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
Поскольку объем метана в исходной и конечной смесях один и
тот же, объем прореагировавшего водорода можно рассчитать как
разницу объемов исходной и конечной смесей:
V(H
V(H
Определяем объем С
V(C
2H4
) = V
2
) = 32 – 24 = 8 дм3.
2
. Согласно уравнению реакции:
2H4
) = V(H2); V(C2H4) = 8 дм3.
исx
– V
кон
;
Вычисляем объемную долю этена в исходной смеси:
CH
V
()
24
смеси
V
()
8
20
. 100 %;
. 100 = 40 %.
14.71. К 10 дм
φ(С
3
(н. у.) смеси пропана и этена добавили 6 дм3
φ(С
2Н4
2Н4
) =
) =
(н. у.) водорода. Смесь нагрели в присутствии платины. Объем
(н. у.) газа после реакции равен 12 дм
3
. Определите объемную
долю этена в исходной смеси.
Ответ: 40 %.
14.72. Какой максимальный объем (н. у.) хлороводорода может
присоединить 10 г пропена?
Ответ: 5,3 дм
3
.
14.73. Какую максимальную массу воды может присоединить
10 г бутена?
Ответ: 3,2 г.
14.74. Смесь пропена, этана и метана имеет относительную
плотность по водороду 14,67. Смесь пропустили через избыток
бромной воды. После этого относительная плотность газа по водороду стала равной 11,5. Определите объемную долю пропена в
исходной смеси.
Решение. С бромной водой будет реагировать только пропен.
С
+ Br2 → C3H6Br2.
3Н6
Следовательно, конечная смесь будет содержать этан и метан.
Рассчитываем молярную массу исходной газовой смеси:
М
= D . M(H2);
1
= 14,67 . 2 = 29,34 г/моль.
М
1
Находим молярную массу конечной газовой смеси:
241
М2 = D . M(H2);
М
= 11,5 . 2 = 23 г/моль.
2
Для расчетов примем образец исходной смеси количеством ве-
3
щества 1 моль. Его объем при н. у. равен 22,4 дм
. Пусть x — количество этана, y — количество метана, тогда количество пропена в
исходной смеси — (1 –
x – y).
Выражаем массы углеводородов в исходной смеси:
) = n(C2H6) . M(C2H6); m(C2H6) = 30x;
2H6
m(CH
) = n(CH4) . M(CH4); m(CH4) = 16y;
4
) = n(C3H6) . M(C3H6); m(C3H6) = (1 – x – y) . 42.
m(C
m(C
3H6
Выражаем молярную массу исходной смеси:
= (m(C2H6)+m(CH4)+m(C3H6)) / (n(C2H6)+n(CH4)+n(C3H6)).
M
1
В последнее уравнение подставляем известные значения:
.
29,34 = (30x + 16y + (1 – x – y)
42) / (x + y + 1 – x – y).
Преобразовываем уравнение:
12x + 26y = 12,66. (1)
Выражаем молярную массу конечной смеси:
= (m(C2H6) + m(CH4)) / (n(C2H6) + n(CH4));
M
2
В уравнение подставляем известные значения:
23 = (30x + 16y) / (x + y).
Преобразуем уравнение: x = y. (2)
Составляем систему уравнений из уравнений (1) и (2):
⎧
xy
12 26 12,66
+=
⎨
⎩
x= y
.
Решив систему, получим
x = 0,333 моль, y = 0,333 моль.
Вычисляем количество пропена:
n(С
n(С
) = 1 – 0,333 – 0,333 = 0,334 моль.
3Н6
) = (1 – x – y);
3Н6
Рассчитываем его объем:
V(C
) = n(C3H6) . Vm;
3H6
242
V(C3H6) = 0,334 . 22,4 = 7,48 дм3.
Определяем объемную долю пропена в исходной газовой смеси:
CH
V
()
φ(C3Н6) =
36
смеси
V
()
. 100 %;
φ(C
3Н6
) =
7,48
. 100 = 33,4 %.
22,4
14.75. Смесь этена, бутана и метана имеет относительную плот-
ность по водороду 16,25. Смесь пропустили через избыток бромной
воды. После этого относительная плотность газа по водороду стала
равной 18,5. Определите массовую долю этена в исходной смеси.
Ответ: 43 %.
14.76. Относительная плотность смеси алкана и алкена по во-
дороду равна 33,5. Оба соединения имеют одинаковое число атомов водорода. Определите их число.
Решение. Рассчитываем молярную массу газовой смеси:
М(г) = D
.
M(H2); М(г) = 33,5 . 2 = 67 г/моль.
Для расчетов выбираем образец смеси количеством вещества
1 моль.
Если формула алкана С
ловию будет С
x+1Н2x+2
.
Пусть y – количество алкана С
С
x+1Н2x+2
равно (1 – y). Выражаем молярные массы алкана и ал-
, то формула алкена согласно ус-
xН2x+2
, тогда количество алкена
xН2x+2
кена:
М(С
М(С
x+1Н2x+2
xН2x+2
) = 14x + 2;
) = 14x + 14.
Выражаем массы углеводородов в смеси:
m(С
m(С
xН2x+2
x+1Н2x+2
m(С
) = n(СxН
m(СxН
) = n(С
x+1Н2x+2
) = y . (14x + 2);
2x+2
x+1Н2x+2
) = (1 – y) . (14x + 14).
) . M(СxН
2x+2
) . M(С
);
2x+2
x+1Н2x+2
);
В уравнение
M(смеси) = (m(C
xH2x+2
) + m(C
x+1H2x+2
)) / n(смеси);
подставляем известные значения:
67 = (y
.
(14x + 2) + (1 – y) . (14x + 14)) / 1.
243
Преобразовываем уравнение:
y = (14 x – 53) / 12,
где x может принимать только целочисленные значения 1 и более,
y – только от 0 до 1, потому что количества алкана в смеси не может быть больше количества смеси, т. е. больше 1 моль.
Если x = 1, y = –3,25 (не удовлетворяет требованию).
Если x = 2, y = –2,08 (не удовлетворяет требованию).
Если x = 3, y = –
0,92 (не удовлетворяет требованию).
Если x = 4, y = 0,25 ( удовлетворяет требованию).
Следовательно, согласно принятым формулам алкана и алкена
число атомов водорода в их составе равно 10.
Значения x более 4 также не удовлетворяют требованию.
14.77. Относительная плотность смеси алкана и алкена по во-
дороду равна 32. Оба соединения имеют одинаковое число атомов
водорода. Определите объемную долю алкена.
Ответ: 50 %.
14.78. Относительная плотность газовой смеси, состоящей из
пропена и водорода, по водороду равна 11. Смесь поместили в
замкнутый сосуд с платиновым катализатором. К моменту установления равновесия пpоpеагиpовало 30 % водоpода. Опpеделите
массовую долю пропана в конечной смеси.
Решение. Рассчитываем молярную массу исходной газовой
смеси.
.
М(г) = D
M(H2); М(г) = 11 . 2 = 22 г/моль.
Выбираем образец смеси количеством вещества 1 моль. Его
масса будет составлять 22 г. Количество исходной смеси равно
сумме количеств водорода и пропена и составляет 1 моль:
) + n(С3Н6) = 1 моль.
n(Н
2
Выражаем количество пропена:
n(C3Н6) = 1 – n(Н2).
Выражаем массы водорода и пропена в смеси:
m(Н2) = n(Н2) . М(Н2); m(Н2) = n(Н2) . 2;
m(С
) = n(C3Н6) . М(C3Н6); m(С3Н6) = (1 – n(Н2)) . 42.
3Н6
Масса образца равна сумме масс водорода и пропена, что со-
ставляет 22 г:
) + m(C3Н6) = 22.
m(Н
2
244
Подставляем в уравнения значения масс водорода и пропена:
) . 2 + (1 – n(Н2)) . 42 = 22.
n(Н
2
Решаем уpавнение: n(Н
) = 0,5 моль.
2
Рассчитываем количество водорода, вступившего в pеакцию:
) = 30 % . 0,5 / 100 % = 0,15 моль.
n
1(Н2
Записываем уравнение реакции взаимодействия водорода и
пропена:
С
+ Н2 → С3Н8.
3Н6
Определяем количество образовавшегося пропана. Согласно
уравнению реакции:
n(C
n(C
) = n1(Н2);
3Н8
) = 0,15 моль.
3Н8
Находим массу пропана:
m(C
) = n(C3Н8) . M(C3Н8);
3Н8
m(C
) = 0,15 . 44 = 6,6 г.
3Н8
Определяем массовую долю пропана, учитывая, что масса газа
после pеакции pавна массе исходной газовой смеси, т. е. 22 г:
CH
()
ω(C
ω(C
3Н8
3Н8
) =
) =
38
гmm
()
6,6
. 100 = 30 %.
22
. 100 %;
14.79. Относительная плотность газовой смеси, состоящей из
этена и водорода, по водороду равна 7,5. Смесь нагрели в замкнутом сосуде с платиновым катализатором. К моменту установления
равновесия пpоpеагиpовало 40 % водоpода. Опpеделите массовую
долю этана в конечной смеси.
Ответ: 40 %.
14.80. Смесь алкана и алкена объемом (н. у.) 6,72 дм
3
пропустили через избыток раствора бромной воды. В результате этого
объем газа уменьшился на 1/3 часть, масса — на 5,6 г. Определите
формулу алкена.
Решение. Поскольку с бромной водой реагирует только алкен, то
его масса в смеси равна 5,6 г, а объем — 1/3 объема исходной смеси:
6,72 дм3 / 3 = 2,24 дм3.
245
Рассчитываем количество вещества алкена:
n(CxH2x) = V(CxH2x) / Vm;
n(CxH2x) = 2,24 / 22,4= 0,1 моль.
Находим его молярную массу:
M(CxH2x) = m(CxH2x) / n(CxH2x);
М(CxH2x) = 5,6 / 0,1 = 56 г/моль.
Поскольку
М(C
) = xM(C) + 2xM(H),
xH2x
рассчитываем x:
56 = 12x + 2x,
откуда x = 4.
Следовательно, формула алкена имеет вид С
14.81. Смесь алкана и алкена объемом (н. у.) 4,48 дм
4Н8
.
3
пропустили через избыток раствора бромной воды. В результате этого
объем газа уменьшился в 2 раза, масса – на 4,2 г. Определите формулу алкена.
Ответ: C
3H6
.
14.82. В каком объемном соотношении нужно взять водород и
этен, чтобы на сгорание этой смеси требовался объем кислорода,
вдвое больший объема смеси?
Ответ: 1 к 1,5
14.83. На гидрирование алкена был затрачен водород, объем
которого в 4 раза меньше объема углекислого газа, образующегося
при сгорании такого же количества данного алкена. Определите
молекулярную формулу алкена.
Ответ: С
14.84. При пропускании 20 дм
4Н8
.
3
(н. у.) бутана над катализато-
ром получили 40 г бутадиена-1,3. Определите выход алкадиена.
Ответ: 83 %.
14.85. Какую массу брома может присоединить 11,2 дм
3
(н. у.)
смеси бутадиена-1,3 и этена? Объемная доля этена равна 40 %.
Ответ: 128 г.
14.86. Какую массу бутадиена можно получить при пропуска-
нии 50 г этилового спирта над катализатором? Выход алкадиена
равен 80 %.
Ответ: 23,5 г.
246
14.87. Смесь бутана и бутена-2, полученная при гидрирова-
нии 5,4 г бутадиена, обесцветила 80 г бромной воды с массовой
долей брома 4 %. Определите массовую долю бутана в смеси углеводородов.
Решение. Рассчитываем массу брома:
m(Br
) = ω(Br2) . m(р-ра) / 100 %;
2
) = 80 . 4 / 100 = 3,2 г.
m(Br
2
Вычисляем его количество:
n(Br
) = m(Br2) / M(Br2);
2
) = 3,2 / 160 = 0,02 моль.
n(Br
2
Составляем уравнение реакции взаимодействия брома и бутена-2:
СН3 – СН = СН – СН3 + Br2 → CH3 – CHBr – CHBr – CH3.
Определяем количество бутена. Согласно уравнению реакции:
n(C
n(C
) = n(Br2);
4H8
) = 0,02 моль.
4H8
Находим массу бутена в смеси:
m(С
) = n(С4Н8) . M(С4Н8);
4Н8
m(С
) = 0,02 . 56 = 1,12 г.
4Н8
Записываем уравнение реакции взаимодействия бутадиена с
водородом с образованием бутена:
СН
= СН – СН = СН2 + Н2 → CH3 – CH = CH – CH3.
2
Определяем количество бутадиена, вступившего в реакцию с
водородом с образованием бутена. Согласно уравнению реакции:
n
1(C4H6
n
1(C4H6
) = n(С4Н8);
) = 0,02 моль.
Рассчитываем его массу:
m
1(С4Н6
m
) = n1(C4H6) . M(С4Н6);
1(С4Н6
) = 0,02 . 54 = 1,08 г.
Часть бутадиена прореагировала с водородом с образованием
бутана:
= СН – СН = СН2 + 2Н2 → CH3 – CH2 – CH2 – CH3.
СН
2
247
Его масса равна разнице масс бутадиена в исходной смеси и бу-
тадиена, прореагировавшего с водородом с образованием бутена:
m
2(C4H6
m
) = m(С4Н6) – m1(С4Н6);
2(C4H6
) = 5,4 – 1,08 = 4,32 г.
Находим количество бутадиена, прореагировавшего с водоро-
дом с образованием бутана:
n
2(C4H6
n
2(C4H6
) = m2(C4H6) / M(C4H6);
) = 4,32 / 54 = 0,08 моль.
Определяем количество бутана. Из последнего уравнения ре-
акции следует, что
n(С
n(С
) = n2(C4H6);
4Н10
) = 0,08 моль.
4Н10
Рассчитываем массу бутана в смеси:
m(С
) = n(С4Н10) . M(С4Н10);
4Н10
m(С
) = 0,08 . 58 = 4,64 г.
4Н10
Вычисляем массовую долю бутана в смеси:
CH
m
()
ω(С
4Н10
) =
CH CH+
mm
()()
410
410 48
. 100 %;
ω(С
4Н10
) =
4,64 1,12+
. 100 = 81 %.
14.88. В результате пропускания смеси бутана и бутена-2, по-
лученной при гидрировании 10,8 г бутадиена, через избыток раствора брома образовалось 17,28 г 2,3-дибромбутана. Определите
массовую долю бутана в смеси углеводородов.
Ответ: 61 %.
14.89. Плотность паров алкадиена при давлении, равном
4,64
50,65 кПа, и температуре 27
о
С равна 1,097 г/дм3. Определите
формулу алкадиена.
Решение. Приведем объем 1 дм
3
газа к нормальным условиям,
учитывая, что T = (273 + 27)К = 300 K:
V
= pVT0 / p0Т;
0
= (50,65 . 1 . 273) / (101,3 . 300) = 0,455 дм3.
V
0
248
Определяем молярную массу алкадиена. Для этого составляем
пропорцию:
3
0,455 дм
22,4 дм
(н. у.) имеет массу 1,097 г,
3
— x.
.
x = 1,097
22,4 / 0,455 = 54 г.
Следовательно, молярная масса алкадиена равна 54 г/моль.
Поскольку
M(C
) = xM(C) + (2 x – 2)M(H),
xH2x-2
рассчитываем x:
54 = 12x + 2x – 2; x = 4.
Следовательно, формула алкадиена — С
4Н6
.
14.90. Плотность паров алкадиена при давлении, равном 95 кПа, и
о
температуре 20
С равна 2,653 г/дм3. Определите формулу алкадиена.
Ответ: C5H8.
14.3. Алкины
14.91. В соответствии с систематической номенклатурой дайте
названия следующим алкинам:
14.92. Напишите структурные формулы следующих соедине-
ний: 4-метилгексина-2, 3,6-диметилгептина-1, 3,3-диметилбутина-1, 4-бромпентина-2.
14.93. С помощью каких реакций можно осуществить следую-
щие превращения?
Карбид кальция → ацетилен → этен → бромэтан → бутан →
→ углекислый газ.
14.94. Установите вещества A, B, C и D, образующиеся в це-
почке превращений:
HO Br 2H
++ −
Al C A B C D
43
22 2
⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→
Na
+
Запишите уравнения реакций.
249
.
14.95. Какой объем ацетилена (н. у.) образуется при действии
воды на 40 г технического карбида кальция? Массовая доля примесей в карбиде 20 %, выход ацетилена 90 %.
Ответ: 10,1 дм
3
.
14.96. Газ, полученный при взаимодействии 15 г техническо-
го карбида кальция с избытком воды, прореагировал с 64 г брома.
Определите массовую долю СаС
в составе карбида.
2
Ответ: 85 %.
14.97. Смесь пропана и пропена, полученная при гидрирова-
нии 4г пропина, обесцветила 100 г раствора брома в тетрахлориде углерода (массовая доля брома 3,2 %). Определите массовую
долю пропана в смеси углеводородов.
Ответ: 81 %.
14.98. При дегидрировании 20 дм
лучили 30 дм
3
смеси ацетилена и водорода. Определите объемную
3
смеси ацетилена и этана по-
долю ацетилена в исходной смеси.
Решение. Дегидрированию будет подвергаться только этан:
С
→ C2H2 + 2H2.
2Н6
Увеличение объема смеси определяется образованием водорода в результате реакции. Его объем равен разности объемов, образовавшейся и исходной смесей:
V(Н
) = 30 – 20 = 10 дм3.
2
Определяем объем этана. Согласно уравнению реакции:
V(C
V(C
) = 0,5V(H2);
2H6
) = 0,5 . 10 = 5 дм3.
2H6
Объем ацетилена в исходной смеси равен разности объемов исходной смеси и этана :
V(C
) = 20 – 5 = 15 дм3.
2H2
Рассчитываем объемную долю ацетилена:
φ(С
φ(С
2Н2
2Н2
V
()
) =
V
()
15
) =
20
250
CH
22
. 100 %;
смеси
. 100 = 75 %.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]