ГДЗ по Химии 10 Класс Параграф 7 Вопрос 3 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Выведите молекулярную формулу углеводорода, молекулы которого содержат 92,31 % углерода, а плотность его паров по водороду равна 39.

1. Углеводород: CₓHᵧ

На первом этапе мы обозначаем искомое вещество через общую формулу, где x и y — это количество атомов углерода и водорода соответственно.

2. ω(C) = 92,31%

Массовая доля показывает, какую часть от всей массы молекулы составляет углерод.

ω(C) = (x · Ar(C)) / (x · Ar(C) + y · Ar(H)) · 100% = 12x / (12x + y) · 100% = 92,31%

Для удобства расчетов переводим проценты в десятичную дробь:

12x / (12x + y) = 0,9231

3. D(CₓHᵧ)H₂ = 39

Относительная плотность по водороду (D) помогает найти истинную молярную массу вещества.

D(CₓHᵧ)H₂ = M(CₓHᵧ) / M(H₂) = (12x + y) / 2

Зная, что плотность равна 39, находим массу всей молекулы:

(12x + y) / 2 = 39

12x + y = 78 (это общая молярная масса углеводорода)

4. 12x / 78 = 0,9231

Подставляем найденную общую массу (78) в уравнение из второго пункта.

x = 6

В молекуле содержится 6 атомов углерода.

5. 12x + y = 78

Теперь подставляем значение x в уравнение массы, чтобы найти y.

12 · 6 + y = 78

y = 6

В молекуле содержится 6 атомов водорода.

C₆H₆ — бензол.

Сопоставив количество атомов, мы получаем формулу простейшего ароматического углеводорода.

Для того чтобы вывести формулу вещества, нам нужно превратить абстрактные проценты и показатели плотности в конкретные числа атомов. Давайте разберем этот химический «детектив» максимально подробно.

1. Обозначение состава (Формула-заготовка)

Любой углеводород по определению состоит только из двух элементов: углерода и водорода. Поскольку мы пока не знаем их точное количество, мы записываем общую формулу:
CₓHᵧ

Здесь x — это количество атомов углерода, а y — количество атомов водорода. Наша задача сводится к поиску этих двух неизвестных.

2. Анализ массовой доли углерода

Массовая доля (ω) — это отношение массы конкретного элемента к общей массе всей молекулы.

Масса углерода в молекуле: Каждый атом углерода весит 12 атомных единиц массы (Ar = 12). Если их x штук, то их общая масса равна 12x.

Общая масса молекулы: Она складывается из массы углерода (12x) и массы водорода (y · 1, так как Ar водорода равна 1). Итого: 12x + y.

Составляем уравнение:

ω(C) = (x · Ar(C)) / (x · Ar(C) + y · Ar(H)) · 100% = 12x / (12x + y) · 100% = 92,31%

Чтобы с уравнением было проще работать в математическом смысле, мы избавляемся от процентов, деля 92,31 на 100. Получаем коэффициент:

12x / (12x + y) = 0,9231

Это уравнение говорит нам: «92,31% от всей массы молекулы приходится на углерод».

3. Определение реального «веса» молекулы

Чтобы найти точные значения x и y, нам нужно знать общую молярную массу вещества (M). Для этого используется плотность паров по водороду (D).

Плотность по водороду показывает, во сколько раз молекула нашего вещества тяжелее молекулы водорода (H₂). Молярная масса водорода известна и равна 2 г/моль.

D(CₓHᵧ)H₂ = M(CₓHᵧ) / M(H₂) = (12x + y) / 2

Подставляем известное значение плотности (39):

(12x + y) / 2 = 39

Умножаем обе части на 2 и получаем:

12x + y = 78

Теперь мы точно знаем, что вся наша молекула «весит» 78 г/моль.

4. Расчет количества атомов углерода (x)

Теперь мы можем объединить данные. Если вся молекула весит 78, а углерод составляет в ней долю 0,9231, то мы можем найти массу всех атомов углерода:

12x = 78 · 0,9231

12x = 71,999… (округляем до целого числа — 72)

Чтобы найти количество атомов (x), делим общую массу углерода на массу одного атома (12):

x = 72 / 12 = 6

Итак, в нашей молекуле ровно 6 атомов углерода.

5. Расчет количества атомов водорода (y)

Зная общую массу молекулы (78) и массу, которую в ней занимает углерод (72), мы легко находим массу водорода простым вычитанием:

12 · 6 + y = 78

72 + y = 78

y = 78 — 72 = 6

Так как атомная масса водорода равна 1, то число атомов совпадает с его массой в молекуле. В нашей формуле 6 атомов водорода.

Итог и расшифровка

Подставляя найденные значения x = 6 и y = 6 в нашу исходную заготовку CₓHᵧ, мы получаем окончательную молекулярную формулу:

C₆H₆

Это знаменитый бензол. Он является родоначальником класса ароматических углеводородов (аренов). Его молекула представляет собой идеально симметричное шестиугольное кольцо, что и объясняет его уникальные свойства.