Как можно определить формулу алкана, если для его сжигания было использовано 14,56 л кислорода при нормальных условиях, а масса алкана составила 5,8 г? Пожалуйста, объясните всё подробно.

Химия 11 класс Определение формулы углеводородов формула алкана сжигание алкана кислород нормальные условия масса алкана химические реакции расчет формулы химия 11 класс Новый

Чтобы определить формулу алкана, необходимо выполнить несколько шагов. Давайте разберем их подробно.

Шаг 1: Определение количества кислорода, необходимого для сжигания алкана

Сначала нужно выяснить, сколько молей кислорода было использовано. Для этого воспользуемся уравнением состояния газа. При нормальных условиях (0°C и 1 атм) 1 моль газа занимает объем 22,4 л.

• Определим количество молей кислорода:
• Количество молей O2 = Объем O2 / Объем 1 моля газа = 14,56 л / 22,4 л/моль.

Теперь проведем расчет:

• Количество молей O2 = 14,56 / 22,4 ≈ 0,651 моль.

Шаг 2: Определение количества углерода и водорода в алкане

Алканы имеют общую формулу CnH2n+2. Для сжигания алкана используется кислород по уравнению:

CnH2n+2 + (3n + 1)O2 → nCO2 + (n + 1)H2O.

Из уравнения видно, что на 1 моль алкана требуется (3n + 1) моль кислорода. Мы знаем, что было использовано 0,651 моль кислорода. Теперь можем выразить n:

• 3n + 1 = 0,651
• 3n = 0,651 - 1
• 3n = -0,349
• n = -0,349 / 3.

Это уравнение не дает целого значения, следовательно, мы должны пересмотреть расчет. Вместо этого, мы можем использовать массу алкана.

Шаг 3: Определение молекулярной массы алкана

Теперь давайте найдем количество молей алкана, используя его массу:

• Молярная масса алкана = m / M, где m = 5,8 г.

Для этого нам нужно знать молярную массу алкана. Мы можем предположить, что это CnH2n+2, и подставить значения для различных n, чтобы найти подходящее значение.

Шаг 4: Подбор значений n

Теперь подберем значения для n:

• Для n = 1 (метан, CH4): Молярная масса = 16 г/моль.
• Для n = 2 (этан, C2H6): Молярная масса = 30 г/моль.
• Для n = 3 (пропан, C3H8): Молярная масса = 44 г/моль.
• Для n = 4 (бутан, C4H10): Молярная масса = 58 г/моль.

Теперь сравним количество молей, которые мы можем получить:

• Количество молей CH4 = 5,8 г / 16 г/моль = 0,3625 моль.
• Количество молей C2H6 = 5,8 г / 30 г/моль = 0,193 моль.
• Количество молей C3H8 = 5,8 г / 44 г/моль = 0,131 моль.
• Количество молей C4H10 = 5,8 г / 58 г/моль = 0,1 моль.

Шаг 5: Сравнение с количеством кислорода

Теперь сравним полученные значения с количеством кислорода:

• Для метана (n=1): 3(1) + 1 = 4 моль O2, что не соответствует.
• Для этана (n=2): 3(2) + 1 = 7 моль O2, что не соответствует.
• Для пропана (n=3): 3(3) + 1 = 10 моль O2, что не соответствует.
• Для бутана (n=4): 3(4) + 1 = 13 моль O2, что ближе, но не соответствует.

Таким образом, мы можем предположить, что алкан, сжигаемый в данном случае, является бутаном (C4H10), так как его расчетное количество кислорода наиболее близко к использованному.

Вывод:

Алкан, сжигаемый в данном случае, имеет формулу C4H10 (бутан).