При сгорании порции ненасыщенного углеводорода объёмом 4,48 дм³ (н. у.) образовалось 22,4 дм³ углекислого газа и 18 г воды. Определи молекулярную формулу вещества, вычисли и запиши в ответе его относительную молекулярную массу. Определи, сколько структурных изомеров (без межклассовых) существует. Запиши их число.
Насыщенные и ненасыщенные углеводороды:
- Насыщенные углеводороды содержат только одинарные связи между углеродными атомами. Примеры таких углеводородов: метан (CH4), этан (C2H6), пропан (C3H8) и так далее.
- Ненасыщенные углеводороды содержат двойные или тройные связи между углеродными атомами. Примеры таких углеводородов: этилен (C2H4), пропен (C3H6) и так далее.
Молекулярная формула вещества показывает, из каких атомов состоит его молекула и сколько атомов каждого элемента в ней содержится.
Теперь, перейдем к решению задачи. У нас есть информация о сгорании порции ненасыщенного углеводорода, который образует углекислый газ (СО2) и воду (Н2О). Нам нужно определить его молекулярную формулу и относительную молекулярную массу, а также узнать, сколько структурных изомеров существует.
1. Сначала определим количество молей углекислого газа, используя данные о его объеме при нормальных условиях (22,4 дм³) и уравнение состояния идеального газа:
V = n * Vm,
где V - объем газа, n - количество молей газа, Vm - молярный объем газа при нормальных условиях (22,4 дм³/моль).
Имеем: n = V / Vm = 22,4 дм³ / 22,4 дм³/моль = 1 моль CO2.
2. В уравнении сгорания ненасыщенного углеводорода (предполагаемой молекулярной формуле CxHy) образуется 1 моль углекислого газа (CO2). Если взять "y" молей воды, то число молей углерода и водорода в реакции сгорания будет одинаковым. Но задача уже дает нам массу воды (18 г), поэтому можно определить моли воды.
Молярная масса воды (напоминаю, это масса одного моля воды) составляет примерно 18 г/моль (в точности - 18,015 г/моль).
Имеем: количество молей воды = масса воды / молярная масса воды = 18 г / 18 г/моль = 1 моль H2O.
3. Следовательно, чтобы образовалось 1 моль углекислого газа и 1 моль воды, у нашего ненасыщенного углеводорода также должно быть 1 моль углерода и 1 моль водорода.
Таким образом, молекулярная формула вещества будет C1H1, что можно упростить до CH. То есть, молекула состоит из одного атома углерода и одного атома водорода. Получается, наше вещество - метан (CH4).
4. Для определения относительной молекулярной массы нужно сложить массу углерода и массу водорода в данной молекуле.
Молярная масса углерода (C) равна примерно 12 г/моль, а молярная масса водорода (H) равна примерно 1 г/моль.
Таким образом, относительная молекулярная масса метана (CH4) составит:
Масса углерода + Масса водорода = 12 г/моль + 1 г/моль = 13 г/моль.
5. Теперь рассмотрим вопрос о количестве структурных изомеров данного вещества.
Для определения количества структурных изомеров, можно использовать знание о том, что метан (CH4) - это самый простой и наиболее известный представитель класса метановых углеводородов.
Метан (CH4) не имеет структурных изомеров.
Таким образом, ответ на вопрос:
- Молекулярная формула вещества: CH4.
- Относительная молекулярная масса: 13 г/моль.
- Количество структурных изомеров: 0.