Решение задачи: Цепочка превращений и генетические ряды

Задание № 7. Цепочка превращений 1) \( C + 2H_{2} \xrightarrow{t, p, Ni} CH_{4} \) 2) \( 2CH_{4} \xrightarrow{1500^{\circ}C} C_{2}H_{2} + 3H_{2} \) 3) \( 3C_{2}H_{2} \xrightarrow{t, C_{акт.}} C_{6}H_{6} \) 4) \( C_{6}H_{6} + Br_{2} \xrightarrow{FeBr_{3}} C_{6}H_{5}Br + HBr \) 5) \( C_{6}H_{5}Br + NaOH_{(водн.)} \xrightarrow{t, p} C_{6}H_{5}OH + NaBr \) Задание № 8. Генетические ряды Ряд 1 (Алканы и их производные): \( CH_{4} \rightarrow C_{2}H_{6} \rightarrow C_{3}H_{8} \rightarrow C_{4}H_{10} \) Ряд 2 (Непредельные и ароматические углеводороды): \( C_{2}H_{2} \rightarrow C_{2}H_{4} \rightarrow C_{6}H_{6} \rightarrow C_{9}H_{12} \) Задача 1 Дано: \( w(C) = 39,97\% \) \( w(H) = 6,73\% \) \( w(O) = 53,3\% \) \( D_{CO_{2}} = 4,091 \) Найти: \( C_{x}H_{y}O_{z} \) — ? Решение: 1) Находим молярную массу вещества: \[ M(вещества) = D_{CO_{2}} \cdot M(CO_{2}) = 4,091 \cdot 44 = 180 \text{ г/моль} \] 2) Находим соотношение атомов: \[ x : y : z = \frac{w(C)}{M(C)} : \frac{w(H)}{M(H)} : \frac{w(O)}{M(O)} \] \[ x : y : z = \frac{39,97}{12} : \frac{6,73}{1} : \frac{53,3}{16} \] \[ x : y : z = 3,33 : 6,73 : 3,33 \] Разделим на наименьшее (3,33): \[ x : y : z = 1 : 2 : 1 \] Простейшая формула — \( CH_{2}O \). 3) Истинная формула: \[ M(CH_{2}O) = 12 + 2 + 16 = 30 \text{ г/моль} \] \[ n = \frac{180}{30} = 6 \] Следовательно, формула вещества — \( C_{6}H_{12}O_{6} \) (глюкоза или фруктоза). Ответ: \( C_{6}H_{12}O_{6} \) Задача 2 Дано: \( m(смеси) = 20 \text{ кг} = 20000 \text{ г} \) Смесь: \( C_{5}H_{12} \) (пентан) и \( CH_{3}OH \) (метанол) \( w(C) = 60\% = 0,6 \) Найти: \( V(O_{2}) \) — ? Решение: 1) Найдем массу углерода в смеси: \[ m(C) = m(смеси) \cdot w(C) = 20000 \cdot 0,6 = 12000 \text{ г} \] \[ n(C) = \frac{12000}{12} = 1000 \text{ моль} \] 2) Уравнения горения: \( C_{5}H_{12} + 8O_{2} \rightarrow 5CO_{2} + 6H_{2}O \) \( 2CH_{3}OH + 3O_{2} \rightarrow 2CO_{2} + 4H_{2}O \) Заметим, что в обоих случаях весь углерод переходит в \( CO_{2} \). Значит, \( n(CO_{2}) = n(C) = 1000 \text{ моль} \). Однако количество кислорода зависит от содержания водорода. Пусть \( x \) — моль \( C_{5}H_{12} \), \( y \) — моль \( CH_{3}OH \). Система по углероду: \( 5x + y = 1000 \). Масса смеси: \( 72x + 32y = 20000 \). Из первого: \( y = 1000 - 5x \). Подставим: \( 72x + 32(1000 - 5x) = 20000 \) \( 72x + 32000 - 160x = 20000 \) \( 88x = 12000 \Rightarrow x \approx 136,36 \text{ моль} \) \( y = 1000 - 5 \cdot 136,36 = 318,2 \text{ моль} \) 3) Объем кислорода: \( n(O_{2}) = 8x + 1,5y = 8 \cdot 136,36 + 1,5 \cdot 318,2 = 1090,88 + 477,3 = 1568,18 \text{ моль} \) \[ V(O_{2}) = 1568,18 \cdot 22,4 \approx 35127 \text{ л} \approx 35,13 \text{ м}^{3} \] Ответ: \( 35,13 \text{ м}^{3} \) Задача 3 Дано: \( V(газа) = 500 \text{ см}^{3} = 0,5 \text{ дм}^{3} \) \( V(O_{2}) = 2,5 \text{ дм}^{3} \) \( V(CO_{2}) = 1,5 \text{ дм}^{3} \) \( V(H_{2}O) = 2 \text{ дм}^{3} \) Найти: \( C_{x}H_{y} \) — ? Решение: По закону Авогадро объемы газов соотносятся как их моли. 1) Найдем количество атомов углерода (x): \[ x = \frac{V(CO_{2})}{V(газа)} = \frac{1,5}{0,5} = 3 \] 2) Найдем количество атомов водорода (y): В одной молекуле воды 2 атома водорода, значит: \[ y = \frac{2 \cdot V(H_{2}O)}{V(газа)} = \frac{2 \cdot 2}{0,5} = 8 \] 3) Проверим наличие кислорода в веществе через баланс кислорода: В продуктах: \( 1,5 \cdot 2 (в CO_{2}) + 2 \cdot 1 (в H_{2}O) = 5 \text{ объемов атомарного O} \). Вступило кислорода: \( 2,5 \cdot 2 = 5 \text{ объемов атомарного O} \). Баланс сошелся, значит в самом газе кислорода нет. Формула вещества — \( C_{3}H_{8} \) (пропан). Ответ: \( C_{3}H_{8} \)