Какая молекулярная формула углеводорода, если 5,4 г навески неизвестного углеводорода были сожжены в избытке кислорода

Cikada_3341

12

Для начала, давайте разберемся в задаче. У нас есть неизвестный углеводород, который был сожжен в избытке кислорода, и мы знаем объем углекислого газа, образовавшегося при этом.

Углеводород состоит из углерода и водорода, и его молекулярная формула у нас неизвестна.

Чтобы решить эту задачу, нам нужно найти количество молей углеводорода, которое присутствовало в начальной навеске, а затем использовать это количество молей для определения молекулярной формулы.

Шаг 1: Найдите количество молей углекислого газа.

Мы знаем, что объем углекислого газа составляет 8,96 л. Но для того чтобы использовать это значение в расчетах, нам необходимо преобразовать его в количество молей, используя уравнение состояния идеального газа \(PV = nRT\), где P - давление, V - объем, n - количество молей, R - универсальная газовая постоянная, T - температура в Кельвинах.

Так как у нас нет информации о температуре и давлении, мы можем предположить, что они не меняются и оставить их переменными.

Теперь можем записать уравнение состояния идеального газа в следующей форме: \(\frac{{P_1V_1}}{{T_1}} = \frac{{P_2V_2}}{{T_2}}\), где индекс 1 относится к изначальным условиям, а индекс 2 - к конечным условиям.

Так как мы знаем объем и количество молей углекислого газа, то можем записать уравнение следующим образом: \(\frac{{P_1 \cdot 8,96}}{{T_1}} = \frac{{P_2 \cdot 8,96}}{{T_2}}\),
где \(P_1\) и \(P_2\) - давления в начальном и конечном состоянии соответственно, \(T_1\) и \(T_2\) - температуры в начальном и конечном состоянии соответственно.

Поскольку у нас нет информации о температуре и давлении, мы предполагаем, что они не меняются, и можем упростить уравнение: \(P_1 = P_2\).

Теперь мы можем выразить количество молей углекислого газа: \(n = \frac{{P \cdot V}}{{RT}}\).

Шаг 2: Найдите количество молей углеводорода.

Мы сожгли 5,4 г углеводорода в избытке кислорода. Чтобы найти количество молей углеводорода, нам нужно использовать молярную массу углеводорода. Молярная масса - это масса одного моля вещества. Нам известна молярная масса углеводорода.

Поскольку у нас есть масса углеводорода, мы можем использовать следующую формулу, чтобы найти количество молей: \(n = \frac{{m}}{{M}}\), где \(m\) - масса, \(M\) - молярная масса.

Шаг 3: Определите молекулярную формулу углеводорода.

Теперь, когда у нас есть количество молей углеводорода, мы можем использовать его для определения молекулярной формулы.

Формула углеводорода состоит из углерода и водорода. Мы знаем, что водород имеет атомный номер 1, а углерод имеет атомный номер 6. Таким образом, углеводород будет представляться формулой \(C_nH_m\), где \(n\) - количество атомов углерода, \(m\) - количество атомов водорода.

Мы должны определить значения \(n\) и \(m\). Для этого используем следующее соотношение: \(\frac{{n_H}}{{n_C}} = \frac{{m_H}}{{m_C}}\), где \(n_H\) - количество атомов водорода, \(n_C\) - количество атомов углерода, \(m_H\) - масса водорода, \(m_C\) - масса углерода.

Мы знаем, что молярная масса углеводорода равна \(M\), поэтому мы можем записать выражение: \(\frac{{m_H}}{{n_H}} = \frac{{m_C}}{{n_C}}\).

Мы также знаем, что углеводород сгорает полностью в избытке кислорода, поэтому все углеродатомы присутствующие в исходной навеске превращаются в углекислый газ.

Таким образом, мы можем установить соотношение между количеством молей углерода и углекислого газа: \(\frac{{n_C}}{{n}}} = \frac{{1}}{{2}}\), так как в одной молекуле \(C_nH_m\) содержится \(n\) атомов углерода и \(2n\) атомов водорода, а при сгорании углеродатомов образуется одна молекула \(CO_2\).

Теперь мы можем использовать полученное соотношение, чтобы найти значения \(n\) и \(m\), и таким образом определить молекулярную формулу углеводорода.

Подставляя значения в формулу, получаем: \(\frac{{n}}{{2n}} = \frac{{1}}{{2}}\), \(\frac{{1}}{{2}} = \frac{{1}}{{2}}\), что верно.

Таким образом, молекулярная формула углеводорода будет \(CH_2\).

Окончательный ответ: молекулярная формула углеводорода, состоящего из углерода и водорода, будет \(CH_2\).

Надеюсь, этот ответ был понятен школьнику. Если возникнут еще вопросы, не стесняйтесь задавать.