Определи углеводород по результатам сжигания и плотности по водороду

Привет! Давай разберем это интересное задание по химии шаг за шагом. Это как разгадывать химический детектив! Нам даны объемы газов и масса воды, полученные при сжигании какого-то углеводорода. А еще дана его плотность по водороду. Наша задача — узнать, что это за углеводород. **Шаг 1: Определяем молярную массу углеводорода.** Нам дана плотность газа по водороду ($D_{H_2}$). Это значит, что наш газ в 21 раз тяжелее водорода. Молярная масса водорода ($M_{H_2}$) равна 2 г/моль (потому что молекула водорода - это $H_2$). Чтобы найти молярную массу нашего углеводорода, мы умножаем плотность по водороду на молярную массу водорода: $$M_{\text{углеводорода}} = D_{H_2} \cdot M_{H_2}$$ $$M_{\text{углеводорода}} = 21 \cdot 2 \text{ г/моль}$$ $$M_{\text{углеводорода}} = 42 \text{ г/моль}$$ Запомним это число, оно нам очень пригодится! **Шаг 2: Определяем количество атомов углерода (x) в молекуле углеводорода.** Общая формула сгорания углеводорода выглядит так: $$C_xH_y + (x + \frac{y}{4})O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O$$ Мы знаем, что из 28 л углеводорода получилось 84 л оксида углерода (IV), то есть $CO_2$. По закону Авогадро, при одинаковых условиях (температура и давление), объемы газов соотносятся как их молярные коэффициенты в уравнении реакции. Из уравнения мы видим, что 1 моль $C_xH_y$ дает $x$ моль $CO_2$. Значит, отношение объемов будет таким: $$\frac{V_{C_xH_y}}{V_{CO_2}} = \frac{1}{x}$$ Подставляем известные значения: $$\frac{28 \text{ л}}{84 \text{ л}} = \frac{1}{x}$$ $$\frac{1}{3} = \frac{1}{x}$$ Отсюда $x = 3$. Значит, в нашем углеводороде 3 атома углерода. **Шаг 3: Определяем количество атомов водорода (y) в молекуле углеводорода.** Мы уже знаем, что молярная масса углеводорода $C_xH_y$ равна 42 г/моль, и $x=3$. Молярная масса углеводорода складывается из масс атомов углерода и водорода: $$M_{C_xH_y} = x \cdot M_C + y \cdot M_H$$ $$42 \text{ г/моль} = 3 \cdot 12 \text{ г/моль} + y \cdot 1 \text{ г/моль}$$ $$42 = 36 + y$$ Чтобы найти $y$, вычтем 36 из 42: $$y = 42 - 36$$ $$y = 6$$ Итак, в нашем углеводороде 6 атомов водорода. **Шаг 4: Собираем формулу углеводорода и проверяем.** Мы нашли, что $x=3$ и $y=6$. Значит, формула нашего углеводорода $C_3H_6$. Давай проверим это с данными по воде, чтобы убедиться, что все сходится. Если 28 л $C_3H_6$ сгорело, то сколько это моль? Нам не сказано, при каких условиях проходил процесс, но обычно в таких задачах подразумевают нормальные условия (н.у.), где 1 моль газа занимает 22.4 л. Количество моль $C_3H_6$: $$n_{C_3H_6} = \frac{V_{C_3H_6}}{V_m} = \frac{28 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 1.25 \text{ моль}$$ Уравнение горения для $C_3H_6$: $$C_3H_6 + 4.5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 3H_2O$$ Из уравнения видно, что из 1 моль $C_3H_6$ получается 3 моль $H_2O$. Значит, из 1.25 моль $C_3H_6$ получится: $$n_{H_2O} = 1.25 \text{ моль} \cdot 3 = 3.75 \text{ моль}$$ Теперь переведем моли воды в граммы. Молярная масса воды ($M_{H_2O}$) = $2 \cdot 1 + 16 = 18$ г/моль. Масса воды: $$m_{H_2O} = n_{H_2O} \cdot M_{H_2O}$$ $$m_{H_2O} = 3.75 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 67.5 \text{ г}$$ Это в точности совпадает с данными в условии задачи (67.5 г воды). Значит, мы все сделали правильно! **Шаг 5: Выбираем правильный ответ.** Наш углеводород — $C_3H_6$. Смотрим на варианты: a. $C_3H_8$ b. $C_2H_6$ c. $C_3H_6$ d. $C_2H_4$ **Правильный ответ: c**