продуктов сгорания.**
- Из условий задачи известно, что при полном сгорании образца углеводорода образовалось 26,88 л углекислого газа и 13,5 г воды. Вместе с этим, продуктом окисления является фталевая кислота, что намек на то, что углеводород содержит два карбоксильных (–COOH) группы, и, вероятно, имеет формулу C₈H₆ (поскольку фталевая кислота является производной бензола).
2. **Количество углекислого газа (CO₂):**
Используем закон Бойля-Мариотта для определения количества моль углекислого газа при нормальных условиях.
\[
V_{\text{CO}_2} = 26.88 \, \text{л} \quad \Rightarrow \quad n_{\text{CO}_2} = \frac{V}{V_m} = \frac{26.88}{22.4} \approx 1.2 \, \text{моль}
\]
3. **Количество воды (H₂O):**
Рассчитаем количество молей воды:
\[
m_{\text{H}_2\text{O}} = 13.5 \, \text{г} \quad \Rightarrow \quad n_{\text{H}_2\text{O}} = \frac{m}{M} = \frac{13.5}{18} \approx 0.75 \, \text{моль}
\]
4. **Уравнение сгорания:**
Углеводороды, сгорающие по уравнению:
\[
C_nH_m + O_2 \rightarrow nCO_2 + \frac{m}{2}H_2O
\]
Мы знаем, что:
\[
n = n_{\text{CO}_2} = 1.2 \quad \text{и} \quad \frac{m}{2} = n_{\text{H}_2\text{O}} = 0.75
\]
Следовательно,:
\[
m = 1.5
\]
5. **Определение молекулярной формулы углеводорода:**
Теперь мы имеем C₁₂H₁₄. К тому же фталевая кислота имеет формулу C₈H₆, что говорит о том, что наш углеводород, вероятно, фталевый или близкий к нему по структуре, содержащий у нас 8 атомов углерода и 6 атомов водорода.
6. **Расчет массы образца:**
Используя формулу C₈H₆, находим массу:
\[
M = 8 \times 12 + 6 \times 1 = 96 + 6 = 102 \, \text{г/моль}
\]
7. **Определение массы углеводорода:**
Теперь мы найдем массу углеводорода в реакции:
По уравнению у нас 1 моль углеводорода дает 1 моль CO₂ и 0.5 моль H₂O, поэтому:
\[
\text{Масса} = n_{\text{C}} \cdot M = 1.2 \cdot 102 = 122.4 \, \text{г}
\]
8. **Ответ:**
- Молекулярная формула углеводорода: C₈H₆
- Структурная формула: Основой для фтальной кислоты может быть бензол с двумя карбоксильными группами по разным структурам.
- Масса образца: 122.4 г.
Это решение основывается на расчетах и уравнениях, которые обеспечивают соответствие данными о сгорании и окислении.
