Чтобы найти формулу углеводорода, сначала нужно найти количество молей оксида углерода (IV), образовавшегося при сжигании указанного ароматического углеводорода.
Для начала, нужно определить количество молей оксида углерода (IV). Для этого воспользуемся уравнением реакции сгорания углеводорода:
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O,
где n - количество молей CO₂, m - количество молей H₂O.
Из уравнения видно, что при сгорании углеводорода n = 1 и m = 2.
Теперь посмотрим на реакцию, чтобы понять, сколько оксида углерода (IV) образуется:
Так как в уравнении реакции получился еще один молекула CO₂, это значит, что оксид углерода (IV) образуется в двухэквивалентных количествах.
Далее, используем уравнение состояния идеального газа, чтобы найти количество молей оксида углерода (IV):
V = nRT/P,
где V - объем газа, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·K), T - температура в кельвинах, P - давление в атмосферах.
Мы знаем, что объем оксида углерода (IV) составляет 8,96 л (нормальные условия). Так как у нас два эквивалента CO₂, то количество молей оксида углерода (IV) будет равно 2 раза количеству молей CO₂:
Чтобы ответить на данный вопрос, нужно разобраться с тем, что такое равновесие и как оно может быть смещено.
Равновесие – это состояние системы, когда скорости протекания прямой и обратной реакции одинаковы и нет изменений в составе системы со временем.
1. Смещение равновесия вправо в данной системе (со2(г) + с(тв) ↔ 2со(г) - q) означает, что реакция будет идти в сторону образования большего количества продукта – двуокиси углерода (CO2). Для этого нужно уменьшить количество CO2 в системе или увеличить количество угарного газа (CO).
- Понижение температуры. По принципу Ле Шателье, если смещение будет в направлении образования меньшего количества молекул продукта (CO2), то реакция будет сопровождаться выделением тепла. Понижение температуры будет способствовать сдвигу равновесия вправо, чтобы компенсировать увеличение температуры.
2. Уменьшение давления. Если в системе существуют различные состояния веществ (газ и твердое вещество в данном случае), уменьшение давления будет способствовать смещению равновесия в ту сторону, где находится меньшее количество молекул газообразных веществ. Уменьшение давления будет смещать равновесие системы вправо, увеличивая количество газообразного CO.
3. Увеличение концентрации CO. Принцип Ле Шателье гласит, что если изменить концентрацию одного из реагентов или продуктов реакции, то равновесие системы сместится в направлении, чтобы снизить это изменение. При увеличении концентрации CO, равновесие системы будет смещаться в сторону образования большего количества продукта, то есть вправо.
4. Уменьшение концентрации CO2. Уменьшение концентрации одного из реагентов (CO2) вызовет смещение равновесия в направлении его образования, чтобы компенсировать этот дефицит. Таким образом, уменьшение концентрации CO2 будет способствовать смещению равновесия вправо, в сторону образования большего количества CO.
Итак, чтобы сместить равновесие вправо в данной системе, нужно понизить температуру, уменьшить давление, увеличить концентрацию CO и уменьшить концентрацию CO2.
Для начала, нужно определить количество молей оксида углерода (IV). Для этого воспользуемся уравнением реакции сгорания углеводорода:
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O,
где n - количество молей CO₂, m - количество молей H₂O.
Из уравнения видно, что при сгорании углеводорода n = 1 и m = 2.
Теперь посмотрим на реакцию, чтобы понять, сколько оксида углерода (IV) образуется:
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O,
↓
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O + CO₂.
Так как в уравнении реакции получился еще один молекула CO₂, это значит, что оксид углерода (IV) образуется в двухэквивалентных количествах.
Далее, используем уравнение состояния идеального газа, чтобы найти количество молей оксида углерода (IV):
V = nRT/P,
где V - объем газа, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·K), T - температура в кельвинах, P - давление в атмосферах.
Мы знаем, что объем оксида углерода (IV) составляет 8,96 л (нормальные условия). Так как у нас два эквивалента CO₂, то количество молей оксида углерода (IV) будет равно 2 раза количеству молей CO₂:
V(CO₂) = nCO₂ * RT/P.
Подставляем известные значения:
8,96 = 2 * nCO₂ * 0,0821 * 273,15 / 1,
8,96 = 44,02 * nCO₂,
nCO₂ = 8,96 / 44,02,
nCO₂ ≈ 0,204 моль.
Теперь, чтобы найти количество молей углеводорода, воспользуемся уравнением реакции:
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O.
Мы знаем, что nCO₂ = 0,204 моль и m/2 = 2 моль (так как у нас две молекулы H₂O). Тогда:
m = 4 моль.
Таким образом, у нас есть 0,204 моль CO₂ и 4 моль H₂O.
Теперь найдем количество молей углеводорода:
nC = 2 * nCO₂ = 2 * 0,204 = 0,408 моль.
Наконец, чтобы найти формулу углеводорода, нужно определить значения n и m, присутствующие в уравнении реакции:
CₙHₘ + (n + m/4)O₂ → nCO₂ + m/2H₂O.
n = 1 (это мы видим в уравнении сгорания углеводорода) и m = 2 (это мы рассчитали выше для H₂O).
Итак, формула углеводорода имеет вид C₁H₂.
Таким образом, формула углеводорода, являющегося гомологом бензола, это C₁H₂.