Выявление истинной формулы реально существующего вещества

Задача 74

При сгорании некоторого углеводорода образовалось 80,64 л углекислого газа (СО₂)(н.у.) и расходовалось 107,52 л (н.у.) газообразного кислорода. Определите молекулярную формулу сгоревшего углеводорода, если его молярная масса совпадает с молярной массой простейшей формулы.

Дано: объем углекислого газа (н.у.): V(СО₂) = 80,64 л;
объем кислорода (н.у.): V(О₂) — 107,52 л;
молярная масса исходного углеводорода совпадает с молярной массой простейшей формулы.
Найти: молекулярную формулу углеводорода.
Решение:

Шаг 1. В состав углеводорода входит только углерод и водород. Обозначим формулу как С_хН_у.

Шаг 2. Запишем схему реакции горения:

С_хН_у + О₂ →СО₂ + Н₂О

Шаг 3. Определим соотношение количеств веществ элементов в углеводороде.

1. Определение количества вещества углерода.

Согласно схеме реакции весь углерод, содержавшийся в С_хН_у, переходит в СО₂. Следовательно, для определения количества углерода в С_хН_у будет достаточно узнать его количество в СО₂.

Используем алгоритм:

n(С) = n(СО₂) = 3,6 моль (по индексам в записи формулы СО₂).

2. Определение количества вещества водорода.

Количество водорода можно найти разными способами, но все они предполагают определение количества кислорода в образовавшейся воде. Мы выбираем следующий алгоритм:

Запишем соотношение количеств веществ в искомом углеводороде: n(С) : nН) = 3,6 : 4,8

Шаг 4. Определяем простейшую формулу С_хНу.

N(С) : N(H)) = 3,6 : 4,8

Выбираем наименьшее значение (в данном случае 3,6) 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 3 получается набор наименьших целых чисел:

N(С) : N(Н) = 3 : 4

Это дает возможность записать простейшую формулу: С₃Н₄.

Шаг 5. Выявление истинной формулы.

Вещество с формулой С₃Н₄ реально существует. Простейшая формула совпадает с истинной формулой, так как молярные массы совпадают.

Ответ: С₃Н₄.