Задание
Сожгли 14,2 г насыщенного углеводорода, продукты реакции полностью поглотили при пропускании их через избыток баритовой воды, при этом образовалось 197 г осадка. Определить брутто-формулу сожённого углеводорода.
Решение
Баритовая вода – водный раствор гидроксида бария Ba(OH)₂. Продуктами сгорания углеводородов являются вода и углекислый газ, последний реагирует с Ba(OH)₂ с образованием осадка нерастворимого в воде карбоната бария:
Ba(OH)₂ + CO₂ = BaCO₃↓ + H₂O
Отсюда следует, что при сжигании углеводорода образовалось 197 г BaCO₃. Найдём его количество вещества (молярная масса карбоната бария составляет 197 г/моль):
ν(BaCO₃) = 197 г / 197 г/моль = 1 моль
Из приведённого выше уравнения реакции легко заключить, что количество вещества образующегося BaCO₃ равно количеству вещества CO₂, вступающего в реакцию. Из этого следует, что в свою очередь при сгорании углеводорода образовался 1 моль углекислого газа.
Насыщенный углеводород может быть алканом CₙH₂ₙ₊₂ или циклоалканом CₙH₂ₙ. Предположим, что верен первый вариант, тогда молярная масса сожённого углеводорода составит 12·n + 1·(2n+2) = 14n+2 г/моль, а его количество вещества будет равно:
При полном сгорании 1 моль любого углеводорода CₙHₘ образуется n моль углекислого газа:
CₙHₘ + O₂ → nCO₂ + H₂O
Из условий задачи получается, что при сгорании 14,2/(14n+2) моль углеводорода образовался 1 моль CO₂. Составляем пропорцию:
14,2/(14n+2) моль углеводорода ~ 1 моль CO₂
1 моль углеводорода ~ n моль CO₂
Из пропорции получаем уравнение, которое в качестве неизвестного содержит число атомов углерода в молекуле углеводорода:
Решим его:
Иными словами, если углеводород – алкан, то в его молекуле 10 атомов углерода.
Если теперь предположить, что углеводород является циклоалканом, то количество вещества его будет выражаться как
и после составлении пропорции даст уравнение вида
которое, очевидно, не имеет решения.
Таким образом, получается, что условиям задачи соответствует именно алкан состава C₁₀H₂₂ (декан).
Ответ
C₁₀H₂₂
Комментарий
В школьном курсе химии не рассматриваются циклоалканы, содержащие два и более углеродных кольца в молекуле, например такие:
Для углеводородов с двумя углеродными кольцами общая формула будет выглядеть как CₙH₂ₙ₋₂ .Если предположить, что было сожжено вещество такого типа, то при составлении пропорции получится уравнение, в котором n (число атомов углерода в молекуле) примет отрицательные значения. Таким образом, условиям задачи всё равно удовлетворяет только алкан.
Список других задач, имеющихся на канале, можно посмотреть здесь.
Перечень публикаций на канале