Какой тип углеводорода образовал 4.48 л углекислого газа при сгорании 2.24 л (н.у.)?

Matvey_6338

66

Чтобы решить данную задачу, необходимо использовать закон газовой стехиометрии, который устанавливает пропорцию между объемами газов и их коэффициентами в уравнении сгорания. Перед тем как начать, давайте вспомним основные типы углеводородов: алканы, алкены и алкины.

У нас есть данные: 4.48 л углекислого газа и 2.24 л исходного углеводорода (н.у.).

1. Найдем соотношение между объемами газов, сгоревших и образовавшихся, в соответствии со стехиометрией сгорания:
\[V_{\text{CO}_2} : V_{\text{Углеводорода}} = a : b\]
где \(V_{\text{CO}_2}\) - объем углекислого газа, \(V_{\text{Углеводорода}}\) - объем углеводорода, \(a\) и \(b\) - коэффициенты в уравнении сгорания.

2. Рассмотрим одну молекулу углеводорода, которая сгорает полностью:
\[C_nH_m + (n + \frac{m}{4})O_2 \rightarrow nCO_2 + \frac{m}{2}H_2O\]
где \(n\) - количество атомов углерода, \(m\) - количество атомов водорода.

3. Разложим эти уравнения на отдельные элементы:
\[C + (O_2 \rightarrow CO_2) + (O_2 \rightarrow H_2O)\]

4. В алканах каждый углерод связан с двумя другими углеродами и только с водородом, поэтому каждый атом углерода превращается в один молекулу \(CO_2\), а каждый атом водорода - в одну молекулу \(H_2O\). Таким образом, \((n + \frac{m}{4})\) частей \(O_2\) превращается в \(CO_2\), а \(\frac{m}{2}\) частей \(O_2\) - в \(H_2O\).

5. Сравнивая пропорции между газами, получаем:
\[V_{\text{CO}_2} : V_{\text{Углеводорода}} = n + \frac{m}{4} : n\]

6. Теперь, подставив известные значения, мы можем решить данную задачу:
\[4.48 л : 2.24 л = n + \frac{m}{4} : n\]

7. Рассмотрим различные типы углеводородов и найдем подходящий коэффициент \(n\) для данной задачи.

- Алканы имеют формулу \(C_nH_{2n+2}\). Взяв примером любой алкан, допустим метан (CH4), мы видим, что \(n = 1\).

- Алкены имеют формулу \(C_nH_{2n}\). Здесь примером может служить этилен (C2H4), поэтому \(n = 2\).

- Алкины имеют формулу \(C_nH_{2n-2}\). Один из примеров алкинов - пропин (C3H4), поэтому \(n = 3\).

8. Теперь мы можем решить уравнение и найти тип углеводорода:
\[\frac{4.48}{2.24} = n + \frac{m}{4} : n\]
\[2 = n + \frac{m}{4} : n\]

Результат \(n = 1\) не удовлетворяет условию, поскольку это указывает на алканы, но при горении алканы образуют 1 молекулу углекислого газа на 1 атом углерода, а в нашем случае отношение больше 1.

Результат \(n = 3\) также не совпадает, потому что алкены и алкины дают меньше углекислого газа, чем требуется.

Результат \(n = 2\) удовлетворяет условию, поскольку алкены дают 1 молекулу \(CO_2\) на 1 атом углерода, а в нашем случае отношение 2. Таким образом, данная задача решается с помощью алкенов.

Ответ: Углеводород, который образовал 4.48 л углекислого газа при сгорании 2.24 л исходного углеводорода (н.у.), является алкеном.