Решить задачу: Определите молекулярную формулу углеводорода, если массовая доля углерода равна 85,75, а водорода –14,3%. Относительная плотность этого вещества по азоту примерно…
Решить задачу: Определите молекулярную формулу углеводорода, если массовая доля углерода равна 85,75, а водорода –14,3%. Относительная плотность этого вещества по азоту примерно равна 2.
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 — \( \mathrm{C_4H_8} \).
