) Найдите молекулярную формулу углеводорода, 20% массы которого составляет водород, относительная плотность углеводорода по воздуху равна 1,035

Чтобы найти молекулярную формулу углеводорода, нам нужно использовать данные о его составе и относительной плотности. Давайте разберем ситуацию шаг за шагом.

Шаг 1: Определение отношения элементов

По условию, углеводород содержит 20% массы водорода. Это значит, что оставшиеся 80% массы углеводорода составляют углерод (C).

Шаг 2: Определение молекулярной массы углеводорода

Предположим, что мы имеем 100 г углеводорода. Тогда:

• Масса водорода \( = 20 \, \text{г} \)
• Масса углерода \( = 80 \, \text{г} \)

Зная молекулярные массы элементов:

• Молярная масса водорода (H) \( \approx 1 \, \text{г/моль} \)
• Молярная масса углерода (C) \( \approx 12 \, \text{г/моль} \)

Теперь можем найти количество молей каждого элемента:

• Моли водорода: \( \frac{20 \, \text{г}}{1 \, \text{г/моль}} = 20 \, \text{моль} \)
• Моли углерода: \( \frac{80 \, \text{г}}{12 \, \text{г/моль}} \approx 6.67 \, \text{моль} \)

Шаг 3: Приведение к целым числам

Для определения молекулярной формулы нам нужно привести количество молей к целым числам. Для этого мы находим наименьшее общее число (в данном случае около 6.67):

• Соотношение углерода: \[ \frac{6.67}{6.67} = 1 \]

• Соотношение водорода: \[ \frac{20}{6.67} \approx 3 \]

Шаг 4: Запись эмпирической формулы

Это дает нам соотношение 1:3, что соответствует формуле \( \text{CH}_3 \).

Шаг 5: Определение молекулярной формулы

Теперь нужно учитывать относительную плотность углеводорода. Относительная плотность по воздуху равна 1.035. Плотность воздуха составляет около 1.29 г/л, следовательно, плотность углеводорода будет:

\[ \text{Плотность углеводорода} = 1.035 \times 1.29 \, \text{г/л} \approx 1.33 \, \text{г/л} \]

Шаг 6: Определение молекулярной массы

Используя идеальный газ и уравнение состояния газа, мы можем применить следующее уравнение для определения молекулярной массы:

\[ P V = n R T \]

При стандартных условиях (0 °C и 1 атм) 1 моль газа занимает объем около 22.4 л. Подставив число моль:

\[ M = \text{Плотность} \times 22.4 \] \[ M = 1.33 \, \text{г/л} \times 22.4\, \text{л} \approx 29.8 \, \text{г/моль} \]

Шаг 7: Сравнение с эмпирической формулой

Теперь нам нужно определить, сколько раз молекулярная масса эмпирической формулы (CH₃) вмещается в рассчитанную молекулярную массу:

\[ \text{Молярная масса CH}_3 = 12 \, \text{г/моль} + 3 \times 1 \, \text{г/моль} = 15 \, \text{г/моль} \] \[ n = \frac{29.8}{15} \approx 2 \]

Шаг 8: Итоговая молекулярная формула

Умножив эмпирическую формулу на 2, получаем:

\[ \text{Молекулярная формула} = \text{C}_2\text{H}_6 \]

Таким образом, молекулярная формула углеводорода — C₂H₆, что соответствует этану.