Разделы 
Дополнительно
Задача по химии - 4378
2025-07-22 
Образец газообразного углеводорода объемом 15 $см^{3}$ смешали со 120 $см^{3}$ кислорода и смесь подожгли. По окончании реакции газообразные продукты пропустили через концентрированный раствор $KOH$, при этом часть газов поглощается и остается 67,5 $см^{3}$ газа (при тех же температуре и давлении, что и первоначальная смесь).
1. Каков состав газа, оставшегося после взаимодействия со щелочью? Ваш ответ обоснуйте. Приведите уравнения протекающих реакций.
2. На основании расчетов определите химическую формулу углеводорода, использованного в опыте.
3. Насколько изменится количество вещества в сосуде (в расчете на 1 моль углеводорода) при условии полного сгорания углеводорода?
Решение:
При полном сгорании углеводорода $ C_{x}H_{y} $ и последующем пропускании продуктов реакции через раствор щелочи протекают реакции:
$ C_{x}H_{y} + \left ( x+ \frac{1}{4} y \right )O_{2} = xCO_{2} + \frac{1}{2}H_{2}O $ (1)
$ CO_{2} + 2KOH = K_{2}CO_{3} + H_{2}O $ (2)
Продукты первой реакции $ CO_{2} $ и $ H_{2}O $ полностью поглощаются раствором щелочи, поэтому газ, оставшийся после проведения эксперимента, – избыточный кислород.
В соответствии с уравнением (1) изменение суммарного количества вещества в результате реакции составляет:
$ \Delta n = \left ( x+ \frac{y}{2} \right ) - \left ( 1+x+ \frac{y}{4} \right ) = \frac{y}{4} + 1 $ (моль)
Из данных эксперимента следует, что с 15 см^{3} углеводорода прореагировало $ (120-67,5)=52,5 $ см^{3} кислорода. Тогда с учетом того, что по закону Авогадро объемы реагирующих газов относятся как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, уравнение (1) можно представить в виде:
$ 15C_{x}H_{y} + 52,5O_{2} = 15xCO_{2} + 7,5yH_{2}O $ (3)
В расчете на 1 моль углеводорода это уравнение записывается так:
$ C_{x}H_{y} + 3,5O_{2} = xCO_{2} + 0,5yH_{2}O $ (4)
Сопоставление уравнений (1) и (4) приводит к выражению
$ x+ \frac{y}{4} = 3,5 $ или $ 4x+y=14 $ (5)
Неопределенное уравнение (5) имеет два целочисленных решения:
$ x=2, y=6 $ и $ x=3, y=2 $
(при $ x \ge 4 $ значения коэффициента y отрицательны).
Первому набору коэффициентов соответствует формула углеводорода $ C_{2}H_{6} $, второй набор дает формулу $ C_{3}H_{2} $. Углеводород состава $ C_{3}H_{2} $ существовать не может (нет малых циклов с тройной связью, а в открытой структуре нарушаются правила валентности). Следовательно, рассматриваемый углеводород – этан $ C_{2}H_{6} $.
В соответствии с уравнением реакции сгорания этана
$ C_{2}H_{6} + 3,5O_{2} = 2CO_{2} + 3H_{2}O $
из 4,5 моль реагирующих веществ образуется 5 моль продуктов реакции. Изменение количества вещества в расчете на 1 моль этана составляет 0,5 моль.
Образец газообразного углеводорода объемом 15 $см^{3}$ смешали со 120 $см^{3}$ кислорода и смесь подожгли. По окончании реакции газообразные продукты пропустили через концентрированный раствор $KOH$, при этом часть газов поглощается и остается 67,5 $см^{3}$ газа (при тех же температуре и давлении, что и первоначальная смесь).
1. Каков состав газа, оставшегося после взаимодействия со щелочью? Ваш ответ обоснуйте. Приведите уравнения протекающих реакций.
2. На основании расчетов определите химическую формулу углеводорода, использованного в опыте.
3. Насколько изменится количество вещества в сосуде (в расчете на 1 моль углеводорода) при условии полного сгорания углеводорода?
Решение:
При полном сгорании углеводорода $ C_{x}H_{y} $ и последующем пропускании продуктов реакции через раствор щелочи протекают реакции:
$ C_{x}H_{y} + \left ( x+ \frac{1}{4} y \right )O_{2} = xCO_{2} + \frac{1}{2}H_{2}O $ (1)
$ CO_{2} + 2KOH = K_{2}CO_{3} + H_{2}O $ (2)
Продукты первой реакции $ CO_{2} $ и $ H_{2}O $ полностью поглощаются раствором щелочи, поэтому газ, оставшийся после проведения эксперимента, – избыточный кислород.
В соответствии с уравнением (1) изменение суммарного количества вещества в результате реакции составляет:
$ \Delta n = \left ( x+ \frac{y}{2} \right ) - \left ( 1+x+ \frac{y}{4} \right ) = \frac{y}{4} + 1 $ (моль)
Из данных эксперимента следует, что с 15 см^{3} углеводорода прореагировало $ (120-67,5)=52,5 $ см^{3} кислорода. Тогда с учетом того, что по закону Авогадро объемы реагирующих газов относятся как стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, уравнение (1) можно представить в виде:
$ 15C_{x}H_{y} + 52,5O_{2} = 15xCO_{2} + 7,5yH_{2}O $ (3)
В расчете на 1 моль углеводорода это уравнение записывается так:
$ C_{x}H_{y} + 3,5O_{2} = xCO_{2} + 0,5yH_{2}O $ (4)
Сопоставление уравнений (1) и (4) приводит к выражению
$ x+ \frac{y}{4} = 3,5 $ или $ 4x+y=14 $ (5)
Неопределенное уравнение (5) имеет два целочисленных решения:
$ x=2, y=6 $ и $ x=3, y=2 $
(при $ x \ge 4 $ значения коэффициента y отрицательны).
Первому набору коэффициентов соответствует формула углеводорода $ C_{2}H_{6} $, второй набор дает формулу $ C_{3}H_{2} $. Углеводород состава $ C_{3}H_{2} $ существовать не может (нет малых циклов с тройной связью, а в открытой структуре нарушаются правила валентности). Следовательно, рассматриваемый углеводород – этан $ C_{2}H_{6} $.
В соответствии с уравнением реакции сгорания этана
$ C_{2}H_{6} + 3,5O_{2} = 2CO_{2} + 3H_{2}O $
из 4,5 моль реагирующих веществ образуется 5 моль продуктов реакции. Изменение количества вещества в расчете на 1 моль этана составляет 0,5 моль.
