Химия
8 класс
Вопрос
При сгорании в кислороде смесь двух соседних газообразных гомологов насыщенных углеводородов образует двуокись углерода и пары воды. Объемное соотношение реагирующих веществ и продуктов реакции представлено в таблице:
а. Какие это углеводороды?
б. Определите процентное содержание углеводородов в смеси (по объему).
в. Вычислите процентное содержание компонентов смеси (по массе).
Ответ
Формально на основании количественного соотношения продуктов сгорания (CO2:H2O=24:46) можно записать формулу несуществующего углеводорода C24H92 и уравнение его «сгорания»
C24H92+47O2=24CO2+46H2O.
Число атомов водорода в C24H92 превышает число атомов водорода в парафинах CnH2n+2(C24H50).
К газообразным относятся углеводороды, содержащие 1-4 атома углерода. Уравнения их сгорания и отношение объемов образующихся веществ к объему стехиометрической смеси, соответствующей уравнению сгорания, можно записать следующим образом:
CH4+2O2=CO2+2H2O, V1:V0=(1+2):(1+2)=3:3=1,00;
C2H6+3,5O2=2CO2+3H2O, V1:V0=5:4,5=1,111;
C3H8+5O2=3CO2+4H2O, V1:V0=7:6=1,167;
C4H10+6,5O2=4CO2+5H2O, V1:V0=9:7,5=1,200.
Объемные отношения для исследуемой газовой смеси, указанные в условиях задачи [V1:V0=(24+46):(22+47)=70:69=1,0141, позволяют предположить, что одним из компонентов смеси является метан, так как только для него V1:V0 меньше, чем для исследуемой смеси; у всех остальных гомологов объем продуктов сгорания V1 больше объема исходных веществ V0 и V1:V0>l,014. Ближайшим гомологом метана является этан, следовательно, смесь состояла из метана CH4 и этана C2H6.
Если последовательно рассмотреть все возможные объемные отношения исходных веществ и продуктов сгорания для смесей CH4+C2H6 (состава 1:1,2:1,3:1 и т. д.)
1:1 CH4+C2H6+5,5O2=3CO2+5H2O (2:5,5→3:5),
2:1 2CH4+C2H6+7,5O2=4CO2+7H2O (3:7,5→4:7),
3:1 3CH4+C2H6+9,5O2=⋯ и т. д.,
то легко убедиться, что условия задачи 10:1 выполняются только при соотношении
10CH4+C2H6⏟11+23,5O223,5=12CO212+23H2O23(22:47→24:46).
На основании этих данных несложно вычислить как объемный, так и весовой состав смеси углеводородов:
10⋅10010+1=90,9%CH4;9,1%C2H6 (по объему),
10⋅16⋅10010⋅16+1⋅30=84,2%CH4;15,8%C2H6 (по массе).