Номер 175, страница 51 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

175. После полного поглощения газообразных продуктов, образовавшихся при сгорании 224 мл (н. у.) алкана, избытком известковой воды образовался осадок массой 3 г. Установите молекулярную формулу углеводорода. Приведите уравнения протекающих химических реакций.

Дано:

$V(\text{алкан}) = 224 \text{ мл}$
$m(\text{осадок}) = 3 \text{ г}$
Условия: н. у. (нормальные условия)

$V(\text{алкан}) = 224 \text{ мл} = 0.224 \text{ л}$
$m(\text{осадок}) = 3 \text{ г}$

Найти:

Молекулярную формулу углеводорода - ?
Уравнения химических реакций - ?

Решение:

1. Запишем общее уравнение сгорания алкана. Общая формула алканов $C_nH_{2n+2}$.

$$ C_nH_{2n+2} + \frac{3n+1}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O $$

2. Газообразные продукты сгорания — это углекислый газ ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$). При пропускании через известковую воду ($Ca(OH)_2$) в реакцию вступает только углекислый газ, образуя нерастворимый осадок — карбонат кальция ($CaCO_3$).

$$ CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O $$

3. Найдем количество вещества (моль) образовавшегося осадка, карбоната кальция ($CaCO_3$).

Молярная масса $CaCO_3$:
$M(CaCO_3) = M(Ca) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

Количество вещества $CaCO_3$:
$\nu(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{3 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 0.03 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции с известковой водой, количество вещества углекислого газа равно количеству вещества карбоната кальция.

$\nu(CO_2) = \nu(CaCO_3) = 0.03 \text{ моль}$

5. Найдем количество вещества исходного алкана. Так как объем дан при нормальных условиях, используем молярный объем газов $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$\nu(\text{алкан}) = \frac{V(\text{алкан})}{V_m} = \frac{0.224 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.01 \text{ моль}$

6. Из уравнения сгорания алкана видно, что из 1 моль алкана образуется $n$ моль углекислого газа. Составим пропорцию:

$\frac{\nu(\text{алкан})}{1} = \frac{\nu(CO_2)}{n}$

Отсюда найдем $n$:

$n = \frac{\nu(CO_2)}{\nu(\text{алкан})} = \frac{0.03 \text{ моль}}{0.01 \text{ моль}} = 3$

7. Установим молекулярную формулу алкана. Подставим найденное значение $n=3$ в общую формулу $C_nH_{2n+2}$.

$C_3H_{2 \cdot 3 + 2} \rightarrow C_3H_8$

Искомый углеводород — пропан.

8. Приведем уравнения протекающих химических реакций.

Уравнение сгорания пропана:

$$ C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O $$

Уравнение реакции поглощения углекислого газа известковой водой:

$$ CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O $$

Ответ: молекулярная формула углеводорода — $C_3H_8$ (пропан).
Уравнения реакций:
$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$
$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$