Н-Пентан пропустили над хлоридом алюминия, при этом образовалась смесь всех возможных изомеров состава С5Н12. Определите мольную долю н-пентана в образовавшейся смеси, если…
Н-Пентан пропустили над хлоридом алюминия, при этом образовалась смесь всех возможных изомеров состава С5Н12. Определите мольную долю н-пентана в образовавшейся смеси, если дополнительно известно, что соотношение числа четвертичных атомов углерода к третичным и вторичным в образовавшейся смеси составляет 5:3:9 соответственно. Ответ выразите в процентах, округлите до целых.
Пошаговое решение
- Определим все изомеры C5H12 и их характер углеродных атомов:
н-пентан (n-pentane): структура CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
- квадрилярности (четвертичные) углероды: 0
- третичные углероды: 0
- вторичные углероды: 3 (внутренние углероды C2, C3, C4)
изопентан (2-метилбутан): CH3-CH(CH3)-CH2-CH3
- квадрилярные: 0
- третичные: 1 (углерод C2)
- вторичные: 1 (C3)
- первичные: 3 (C1, зовн. CH3 на C2 и последний CH3 на конце цепи)
неопрентан (2,2-диметилпропан): (CH3)4C
- квадрилярные: 1 (центральный углерод)
- третичные: 0
- вторичные: 0
- первичные: 4
- Обозначим мольные доли:
- a = мольная доля н-пентана
- b = мольная доля изопентана
- c = мольная доля неопрентана Тогда a + b + c = 1.
Количество квадрилярных, третичных и вторичных углеродов на одну молекулу смеси равны суммам соответствующих вкладов по изомерaм:
- Q_total = c
- T_total = b
- S_total = 3a + b
- По условию ratio чисел квадрилярных : третичных : вторичных углеродов в смеси равно 5 : 3 : 9. Можно записать Q : T : S = 5 : 3 : 9. Пусть Q = 5k, T = 3k, S = 9k для некоторого k > 0.
Подставим выражения из п.2:
- c = 5k
- b = 3k
- 3a + b = 9k → 3a + 3k = 9k → a = 2k
- Используем условие суммы мольных долей: a + b + c = 1 → 2k + 3k + 5k = 10k = 1 → k = 0.1
Тогда:
- a = 2k = 0.2
- b = 3k = 0.3
- c = 5k = 0.5
- Ответ Мольная доля н-пентана в смеси = a = 0.2 = 20%.
Именно 20% н-пентана. Проверка: Q = c = 0.5, T = b = 0.3, S = 3a + b = 0.6 + 0.3 = 0.9, отношение 0.5 : 0.3 : 0.9 = 5 : 3 : 9, как требуется.
