Определение истинной формулы этана по плотности его паров

Задача 1.27.
В результате анализа некоторого образца газообразного углеводорода в нем обнаружено 5,92 г углерода и 1,48 г водорода. Плотность паров этого вещества при нормальных условиях составляла 1,34 г/л. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Дано:

масса углерода: m(С) = 5,92 г;
масса водорода: m(Н) = 18,33 г;
плотность паров искомого вещества: р(С_хН_у) = 1,34 г/л.
Найти: молекулярную формулу углеводорода.
Решение:
Шаг 1. В состав углеводорода входит только углерод и водород. Обозначим формулу как СхНу. Следовательно, требуется определить неизвестные индексы х, у.

Шаг 2. В условии нет указаний на химическую реакцию.

Шаг 3. Вычислим соотношение количеств вещества (n.) углерода и водорода. Используем соотношение: m = n ^. М.

Шаг 4. Находим простейшую формулу.

N(С):N(Н) = 0,493: 1,48

Выбираем наименьшее значение (в данном случае «0,493») и делим на него оба числа:

Получили набор наименьших целых чисел. Это дает возможность записать простейшую формулу: С₁Н₃.

Шаг 5. Выявление истинной формулы.

Вещества с формулой СН₃ не существует. В истинной формуле индексы будут в некоторое число раз больше, чем в простейшей. Для определения, во сколько раз необходимо увеличить индексы в простейшей формуле, сравним истинную молярную массу искомого вещества с молярной массой простейшей формулы. Молярную массу истинной формулы можно определить, используя данные о плотности вещества из условия, по алгоритму:

р(С_хН_y) —> m(порции С_хН_у объемом 22,4л) —>М_истин. (С_хН_у)

Плотность искомого газообразного вещества составляет 1,34 г/л при н.у. Это значит, что 1 л этого газа имеет массу 1,34 г. Определим массу 22,4 л по пропорции:

1,34 г — масса 1 л газа
х г — масса 22,4 л газа

— масса 22,4 л искомого газообразного вещества при нормальных условиях.

По закону Авогадро 22,4 л — это объем одного моля любого газа при нормальных условиях. Следовательно, 30 г — это масса 1 моль искомого газа, а это и есть его молярная масса:

M_истин.(С_хН_у) = 30 г/моль.

Определим значение молярной массы для простейшей формулы:

М_прост. = 1 ^. 12 + 3 ^. 1 = 15 г/моль.

Истинная молярная масса больше молярной массы простейшей формулы, следовательно, индексы в простейшей формуле необходимо увеличивать.

Умножаем индексы в простейшей формуле на 2 и получаем: С₂Н₆ ^. М(С₂Н₆) = 30 г/моль.

Ответ:  С₂Н₆.