Химия

В состав полученного вещества входят углерод, водород и, возможно, кислород.

На основании правила Бунзена - Грэхема можно вычислить молекулярную массу полученного вещества

$M_x = 29 \left ( \frac{t_1}{t_в} \right )^2 = 29 \left ( \frac{71}{59} \right )^2 = 41,992 \approx 42$.

В результате пропускания искрового электрического разряда происходит разложение углеводородов на водород и углерод

$C_xH_{2y} \overset {эл. \: разряд}{\rightarrow} xC + yH_2$.

При этом из моля углеводорода $C_xH_{2y}$ образуется $y$ молей $H_2$ и сажа. На основании условий задачи можно сделать вывод, что в состав молекулы $C_xH_{2y}$ входит $3 \cdot 2 = 6$ атомов водорода, т. е. его возможная формула $C_xH_6$. Поскольку

$M = 12x + y = 42, x = \frac{42 - y}{12} = \frac{42 - 6}{12} = 3$,

неизвестное вещество могло быть пропиленом $C_3H_6$, что подтверждается реакцией с бромной водой на ненасыщенные углеводороды

$CH_3 - CH = CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_3 - CHBr - CH_2 - Br$.

Если предположить, что неизвестное вещество содержало кислород и имело формулу $C_{x}H_{y}O_{z}$, то его молекулярная масса $M = 12x + y + 16z$, и полученное неопределенное уравнение имеет решения, соответствующие валентностям элементов:

а) $x = 3$, $y = 6$, $z = 0$ (рассмотрено выше),
б) $x = 2$, $y = 2$, $z = 1$.

Во втором случае формула вещества $C2H_2O$. Такому составу отвечает формула внутримолекулярного ангидрида уксусной кислоты - кетена $H_2C = C = 0$, однако при его распаде образуется по молю $CO$ и $H_2$ на моль кетена, т. е. объем возрастает вдвое, а не втрое.

(Кроме того, при реакции с бромной водой преимущественно будет образовываться уксусная, а не бромуксусная кислота

$CH_2 = C = O + H_2O \rightarrow CH_3-COOH$,
$CH_2 = C = O + Br_2 \rightarrow CH_2Br - COBr \underset {H_2O}{\rightarrow} CH_2Br - COOH + HBr$.

При значительном избытке воды (бромная вода содержит около 3 % $Br_2$ и мольное отношение $Br_2 : H_2O \approx 1 : 300$) преимущественно будет идти нуклеофильная атака по связи $C = 0$, а не электрофильная по связи $C = C$, и бромная вода обесцвечиваться практически не будет.)

Если предположить, что степень точности определения молекулярной массы порядка 10 %, то молекулярная масса $M$ может быть в интервале 40-46. В этом случае по величине молекулярной массы подходят также: 1) $C_3H_8$ ($M = 44$ пропан), 2) $C_3H_4$ ($M = 40$, метилацетилен и аллен), 3) $C_2H_6O$ ($M = 46$, диметиловый эфир), 4) $C_2H_4O$ ($M = 44$, уксусный альдегид и окись этилена) и 5) $CH_2O_2$ ($M = 46$, муравьиная кислота), но ни одно из этих веществ не соответствует описанным выше реакциям неизвестного газа. Изомером $C_3H_6$ является циклопропан, но он не обесцвечивает раствор перманганата калия.

Пропилен мог быть получен при пропускании паров н-пропилового или изопропилового спирта над окисью алюминия при $280-400^{\circ} C$ или при нагревании тех же спиртов с концентрированной серной кислотой $C_3H_7OH \rightarrow CH_3XH = CH_2 + H_2O$, при пиролизе пропил- или изопронилацетата

$CH_3COOC_3H_7 \overset {400-500^{\circ}C}{\rightarrow} CH_3CH = CH_2 + CH_3COOH$,

при реакции изопропилгалогенида или пропилгалогенида со спиртовым раствором щелочи

$CH_3CH_2CH_2Cl + KOH \underset {\: спирт}{\rightarrow} CH_3-CH = CH_2 + KCl + H_2O$.