Сколько атомов водорода содержится в молекуле углеводорода, если для полного сгорания 0,03 моль углеводорода было затрачено 4,368 дм3 кислорода, и образовавшийся углекислый газ прошел через раствор гидроксида кальция, что привело к образованию осадка массой 12 г?
Ответ:
1. Рассмотрим сначала химическую реакцию сгорания углеводорода. Представим уравнение сгорания углеводорода в общем виде:
CₙHₘ + (n + m/4) O₂ → n CO₂ + m/2 H₂O,
где CₙHₘ — углеводородная молекула, O₂ — молекула кислорода, CO₂ — молекула углекислого газа, H₂O — молекула воды.
2. Согласно условию задачи, для полного сгорания 0,03 моль углеводорода было затрачено 4,368 дм³ кислорода. Для расчетов нужно установить соотношение между количеством углеводорода и кислорода.
Так как углеводород состоит только из углерода и водорода, атому углерода должно приходиться на каждый атом кислорода в химическом уравнении (CₙHₘ) + (n + m/4) O₂ → n CO₂ + m/2 H₂O, общее количество атомов углерода в 0,03 моль углеводорода равно (0,03 * n) моль.
Из химического уравнения видно, что на каждый моль углеводорода приходится (n + m/4) моль кислорода. Так как было затрачено 4,368 дм³ кислорода, нужно перевести его в моль:
V = nRT/P,
где V — объем газа (4,368 дм³), n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная (0,0821 дм³*атм/моль*К), T — температура газа (обычно принимается комнатная температура, около 298 К), P — давление газа (обычно принимается атмосферное давление, около 1 атм).
n = PV/RT = (4,368 * 1)/(0,0821 * 298) = 0,182 моль кислорода.
Отсюда получаем соотношение:
(n + m/4) = (0,03 * n) = 0,03 * 0,182.
3. Определяем мольную массу углеводорода. Из химического уравнения видно, что на каждый моль углеводорода приходится m/2 моль воды. Общая масса воды равна массе водорода и массе кислорода:
m(H₂O) = 2 * m(H) + m(O).
Так как масса кислорода, затраченного на сгорание, известна (0,182 моль), можно рассчитать массу образовавшейся воды:
m(H₂O) = 2 * m(H) + (0,182 * 16) = 2 * m(H) + 2,912.
4. По условию задачи, при обработке образовавшегося углекислого газа раствором гидроксида кальция образовался осадок массой 12 г.
Из химического уравнения реакции образования осадка видно, что на каждый моль углестана приходится один моль гидроксида кальция:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.
Из этого можно сделать вывод, что масса образовавшегося углекислого газа равна массе осадка:
m(CO₂) = 12 г.
5. Зная массу углекислого газа, можно рассчитать массу углерода в этом газе:
m(C) = (m(CO₂) * 12)/44 = (12 * 12)/44 = 3,273 г углерода.
6. Подставим значения массы углерода в уравнение:
2 * m(H) + 2,912 = 3,273.
7. Расчет массы водорода:
m(H) = (3,273 — 2,912)/2 = 0,1805 г.
8. Переводим массу водорода в моль:
n(H) = m(H)/M(H),
где n(H) — количество молей водорода, m(H) — масса водорода (0,1805 г), M(H) — молярная масса водорода (1 г/моль).
n(H) = 0,1805 г / 1 г/моль = 0,1805 моль.
9. Количество атомов водорода в молекуле углеводорода определяется его формулой. Рассмотрим пример углеводорода C₃H₈ (пропан). В пропане содержится 8 атомов водорода. Таким образом, в 0,1805 моль водорода будет содержаться:
количество атомов водорода = (0,1805 моль) * 8 = 1,444 атома водорода.
Таким образом, в молекуле углеводорода содержится примерно 1,444 атома водорода.
Важно отметить, что конкретное число атомов водорода в молекуле углеводорода может зависеть от его структуры, поэтому в общем случае необходимо знать формулу конкретного углеводорода для точного расчета.