номер 2, страница 81 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

2.Вычислите массовые доли углерода в циклопропане и циклопентане. Объясните полученные результаты. Можно ли установить молекулярную формулу циклоалкана, зная только массовые доли элементов в его молекуле?

2.Дано:
Вещества: циклопропан, циклопентан
$A_r(\text{C}) = 12$
$A_r(\text{H}) = 1$

Найти:
$\omega(\text{C})$ в циклопропане — ?
$\omega(\text{C})$ в циклопентане — ?

Решение:

1. Составим молекулярные формулы веществ, исходя из общей формулы циклоалканов $\text{C}_n\text{H}_{2n}$:

• Циклопропан содержит 3 атома углерода ($n = 3$), его формула — $\text{C}_3\text{H}_6$.
• Циклопентан содержит 5 атомов углерода ($n = 5$), его формула — $\text{C}_5\text{H}_{10}$.

2. Рассчитаем молярную массу и массовую долю углерода в циклопропане $\text{C}_3\text{H}_6$:

$$M(\text{C}_3\text{H}_6) = 3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 36 + 6 = 42\text{ г/моль}$$

$$\omega(\text{C}) = \frac{3 \cdot A_r(\text{C})}{M(\text{C}_3\text{H}_6)} = \frac{36}{42} = \frac{6}{7} \approx 0{,}8571 \text{ или } 85{,}71\%$$

3. Рассчитаем молярную массу и массовую долю углерода в циклопентане $\text{C}_5\text{H}_{10}$:

$$M(\text{C}_5\text{H}_{10}) = 5 \cdot 12 + 10 \cdot 1 = 60 + 10 = 70\text{ г/моль}$$

$$\omega(\text{C}) = \frac{5 \cdot A_r(\text{C})}{M(\text{C}_5\text{H}_{10})} = \frac{60}{70} = \frac{6}{7} \approx 0{,}8571 \text{ или } 85{,}71\%$$

Объяснение полученных результатов:

Массовые доли углерода в обоих веществах оказались одинаковыми. Это объясняется тем, что все моноциклические циклоалканы принадлежат к одному гомологическому ряду с общей формулой $\text{C}_n\text{H}_{2n}$. Выразим массовую долю углерода в общем виде через $n$:

$$\omega(\text{C}) = \frac{12n}{12n + 2n} = \frac{12n}{14n} = \frac{6}{7} \approx 85{,}71\%$$

Число $n$ сокращается, поэтому во всех циклоалканах (а также в изомерных им алкенах) массовое и количественное соотношение атомов углерода и водорода строго постоянно: $N(\text{C}) : N(\text{H}) = 1 : 2$, а соотношение масс $m(\text{C}) : m(\text{H}) = 12 : 2 = 6 : 1$.

Ответ на дополнительный вопрос:

Нет, нельзя. Зная только массовые доли элементов, можно вычислить лишь простейшую (эмпирическую) формулу вещества, которая для всех циклоалканов имеет вид $\text{CH}_2$. Чтобы однозначно установить истинную молекулярную формулу ($\text{C}_n\text{H}_{2n}$), необходимо располагать дополнительными данными — например, молярной массой соединения или его относительной плотностью по известному газу.

Ответ:
$\omega(\text{C})$ в циклопропане $\approx 85{,}71\%$;
$\omega(\text{C})$ в циклопентане $\approx 85{,}71\%$;
Установить молекулярную формулу только по массовым долям невозможно.