Решение задачи: горение насыщенного углеводорода

Решение задачи: 1. Определим, какие процессы происходят в сосуде. * В сосуде происходит реакция горения насыщенного углеводорода в избытке кислорода. * После реакции и охлаждения в сосуде остаются продукты горения и избыток кислорода. * Продукты горения насыщенного углеводорода — это углекислый газ (\(\text{CO}_2\)) и вода (\(\text{H}_2\text{O}\)). * Вода при 25 °C находится в жидком состоянии, что подтверждается наблюдением "прозрачной не имеющей запаха жидкости". * Углекислый газ и избыток кислорода остаются в газовой фазе. * Адсорбер с \(\text{NaOH}\) и \(\text{CaO}\) поглощает углекислый газ. 2. Запишем уравнение реакции горения насыщенного углеводорода. * Общая формула насыщенного углеводорода: \(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\). * Уравнение реакции горения: \[\text{C}_n\text{H}_{2n+2} + \left(n + \frac{2n+2}{4}\right)\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + (n+1)\text{H}_2\text{O}\] \[\text{C}_n\text{H}_{2n+2} + \left(\frac{3n+1}{2}\right)\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + (n+1)\text{H}_2\text{O}\] 3. Рассчитаем количество вещества углекислого газа. * Масса трубки с \(\text{NaOH}\) и \(\text{CaO}\) возросла на 6,163 г. Это масса поглощенного углекислого газа. * \(m(\text{CO}_2) = 6,163 \text{ г}\). * Молярная масса \(\text{CO}_2\): \(M(\text{CO}_2) = 12,01 + 2 \cdot 16,00 = 44,01 \text{ г/моль}\). * Количество вещества \(\text{CO}_2\): \[n(\text{CO}_2) = \frac{m(\text{CO}_2)}{M(\text{CO}_2)} = \frac{6,163 \text{ г}}{44,01 \text{ г/моль}} \approx 0,1400 \text{ моль}\] * Округляем до сотых: \(n(\text{CO}_2) \approx 0,14 \text{ моль}\). 4. Рассчитаем количество вещества воды. * Из условия задачи известно, что в сосуде осталась прозрачная жидкость, которая является водой. * Масса углеводорода: \(m(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}) = 1,924 \text{ г}\). * Масса углерода в углеводороде: \(m(\text{C}) = n(\text{CO}_2) \cdot M(\text{C}) = 0,1400 \text{ моль} \cdot 12,01 \text{ г/моль} \approx 1,6814 \text{ г}\). * Масса водорода в углеводороде: \(m(\text{H}) = m(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}) - m(\text{C}) = 1,924 \text{ г} - 1,6814 \text{ г} = 0,2426 \text{ г}\). * Количество вещества атомов водорода: \(n(\text{H}) = \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})} = \frac{0,2426 \text{ г}}{1,008 \text{ г/моль}} \approx 0,2407 \text{ моль}\). * Количество вещества воды: \(n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{n(\text{H})}{2} = \frac{0,2407 \text{ моль}}{2} \approx 0,1204 \text{ моль}\). * Округляем до сотых: \(n(\text{H}_2\text{O}) \approx 0,12 \text{ моль}\). 5. Найдем брутто-формулу углеводорода. * Соотношение количества вещества атомов углерода и водорода в углеводороде: \[n(\text{C}) : n(\text{H}) = 0,1400 : 0,2407\] * Разделим оба значения на наименьшее: \[\frac{0,1400}{0,1400} : \frac{0,2407}{0,1400} \approx 1 : 1,719\] * Это соотношение не является целым. Попробуем умножить на целое число, чтобы получить целые значения. Умножим на 7: \[1 \cdot 7 : 1,719 \cdot 7 \approx 7 : 12,033\] * Таким образом, соотношение \(\text{C} : \text{H} \approx 7 : 12\). * Брутто-формула углеводорода: \(\text{C}_7\text{H}_{12}\). * Однако, в условии сказано, что это насыщенный углеводород, общая формула которого \(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\). * Для \(\text{C}_7\text{H}_{2 \cdot 7 + 2} = \text{C}_7\text{H}_{16}\). * Возможно, ошибка в расчетах или округлениях. Давайте перепроверим. * Давайте используем соотношение из уравнения реакции: \[\text{C}_n\text{H}_{2n+2} \rightarrow n\text{CO}_2 + (n+1)\text{H}_2\text{O}\] \[\frac{n(\text{CO}_2)}{n(\text{H}_2\text{O})} = \frac{n}{n+1}\] \[\frac{0,1400}{0,1204} = \frac{n}{n+1}\] \[1,1628 \approx \frac{n}{n+1}\] \[1,1628(n+1) = n\] \[1,1628n + 1,1628 = n\] \[0,1628n = -1,1628\] \[n = -\frac{1,1628}{0,1628} \approx -7,14\] * Отрицательное значение \(n\) указывает на ошибку в расчетах или исходных данных. * Давайте еще раз проверим расчеты. * Пересчитаем количество вещества \(\text{CO}_2\) и \(\text{H}_2\text{O}\) без округления до сотых на промежуточных этапах. * \(n(\text{CO}_2) = \frac{6,163}{44,01} \approx 0,140036 \text{ моль}\). * \(m(\text{C}) = 0,140036 \cdot 12,01 \approx 1,68183 \text{ г}\). * \(m(\text{H}) = 1,924 - 1,68183 = 0,24217 \text{ г}\). * \(n(\text{H}) = \frac{0,24217}{1,008} \approx 0,240248 \text{ моль}\). * \(n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{n(\text{H})}{2} = \frac{0,240248}{2} \approx 0,120124 \text{ моль}\). * Теперь используем эти значения для определения \(n\): \[\frac{n(\text{CO}_2)}{n(\text{H}_2\text{O})} = \frac{n}{n+1}\] \[\frac{0,140036}{0,120124} = \frac{n}{n+1}\] \[1,16574 \approx \frac{n}{n+1}\] \[1,16574(n+1) = n\] \[1,16574n + 1,16574 = n\] \[0,16574n = -1,16574\] \[n = -\frac{1,16574}{0,16574} \approx -7,03\] * Результат по-прежнему отрицательный, что указывает на фундаментальную ошибку в понимании или расчетах. * Давайте перепроверим логику. * Количество молей углерода в углеводороде равно количеству молей \(\text{CO}_2\). * Количество молей водорода в углеводороде равно удвоенному количеству молей \(\text{H}_2\text{O}\). * Соотношение \(\text{C} : \text{H}\) в углеводороде: \[n(\text{C}) : n(\text{H}) = n(\text{CO}_2) : 2 \cdot n(\text{H}_2\text{O})\] \[n(\text{C}) = 0,140036 \text{ моль}\] \[n(\text{H}) = 0,240248 \text{ моль}\] \[\frac{n(\text{H})}{n(\text{C})} = \frac{0,240248}{0,140036} \approx 1,7156\] * Для насыщенного углеводорода \(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\), соотношение \(\frac{2n+2}{n}\) должно быть равно этому значению. \[\frac{2n+2}{n} = 1,7156\] \[2 + \frac{2}{n} = 1,7156\] \[\frac{2}{n} = 1,7156 - 2\] \[\frac{2}{n} = -0,2844\] \[n = \frac{2}{-0,2844} \approx -7,03\] * Опять отрицательное значение. Это означает, что либо углеводород не насыщенный, либо есть ошибка в данных. * Однако, в условии четко сказано "твердого насыщенного углеводорода (индивидуальное вещество)". * Давайте еще раз проверим расчеты. * Возможно, ошибка в молярных массах или в интерпретации данных. * Молярные массы: \(\text{C} = 12,01\), \(\text{H} = 1,008\), \(\text{O} = 16,00\). * \(M(\text{CO}_2) = 12,01 + 2 \cdot 16,00 = 44,01 \text{ г/моль}\). * \(n(\text{CO}_2) = \frac{6,163 \text{ г}}{44,01 \text{ г/моль}} \approx 0,140036 \text{ моль}\). * \(m(\text{C}) = 0,140036 \text{ моль} \cdot 12,01 \text{ г/моль} \approx 1,68183 \text{ г}\). * \(m(\text{H}) = 1,924 \text{ г} - 1,68183 \text{ г} = 0,24217 \text{ г}\). * \(n(\text{H}) = \frac{0,24217 \text{ г}}{1,008 \text{ г/моль}} \approx 0,240248 \text{ моль}\). * Соотношение атомов в углеводороде: \[n(\text{C}) : n(\text{H}) = 0,140036 : 0,240248\] \[\text{Разделим на } 0,140036:\] \[1 : \frac{0,240248}{0,140036} \approx 1 : 1,7156\] * Если это насыщенный углеводород \(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\), то соотношение \(\text{H} : \text{C}\) должно быть \(\frac{2n+2}{n}\). * \(\frac{2n+2}{n} = 1,7156\) * \(\frac{2n}{n} + \frac{2}{n} = 1,7156\) * \(2 + \frac{2}{n} = 1,7156\) * \(\frac{2}{n} = 1,7156 - 2\) * \(\frac{2}{n} = -0,2844\) * \(n = \frac{2}{-0,2844} \approx -7,03\) * Это указывает на то, что данные не соответствуют насыщенному углеводороду. * Возможно, я неправильно интерпретировал "насыщенный углеводород". * Если это не насыщенный углеводород, то формула \(\text{C}_n\text{H}_m\). * Тогда \(\frac{m}{n} = 1,7156\). * Если \(n=1\), \(m=1,7156\) (не целое). * Если \(n=2\), \(m=3,4312\) (не целое). * Если \(n=3\), \(m=5,1468\) (не целое). * Если \(n=4\), \(m=6,8624\) (не целое). * Если \(n=5\), \(m=8,578\) (не целое). * Если \(n=6\), \(m=10,2936\) (не целое). * Если \(n=7\), \(m=12,0092\) (очень близко к 12). * Таким образом, брутто-формула \(\text{C}_7\text{H}_{12}\). * Но \(\text{C}_7\text{H}_{12}\) не является насыщенным углеводородом (\(\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\) для \(n=7\) это \(\text{C}_7\text{H}_{16}\)). * \(\text{C}_7\text{H}_{12}\) соответствует общей формуле \(\text{C}_n\text{H}_{2n-2}\), что характерно для алкинов или циклоалкенов с двумя двойными связями, или бициклических соединений. * Если условие "насыщенный углеводород" является ключевым, то в данных задачи есть противоречие. * Однако, если мы должны найти формулу, исходя из экспериментальных данных, то \(\text{C}_7\text{H}_{12}\) является наиболее вероятной. * Давайте предположим, что "насыщенный углеводород" относится к классу, а не к конкретной формуле, или что это опечатка в задаче. * Если мы должны следовать данным, то \(\text{C}_7\text{H}_{12}\). * Давайте еще раз перепроверим все расчеты, возможно, я где-то ошибся. * \(n(\text{CO}_2) = 0,140036 \text{ моль}\). * \(n(\text{H}) = 0,240248 \text{ моль}\). * Соотношение \(\text{C} : \text{H} = 0,140036 : 0,240248\). * Разделим на 0,140036: \(1 : 1,7156\). * Чтобы получить целые числа, умножим на 7: \(7 : 12