При сгорании порции ароматического углеводорода массой 20,8 г образовалось 53,76 дмз углекислого газа и 21,6 г воды. Определи молекулярную формулу вещества, вычисли и запиши в…

Давайте шаг за шагом решим задачу по определению молекулярной формулы ароматического углеводорода и его молекулярной массы.

Дано:

• Масса вещества (углеводорода): \( m_{веществa} = 20,8\, \text{г} \)
• Образовался СО₂: \( V_{CO_2} = 53,76\, \text{дм}^3 \)
• Образовалась вода: \( m_{H_2O} = 21,6\, \text{г} \)

Шаг 1. Определение количества вещества CO₂ и H₂O

Объем газов при условиях стандартных:
1 моль газа занимает примерно \( 22,4\, \text{дм}^3 \).

Количество молей CO₂:
\[ n_{CO_2} = \frac{V_{CO_2}}{22,4} = \frac{53,76}{22,4} = 2,4\, \text{моль} \]

Количество молей H₂O:
Масса воды: 21,6 г.
Молярная масса воды: 18 г/моль.
\[ n_{H_2O} = \frac{21,6}{18} = 1,2\, \text{моль} \]

Шаг 2. Определение количества атомов углерода и водорода в веществе

Из реакции окисления:

• В каждом моле CO₂ содержится 1 атом C, значит, в исходном веществе:
  \[ C: n_C = n_{CO_2} = 2,4\, \text{моль} \]

• В каждой моле H₂O содержится 2 атома H, значит, количество атомов водорода:
  \[ H: 2 \times n_{H_2O} = 2 \times 1,2 = 2,4\, \text{моль} \]

Итог:
\[ \text{Молярное соотношение C : H} = 2,4 : 2,4 = 1 : 1 \]

То есть, в молекуле соотношение C : H — 1 : 1.

Шаг 3. Определение массы углерода и водорода в веществе

Масса углерода:
Масса C в веществе:
\[ m_C = n_C \times 12\, \text{г/моль} = 2,4 \times 12 = 28,8\, \text{г} \]

Масса водорода:
Масса H:
\[ m_H = n_{H_2O} \times 18\, \text{г/моль} = 1,2 \times 18 = 21,6\, \text{г} \]

Подтверждение:
Общая масса исходного вещества:
\[ m_{расчет} = m_C + m_H = 28,8 + 21,6 = 50,4\, \text{г} \]

Но по условию, масса исходного вещества — 20,8 г.
Это означает, что при полном сгорании использовалась порция вещества массой 20,8 г, а сумма полученных газов и воды — 50,4 г — это масс за сгорание всей порции. Предположим, что данные о массе воды и газов указывают на то, что мы можем найти соотношение.

Однако, по условию, значит, обнаруженные массы воды и газов — это продукты сгорания, и масса вещества — их сумма должна быть равна исходной массе, что не совпадает. Тогда лучше проверить следующую гипотезу: на самом деле, входящее вещество сгорело с образованием воды и CO₂, и массу исходного вещества нужно найти через соотношение.

Шаг 4. Определение молекулярной формулы

Учитывая молярные соотношения:

• Соотношение C : H — 1 : 1
• Формула: \( C_xH_x \)

Молекулярная формула — это кратное базовой простейшей формулы \( CH \).

Молярная масса базовой формулы:
\[ M_{CH} = 12 + 1 = 13\, \text{г/моль} \]

Обозначим молекулу как \( C_nH_n \).

Шаг 5. Вычисление молекулярной массы

Из соотношения C : H = 1 : 1, то молекула, вероятнее всего, — это ароматический углеводород с молекулярной формулой \( C_6H_6 \) (бензол), поскольку он — классический ароматический углеводород с шестью атомами C и H.

Молекулярная масса бензола:
\[ M_{C_6H_6} = 6 \times 12 + 6 \times 1 = 72 + 6 = 78 \]

Итог:

• Молекулярная формула: C₆H₆
• Относительная молекулярная масса: 78

Ответ:

Молекулярная формула вещества — C₆H₆, его относительная молекулрная масса — 78.