Давайте подробно разберем задачу и шаг за шагом найдём молекулярную формулу углеводорода.
Дано:
- Массовая доля углерода (C) = 85,75%
- Массовая доля водорода (H) = 14,3%
- Относительная плотность вещества по азоту = 2
Шаг 1. Определение эмпирической формулы
Чтобы найти молекулярную формулу, сначала определим эмпирическую формулу — наименьшую целочисленную формулу, отражающую соотношение атомов.
Шаг 2. Расчет количества вещества (молярных количеств)
Пусть у нас есть 100 г вещества, тогда:
- масса C = 85,75 г
- масса H = 14,3 г
Молярная масса:
- C = 12 г/моль
- H = 1 г/моль
Количество атомов:
[
n_C = \frac{85,75}{12} \approx 7,146 \text{ моль}
]
[
n_H = \frac{14,3}{1} = 14,3 \text{ моль}
]
Шаг 3. Определение соотношения атомов
Теперь делим оба количества на минимальное:
[
\frac{7,146}{7,146} = 1
]
[
\frac{14,3}{7,146} \approx 2
]
Итак, соотношение атомов:
[
C : H = 1 : 2
]
Эмпирическая формула: ( \mathrm{CH_2} ).
Шаг 4. Определение молекулярной формулы
Чтобы узнать молекулярную формулу, нужно найти молекулярную массу и сравнить её с молекулярной массой, полученной из эмпирической формулы.
Шаг 5. Использование относительной плотности
Относительная плотность по азоту = 2.
Это означает, что масса 22,4 л вещества в 2 раза больше, чем масса 22,4 л азота (молярный объем — 22,4 л при ст-п). Молярная масса вещества определяется по следующей формуле:
[
\text{Молекулярная масса} = \text{Относительная плотность} \times М(азота)
]
Молярная масса азота (N₂) — 28 г/моль.
Следовательно:
[
M_{вещества} = 2 \times 28 = 56 \text{ г/моль}
]
Шаг 6. Определение молекулярной формулы
Эмпирическая формула — ( \mathrm{CH_2} ), молярная масса:
[
12 + 2 \times 1 = 14 \text{ г/моль}
]
Теперь делим молекулярную массу на массу эмпирической формулы:
[
n = \frac{56}{14} = 4
]
Это означает, что молекулярная формула в 4 раза больше эмпирической:
[
\mathrm{C_{1 \times 4} H_{2 \times 4}} = \mathrm{C_4H_8}
]
Ответ:
Молекулярная формула углеводорода — ( \mathrm{C_4H_8} ).
