Визначення Формули Вуглеводню: Гомолог Ацетилену Та Карбон (IV) Оксид
Привіт, друзі! Сьогодні ми зануримося у захопливий світ хімії, щоб розгадати таємницю вуглеводню. Нам дано цікаву задачу: при спалюванні 448 мл гомолога ацетилену (за нормальних умов) утворилось 2,64 г карбон (IV) оксиду. Наша місія – визначити формулу цього вуглеводню та загальну кількість атомів у його молекулі. Звучить захопливо, правда? Давайте разом крок за кроком розберемося з цим завданням, використовуючи наші знання з хімії та трохи дедукції. Готові? Поїхали!
Розуміння Умови Задачі та Необхідних Знань
Перш ніж ми почнемо вирішувати задачу, давайте переконаємося, що ми правильно розуміємо умови та необхідні поняття. Що таке гомолог ацетилену? Гомологи – це сполуки одного класу, які мають подібну хімічну структуру, але відрізняються кількістю атомів вуглецю та водню в молекулі. Ацетилен, або етин (C₂H₂), є найпростішим представником алкінів, тобто вуглеводнів з потрійним зв'язком між атомами вуглецю. Гомологи ацетилену матимуть загальну формулу CₙH₂ₙ₋₂. Карбон (IV) оксид, або вуглекислий газ (CO₂), утворюється в результаті повного згоряння вуглеводнів у кисні. Важливо пам'ятати, що об’єм 448 мл газу в нормальних умовах (н.у.) відповідає певному числу молів, яке ми можемо розрахувати, використовуючи закон Авогадро. Знання молярної маси CO₂ також буде корисним для розрахунку кількості речовини, що утворилася.
Основні Ключові Моменти
- Гомологи: Вуглеводні з подібною структурою, але різною кількістю атомів. У нашому випадку, це алкіни з загальною формулою CₙH₂ₙ₋₂.
- Ацетилен (етин): Найпростіший алкін, C₂H₂.
- Карбон (IV) оксид (вуглекислий газ): Продукт повного згоряння вуглеводнів, CO₂.
- Нормальні умови (н.у.): Температура 0°C (273.15 K) та тиск 101.325 кПа. За цих умов 1 моль будь-якого газу займає об’єм 22.4 л.
З цим набором знань ми готові перейти до розрахунків. Давайте перетворимо наші знання на конкретні цифри та формули. Готові? Починаємо!
Крок 1: Розрахунок Кількість Речовини CO₂
Перший крок у вирішенні нашої задачі – визначити кількість речовини карбон (IV) оксиду (CO₂), що утворилася в результаті спалювання. Нам відома маса CO₂ – 2,64 г. Для розрахунку кількості речовини (n) використовуємо формулу:
n = m / M
де: n – кількість речовини (моль) m – маса речовини (г) M – молярна маса речовини (г/моль)
Молярна маса CO₂ (M) розраховується як сума атомних мас атомів, що входять до його складу: M(CO₂) = M(C) + 2 * M(O) = 12 г/моль + 2 * 16 г/моль = 44 г/моль. Тепер можемо розрахувати кількість речовини CO₂:
n(CO₂) = 2,64 г / 44 г/моль = 0,06 моль
Отже, в результаті згоряння утворилося 0,06 моль CO₂. Це важливий крок, який дає нам ключову інформацію про кількість атомів вуглецю в нашому невідомому вуглеводні.
Підсумок розрахунків:
- Маса CO₂: 2,64 г.
- Молярна маса CO₂: 44 г/моль.
- Кількість речовини CO₂: 0,06 моль.
З цими даними переходимо до наступного кроку, щоб з'ясувати, скільки молів гомолога ацетилену було спалено.
Крок 2: Розрахунок Кількість Речовини Гомолога Ацетилену
Наступним важливим кроком є визначення кількості речовини гомолога ацетилену, який був спалений. Нам відомий об’єм газу (448 мл) за нормальних умов. За законом Авогадро, 1 моль будь-якого газу за нормальних умов займає об’єм 22.4 л (22400 мл). Для розрахунку кількості речовини (n) використовуємо формулу:
n = V / Vm
де: n – кількість речовини (моль) V – об’єм газу (мл) Vm – молярний об’єм газу за нормальних умов (22400 мл/моль)
Переводимо об’єм у літри: 448 мл = 0,448 л. Тепер розраховуємо кількість речовини:
n(гомолога) = 0,448 л / 22.4 л/моль = 0,02 моль
Отже, було спалено 0,02 моль гомолога ацетилену. Тепер у нас є ключові дані для визначення формули вуглеводню.
Підсумок розрахунків:
- Об’єм гомолога ацетилену: 448 мл = 0,448 л.
- Молярний об’єм: 22.4 л/моль.
- Кількість речовини гомолога ацетилену: 0,02 моль.
Тепер ми можемо використати ці дані, щоб визначити формулу вуглеводню. Збережіть ці цифри, вони будуть важливими!
Крок 3: Визначення Формули Вуглеводню
Тепер, коли ми знаємо кількість речовини CO₂ (0,06 моль) та кількість речовини гомолога ацетилену (0,02 моль), ми можемо визначити формулу вуглеводню. Реакція горіння вуглеводню відбувається за наступним рівнянням:
CₙH₂ₙ₋₂ + (3n-1)/2 O₂ → nCO₂ + (n-1)H₂O
З рівняння видно, що кожен моль вуглеводню утворює n моль CO₂. Ми знаємо, що 0,02 моль вуглеводню утворили 0,06 моль CO₂. Тому ми можемо встановити співвідношення:
0,02 моль * n = 0,06 моль n = 0,06 моль / 0,02 моль = 3
Отже, n = 3. Це означає, що в молекулі вуглеводню міститься 3 атоми вуглецю. Підставляємо значення n у загальну формулу гомолога ацетилену CₙH₂ₙ₋₂:
C₃H₂*₃₋₂ = C₃H₄
Отже, формула нашого вуглеводню – C₃H₄, тобто пропін. Вітаю, друзі, ми визначили формулу!
Підсумок розрахунків:
- Співвідношення CO₂ до вуглеводню: 0,06 моль CO₂ / 0,02 моль вуглеводню = 3.
- Кількість атомів вуглецю (n): 3.
- Формула вуглеводню: C₃H₄ (пропін).
Тепер у нас є формула вуглеводню. Залишилось визначити загальну кількість атомів в його молекулі.
Крок 4: Визначення Загальної Кількість Атомів у Молекулі
Останній крок – визначити загальну кількість атомів у молекулі пропіну (C₃H₄). Просто підсумовуємо кількість атомів вуглецю та водню в молекулі:
Кількість атомів вуглецю: 3 Кількість атомів водню: 4
Загальна кількість атомів = 3 + 4 = 7
Отже, в молекулі пропіну (C₃H₄) міститься 7 атомів. Ось і все, друзі! Ми пройшли весь шлях від умови задачі до кінцевого результату.
Підсумок розрахунків:
- Кількість атомів вуглецю: 3.
- Кількість атомів водню: 4.
- Загальна кількість атомів: 7.
Відповідь та Підсумки
Відповідь: Формула вуглеводню – C₃H₄ (пропін). Загальна кількість атомів у молекулі – 7.
Вітаю всіх, хто дійшов до цього моменту! Ми успішно розв’язали задачу, визначивши формулу вуглеводню та загальну кількість атомів у його молекулі. Хочу підкреслити важливість кожного кроку, починаючи з розуміння умови задачі та закінчуючи розрахунками. Хімія – це захоплива наука, яка відкриває нам двері до розуміння світу навколо нас. Сподіваюся, цей розбір був для вас корисним та цікавим. Якщо у вас виникли запитання, не соромтеся їх задавати! До зустрічі на наступних уроках хімії!