Определение молекулярной формулы углеводорода, если известна массовая доля водорода в нем

Задача 1.43. 

Определите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля водорода в котором 15,79% .

Дано:

массовая доля водорода:  (Н) = 15,79%.

Найти: молекулярную формулу углеводорода.
Решение:
Шаг 1. В состав углеводорода входит только углерод и водород. Обозначим формулу как С_хН_у. Следовательно, требуется определить неизвестные индексы х и у.

Шаг 2. В условии нет указаний на химическую реакцию.

Шаг 3. Сначала определим массовую долю углерода. Так как в состав углеводорода входит только углерод и водород, сумма их массовых долей составит 100%:

(С)  +  (Н) = 100% ;
(С) = 100% –  (Н) = 100%  – 15,79% = 84,21%

Теперь необходимо произвольно выбрать некоторый образец, в котором мы будем определять соотношение количеств веществ элементов. В условии указана информация о массовой доле, поэтому удобно выбрать образец массой 100 г. В этом случае числовые значения массовой доли каждого элемента совпадут с его массой в этом стограммовом образце.

Итак, в 100 г искомого вещества содержится 84,21 г углерода и 15,79 г водорода.

Далее вычислим соотношение количеств вещества (n) углерода и водорода. Используем соотношение: m = n ^. М.

Шаг 4. Находим простейшую формулу.

N(С): N(Н) = 7,0175 : 15,79

Выбираем наименьшее значение (в данном случае «7,0175») и делим на него оба числа:

Значения вновь получились не целые. Пробуем их умножать на целые числа от «2» до «5». Видим, что при умножении на «4» получается набор наименьших целых чисел:

N(С): N(Н) = 4 : 9

Получили набор наименьших целых чисел. Это дает возможность записать простейшую формулу: С₄Н₉.

Шаг 5. Выявление истинной формулы.

Вещества с формулой С₄Н₉ не существует, следовательно, индексы в простейшей формуле необходимо увеличить в некоторое количество раз. Но никакой дополнительной информации, позволяющей выявить истинную формулу, в условии не содержится. В этом случае необходимо последовательно увеличивать индексы в простейшей формуле в целое число раз, анализируя согласование полученной формулы с общими формулами реально существующих веществ.

Увеличим индексы в 2 раза. Получим формулу: С₈Н₁₈, которая согласуется с общей формулой алканов С_kН_2k+2 — Такое вещество реально существует. Это — октан.

Теперь необходимо доказать единственность полученного ответа. Для этого увеличим индексы в простейшей формуле в 3 раза. Получим: С₁₂Н₂₇. В этой формуле количество

атомов водорода больше, чем в общей формуле самого насыщенного водородом гомологического рядя алканов. Число атомов (Н), приходящихся на 12 атомов углерода (С) в алкане, должно быть 12 ^. 2 + 2 = 26, а у нас получилось 27, следовательно, вещества С₁₂Н₂₇ не существует. Дальнейшее увеличение индексов приведет к еще большему увеличению содержания водорода, что доказывает единственность ответа С₈Н₁₈.

Ответ: С₈Н₁₈.