Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Подготовка к централизованному тестированию. Задачи и упражнения с примерами решений
.pdf
Выделившийся в результате реакции оксид углерода реагирует
с гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия:
СО
+2NаОH = Nа2СО3 + H2О. (2)
2
Находим массу карбоната натрия:
m(Na
m(Na
) = ω(Na2CO3) . m(р-ра) / 100 %;
2CO3
) = 1,06 . 100 / 100 = 1,06 г.
2CO3
Вычисляем его количество:
n(Na
n(Na
) = m(Na2CO3) / M(Na2CO3);
2CO3
) = 1,06 / 106 = 0,01 моль.
2CO3
Рассчитываем количество оксида углерода, образовавшегося
при горении алкана. Согласно уравнению реакции (2):
n(СО
) = n(Na2CO3); n(СО2) = 0,01 моль.
2
Определяем массу оксида:
m(CO
) = n(CO2) . M(CO2);
2
m(CO
) = 0,01 . 44 = 0,44 г.
2
Находим массу воды, образовавшейся при горении алкана:
m(H
O) = m(р-ра)
2
m(H
– m(р-ра)
кон
O) = 100 – 99,2 – 0,44 = 0,36 г.
2
– m(CO2);
исx
Вычисляем ее количество:
n(H
О) = m(H2O) / M(H2O);
2
О) = 0,36 / 18 = 0,02 моль.
n(H
2
Hаходим количества атомов углерода и водорода в составе продуктов реакции. Из формулы воды H
n(H) = 2n(H
О); n(H) = 2 . 0,02 = 0,04 моль.
2
Из формулы оксида углерода CО
n(C) = n(CО
); n(C) = 0,01 моль.
2
O следует, что
2
следует, что
2
Находим соотношение количеств углерода и водорода:
n(С) : n(H) = 0,01 : 0,04 = 1 : 4.
Из общей формулы алканов С
xH2x+2
следует, что
n(С) / n(Н) = x / (2x+2); x / (2x+2) = 1 / 4,
откуда x = 1.
Следовательно, формула алкана будет иметь вид СH
221
.
4
14.24. Алкан сожгли в избытке кислорода. Продукты реакции
пропустили через избыток раствора гидроксида натрия массой
98,58 г. В результате масса раствора увеличилась на 1,42 г и массовая доля образовавшегося карбоната натрия в растворе составила
2,12 %. Определите формулу алкана.
Ответ: C
14.25. Масса 1 дм
2H6
.
3
газообразного соединения Х при н. у. равна
1,34 г, а массовая доля водорода в его составе – 0,2. При сгорании
3 г этого вещества образуется 4,48 дм
3
(н. у.) оксида углерода (IV).
Определите формулу соединения Х.
Решение. Определяем молярную массу соединения Х. Для этого
находим массу 1 моль (22,4 дм
3
) вещества. Составляем пропорцию:
1 дм3 соединения Х имеет массу 1,34 г,
22,4 дм
3
—
y = 1,34
y г.
.
22,4 / 1 = 30 г.
Таким образом, молярная масса соединения Х равна 30 г/моль.
Рассчитываем массу водорода в составе 1 моль вещества Х:
m(H) = m(X)
m(H) = 30
.
ω(H);
.
0,2 = 6 г.
Рассчитываем его количество:
n(H) = m(H) / M(H); n(H) = 6 / 1 = 6 моль.
Следовательно, в состав 1 моль Х входят 6 моль атомов водорода.
Hаходим количество соединения Х, подвергшегося горению:
n(Х) = m(Х) / M(Х); n(Х) = 3 / 30 = 0,1 моль.
Рассчитываем количество оксида углерода (IV), образовавше-
гося в результате горения Х:
n(СО
n(СО
) = V(СО2) / Vm;
2
) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль.
2
Количество углерода в составе Х равно количеству образовав-
шегося оксида углерода. Следовательно, в состав 0,1 моль Х входит 0,2 моль атомов углерода, а это значит, что в состав 1 моль Х
входит 2 моль атомов углерода.
Кроме углерода и водорода в состав Х может входить кисло-
род. Определяем его наличие. В состав 3 г соединения Х входит
0,2 моль углерода. Рассчитываем его массу:
m(C) = n(C)
.
M(C); m(C) = 0,2 . 12 = 2,4 г.
222
Массовая доля водорода в соединении Х равна 0,2. Hаходим
его массу:
(H) = ω(H) . m(X); m1(H) = 3 . 0,2 = 0,6 г.
m
1
Вычисляем суммарную массу водорода и углерода в соединении Х:
m1(H) + m(C) = 0,6 + 2,4 = 3 г.
Согласно условию масса соединения Х также равна 3 г. Сле-
довательно, кислород в его состав не входит. Поскольку в состав
1 моль Х входят 2 моль атомов углерода и 6 моль атомов водорода,
формула соединения будет иметь вид С
14.26. Масса 1 дм
3
газообразного соединения Х при н. у. равна
2H6
.
2,59 г, а массовая доля водорода в его составе – 0,1724. При сгорании 5,8 г этого вещества образуется 8,96 дм
3
(н. у.) оксида углеро-
да (IV). Определите формулу соединения Х.
Ответ: C
4H10
.
14.27. Массовая доля хлора в составе монохлорпроизводного
алкана равна 0,5504. Определите формулу монохлорпроизводного алкана.
Решение. Для расчетов выбираем образец производного алкана
массой 100 г. Вычисляем массу хлора в его составе:
m(Cl) = ω(Cl)
.
m(образца); m(Cl) = 0,5504 . 100 = 55,04 г.
Находим количество хлора:
n(Cl) = m(Cl) / M(Cl);
n(Cl) = 55,04 / 35,5 = 1,55 моль.
Из формулы хлоропроизводного алкана C
n(C
Сl) = n(Cl); n(CxH
xH2x+1
Сl) = 1,55 моль.
2x+1
Сl следует, что
xH2x+1
Определяем молярную массу монохлорпроизводного алкана:
М(C
M(C
xH2x+1
xH2x+1
Сl) = m(CxH
Сl) = 100 / 1,55 = 64,5 г/моль.
Сl) / n(CxH
2x+1
2x+1
Сl);
По уравнению
M(C
Сl) = xM(C) + (2x+1)M(H) + M(Cl),
xH2x+1
рассчитываем x, подставив в уравнение значения молярных масс:
64,5 = 12x + 2x + 1 + 35,5; x = 2.
Значит, формула производного алкана – С
223
2Н5
Cl.
14.28. Массовая доля хлора в составе дихлорпроизводного алка-
на равна 0,7171. Определите формулу дихлорпроизводного алкана.
Ответ: C2H4Cl2.
14.29. Алкан массой 4,4 г прореагировал с 7,1 г хлора с образова-
нием монохлорпроизводного алкана. Определите формулу алкана.
Решение. Записываем уравнение реакции:
C
xH2x+2
+ Cl2 → CxH
Сl + HCl.
2x+1
Рассчитываем количество хлора, вступившего в реакцию:
) = m(Cl2) / M(Cl2);
n(Cl
2
) = 7,1/ 71= 0,1 моль.
n(Cl
2
Согласно уравнению реакции:
n(C
) = n(Cl2); n(CxH
xH2x+2
) = 0,1 моль.
2x+2
Определяем молярную массу алкана:
M(C
M(C
xH2x+2
xH2x+2
) = m(CxH
) = 4,4 / 0,1= 44 г/моль.
) / n(CxH
2x+2
2x+2
);
Подставив в уравнение
M(C
) = xM(C) + (2x+2)M(H),
xH2x+2
значение молярных масс, вычисляем
44 = 12x + 2x + 2; x = 3.
Значит, формула алкана – С
3Н8
.
14.30. Алкан массой 7,2 г прореагировал с 14,2 г хлора с образо-
ванием дихлорпроизводного алкана. Определите формулу алкана.
Ответ: C5H12.
14.31. Установите формулу алкана, если массовая доля углеро-
да в его составе равна 0,8.
Решение. Из общей формулы алканов C
xH2x+2
следует, что мас-
совая доля углерода в составе неизвестного алкана равна:
ω(С) =
r
(C) (2 2) (H)++
xA x A
rr
.
(C)
xA
В уравнение подставляем значения массовой доли углерода и
молярных масс:
12
0,8 =
x
1222++
xx
224
.
Решая уравнение, получим: x = 2.
Следовательно, формула алкана — C
2H6
.
14.32. Установите формулу алкана, массовая доля углерода в
составе которого равна 83,33 %.
Ответ: C
5H12
.
14.33. Отношение количества углерода к количеству водорода
в составе смеси, состоящей из двух алканов, равно 2 : 5. Отношение числа атомов углерода в составе молекулы первого алкана к
числу атомов углерода в составе молекулы второго алкана равно
3 : 5. Отношение количества первого алкана к количеству второго
алкана в смеси равно 1 : 1. Определите формулу первого алкана.
Решение. Пусть С
— формула первого алкана, СyН
xН2x+2
2y+2
—
формула второго алкана. Выбираем образец смеси количеством
вещества, равным 2 моль. Согласно условию количества алканов
равны, т. е.
n(С
) = 1 моль, n(СyН
xН2x+2
) = 1 моль.
2y+2
Тогда в составе первого алкана количество углерода равно x,
количество водорода – (2x +2); в составе второго алкана количество углерода — y, количество водорода — (2y+2).
Количества атомов углерода и водорода в смеси соответственно равны сумме количеств атомов углерода и водорода в составе
каждого из алканов:
n(С) = x + y; n(Н) = 2x + 2 + 2y + 2 = 2x + 2y + 4.
В условии сказано, что отношение количества углерода к количеству водорода в составе смеси, состоящей из двух алканов,
равно 2 : 5, а это значит, что
(x + у) / (2x + 2y + 4) = 2 / 5. (1)
По условию отношение числа атомов углерода в составе первого
алкана к числу атомов углерода в составе второго алкана равно 3 : 5:
x / y = 3 / 5. (2)
Преобразовываем уравнения (1) и (2) и составляем из них систему уравнений:
⎧
x+ y x y
5( ) 2(2 2 4)
⎨
⎩
=++
xy
53
=
.
Решаем систему уравнений:
x = 3; y = 5.
Следовательно, формула первого алкана – С
225
3Н8
.
14.34. Отношение количества углерода к количеству водорода
в составе смеси, состоящей из двух алканов, равно 7 : 17. Отношение числа атомов углерода в составе молекулы первого алкана к
числу атомов углерода в составе молекулы второго алкана равно
2 : 3. Отношение количества первого алкана к количеству второго
алкана в смеси равно 2 : 1. Определите формулу первого алкана.
Ответ: C
4H10
.
14.35. В каком объемном соотношении нужно взять водород и
этан, чтобы на сгорание этой смеси требовался объем кислорода,
равный объему смеси?
Решение. Составляем уравнения химических реакций:
2Н
+ О2 = 2Н2О;
2
+ 7О2 → 6Н2О + 4СО2.
2С
2Н6
Примем объем водорода за x, а объем этана за y. Тогда объем
кислорода, прореагировавшего с водородом, будет равен 0,5 x, а
объем кислорода, прореагировавшего с этаном, будет равен 3,5y.
Из условия следует, что объем смеси равен объему кислорода:
x + y = 0,5 x + 3,5y;
x / y = 5.
Следовательно, объемы водорода и этана нужно взять в соотношении 5 к 1.
14.36. В каком объемном соотношении нужно взять водород и
пропан, чтобы на сгорание этой смеси требовался объем кислорода, втрое больший объема смеси?
Ответ: 4 к 5.
14.37. На горение углеводорода количеством 0,02 моль был
затрачен кислород количеством 0,18 моль. Образовавшийся углекислый газ пропустили через раствор гидроксида кальция, в результате образовался осадок массой 11 г. Масса одной молекулы
углеводорода не превышает 1,49
. 10–22
г. Определите формулу
углеводорода.
Решение. Если масса одной молекулы углеводорода не превышает 1,49
.10–22
г, то молярная масса не превысит значение
1,49
. 10–22 .
6,02 .1023 = 90 г/моль.
Углекислый газ реагирует с гидроксидом кальция согласно
уравнению химической реакции:
+ Са(ОН)2 = СаСО3↓ + Н2О.
СО
2
226
При пропускании избытка углекислого газа через раствор образовавшийся карбонат кальция будет растворяться:
СаСО
+ СО2 + Н2О = Са(НСО3)2.
3
Рассчитываем количество карбоната кальция, образовавшегося в результате пропускания углекислого газа через раствор гидроксида кальция:
n(СаСО
n(СаСО
) = m(СаСО3) / M(СаСО3);
3
) = 11 / 100 = 0,11 моль.
3
Согласно первому уравнению химической реакции:
n(CO
) = n(СаСО3) = 0,11 моль.
2
В условии задачи не сказано, что гидроксид кальция был взят
в избытке. Следовательно, через раствор Са(ОН)
углекислый газ
2
мог быть пропущен в количестве более 0,11 моль.
Рассчитываем отношение количества углеводорода к количеству прореагировавшего кислорода:
n(C
) / n(O2) = 0,02 / 0,18 = 1 / 9.
xHy
Составляем уравнение реакции горения углеводорода, учитывая, что коэффициент перед кислородом равен 9, перед углеводородом — 1:
C
+ 9O2 → xCO2 + 0,5yH2O.
xHy
Поскольку количество кислорода в левой части уравнения химической реакции равно количеству кислорода в правой части,
можно составить следующее уравнение:
18 = 2x + 0,5y.
Рассчитываем отношение:
n(C
Из соотношения следует, что коэффициент перед СО
) / n(СO2) = 0,02 / 0,11 = 1 / 5,5.
xHy
должен
2
быть больше 5, т. е. x > 5.
Предположим, что x = 6, тогда y = 12.
Следовательно, формула углеводорода – С
. Его молярная
6Н12
масса равна 84 г/моль. Ранее нами определено, что молярная масса углеводорода не превышает 90 г/моль.
Допустим, что x = 7, тогда y = 8.
Следовательно, формула углеводорода – С
. Его молярная
7Н8
масса равна 92 г/моль, она превышает значение 90 г/моль.
227
При значениях x более 7 молярная масса углеводородов будет
значительно превышать 90 г/моль. Следовательно, искомым углеводородом является С
6Н12
.
14.38. На горение углеводорода количеством 0,01 моль был
затрачен кислород количеством 0,08 моль. Образовавшийся углекислый газ пропустили через раствор гидроксида кальция, в
результате образовался осадок массой 4,5 г. Молярная масса углеводорода меньше 74 г/моль. Определите формулу углеводорода и
массу гидроксида кальция в растворе.
Ответ: С
14.39. На горение углеводорода объемом 2,24 дм
, m(Ca(OH)2 = 3,515 г.
5Н12
3
(н. у.) был затрачен кислород массой 16 г. Относительная плотность углеводорода по водороду менее 23. Образовавшийся в результате горения
углекислый газ пропустили через раствор гидроксида калия. В результате реакции получили смесь кислой и средней солей. Масса
кислой соли составила 13,8 г. Определите молекулярную формулу углеводорода и массу гидроксида калия в исходном растворе.
Ответ: С
, m(KOH) = 25,9 г.
3Н8
14.40. К газовой смеси, состоящей из равных объемов кисло-
рода и азота, добавили алкан объемом, равным объему исходной
смеси. В результате молярная масса конечной смеси оказалась на
7 единиц меньше. Определите формулу алкана.
Решение. Если равны объемы кислорода и азота в исходной га-
зовой смеси, то равны и их количества.
Примем количества в исходной газовой смеси азота и кислорода равными по 1 моль. Тогда молярная масса исходной газовой
смеси будет равна:
(O ) (N )
M
mm
(г) =
1
+
22
(O ) (N )
+
nn
22
или
(O ) (O ) (N ) (N )
⋅+⋅
nM nM
M
(г) =
1
2222
(O ) (N )
+
nn
22
.
В последнее уравнение подставим известные значения молярных масс и количеств веществ:
132 128
M
(г) =
1
⋅+⋅
11
+
= 30 г/моль.
Тогда молярная масса конечной газовой смеси будет равна:
M
(г) = 30 – 7 = 23 г/моль.
2
228
Молярная масса конечной газовой смеси также равна:
(O ) (N ) (C H )
M
mmm
(г) =
2
++
22 22
(O ) (N ) (C H )
++
nnn
22 22
xx
xx++
или
M
(г) =
2
2 2 2 2 22 22
(O ) (N ) (C H )
++
nnn
22 22
xx xx
++
xx
+
.
(O ) (O ) (N ) (N ) (C H ) (C H )
⋅+⋅+ ⋅
nM nM n M
Поскольку объем добавленного алкана равен объему исходной
смеси, его количество будет равно сумме количеств кислорода и
азота, т. е. 1 + 1 = 2 моль. В последнее уравнение подставляем известные значения:
132 128 2 (CH )
23 =
⋅+⋅+⋅
M
112
++
x2x2
+
.
Решая уравнение, получим M(CxH
) = 16 г/моль. Из общей
2x+2
формулы алканов следует:
M(C
) = 12x + 2x +2.
xH2x+2
Подставляем в уравнение значение молярной массы алкана:
16 = 12x + 2x +2.
Решая уравнение, получим: x = 1.
Следовательно, формула алкана – СН
.
4
14.41. Относительная плотность газовой смеси, состоящей из
водорода и кислорода, по водороду равна 6. К данной смеси добавили алкан объемом, равным объему водорода. В результате относительная плотность возросла в 1,6 раза. Определите алкан.
Ответ: этан.
14.42. При сгорании смеси массой 7,8 г, состоящей из алканов,
отличающихся друг от друга на один атом углерода, образовалось
0,5 моль углекислого газа. Определите массовую долю в смеси алкана с меньшим числом атомов углерода.
Решение. Составляем уравнения реакций:
С
С
x+1Н2x+4
Пусть в смеси содержалось a моль алкана С
кана С
x+1Н2x+4
. Согласно первому уравнению реакции в результа-
те сгорания алкана С
+ О2 → xСО2 + (x+1) Н2О;
xН2x+2
+ О2 → (x+1) СО2 + (x+2) Н2О.
образуется ax моль СО2, в соответс-
xН2x+2
229
xН2x+2
и b моль ал-
твии со вторым уравнением реакции в результате сгорания алкана
С
x+1Н2x+4
образуется b(x+1) моль СО2 .
Составляем уравнение:
ax + b(x+1) = 0,5. (1)
Выражаем массы алканов в смеси:
m(С
m(С
x+1Н2x+4
) = (14x + 2) . a;
xН2x+2
) = (14x +16) . b.
Составляем уравнение:
(14x + 2)
.
a + (14x +16) . b = 7,8 (2).
Из уравнений (1) и (2) составляем систему:
⎧
⎨
(14 2) (14 16) 7,8
⎩
ax+b(x
xax b
+⋅+ + ⋅=
1) 0, 5
+=
.
Согласно условию задачи x может принимать положительные
целочисленные значения, a и b от 0 до 0,5 моль.
Приняв x = 1, решая систему, получим a = 0,3, b = 0,1.
При x, равным 2 и более, полученные при решении системы
значения a и b не удовлетворяют условие задачи.
Следовательно, в смеси алканов содержится 0,3 моль СН
моль С
2Н6
.
и 0,1
4
Рассчитываем массу метана:
m(CH
Массовая доля CH
ω(CH
) = n(CH4) . M(CH4);
4
m(CH
ω(CH
) = 0,3 . 16 = 4,8 г.
4
составит:
4
) = m(CH4) / m(смеси);
4
) = 4,8 / 7,8 = 0,615.
4
14.43. При сгорании смеси массой 6 г, состоящей из алканов,
отличающихся друг от друга на два атома углерода, образовалось 8,96 дм
3
углекислого газа. Рассчитайте объемные доли ал-
канов в смеси.
Ответ: ϕ(СН4) = 50 %, ϕ(С3Н8) = 50 %.
14.44. Циклоалкан массой 5,6 г сожгли. Образовавшийся ок-
сид углерода (IV) пропустили через избыток известковой воды
(раствор гидроксида кальция). Определите массу образовавшегося осадка.
Ответ: 40 г.
230
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]