номер 9, страница 172 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

9.Известно, что алканы — основные компоненты природного газа — не имеют запаха. Тем не менее в случае утечки газа ощущается неприятный запах, и в этой ситуации следует соблюдать особую осторожность. Откуда появляется запах, если известно, что газообразные углеводороды практически не имеют запаха? Дело в том, что для установления утечки газа к нему добавляют одоранты — вещества с сильным неприятным запахом. В одном из таких веществ содержится $38,7 \text{ %}$ углерода, $9,7 \text{ %}$ водорода и $51,6 \text{ %}$ серы (по массе). Его запах ощущается при наличии одной молекулы на 50 миллионов частиц воздуха. Известно, что кислотные свойства этого вещества выражены сильнее, чем у спиртов, оно образует соли при взаимодействии со щелочами.

а)Каковы должны быть ваши действия при обнаружении запаха газа?

б)Установите молекулярную и структурную формулу одоранта. Приведите уравнение реакции его с гидроксидом натрия.

в)Часто для обозначения очень малых концентраций используется понятие «миллионная доля» или $ppm$ (от англ. parts per million — ‘частей на миллион’). При какой минимальной концентрации $ (ppm) $ одоранта в воздухе будет ощущаться его запах?

а)Действия при обнаружении запаха газа:
1. Не зажигать огонь, не курить, не включать и не выключать электроприборы и освещение (любая искра может вызвать взрыв скопившегося газа).
2. Немедленно перекрыть газовый кран на трубе или вентиль баллона.
3. Открыть все окна и форточки для интенсивного проветривания помещения.
4. Вывести людей и домашних животных из загазованной зоны и покинуть помещение.
5. Вызвать аварийную газовую службу по номеру 104 или единую службу спасения 112 (звонить следует строго из безопасного места вне зоны утечки).

б)Определение формулы одоранта и составление уравнения реакции:

1. Определение молекулярной формулы:
Пусть масса образца вещества составляет $m = 100\text{ г}$. Тогда массы элементов в образце равны:
$m(\text{C}) = 38{,}7\text{ г}$
$m(\text{H}) = 9{,}7\text{ г}$
$m(\text{S}) = 51{,}6\text{ г}$

Рассчитаем количества веществ каждого элемента:

$$n(\text{C}) = \frac{m(\text{C})}{M(\text{C})} = \frac{38{,}7\text{ г}}{12\text{ г/моль}} \approx 3{,}225\text{ моль}$$

$$n(\text{H}) = \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})} = \frac{9{,}7\text{ г}}{1\text{ г/моль}} = 9{,}7\text{ моль}$$

$$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{51{,}6\text{ г}}{32\text{ г/моль}} = 1{,}6125\text{ моль}$$

Найдем соотношение атомов в молекуле вещества:

$$n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{S}) = 3{,}225 : 9{,}7 : 1{,}6125$$

Разделим каждое число на наименьшее ($1{,}6125$):

$$n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{S}) = \frac{3{,}225}{1{,}6125} : \frac{9{,}7}{1{,}6125} : \frac{1{,}6125}{1{,}6125} \approx 2 : 6 : 1$$

Простейшая формула вещества — $\text{C}_2\text{H}_6\text{S}$, ее молярная масса равна $M(\text{C}_2\text{H}_6\text{S}) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 32 = 62\text{ г/моль}$. Молекулярная формула совпадает с простейшей: $\text{C}_2\text{H}_6\text{S}$.

2. Установление структурной формулы:
По условию вещество проявляет более сильные кислотные свойства, чем спирты, и образует соли со щелочами. Это свойство характерно для тиолов (меркаптанов), содержащих сульфгидрильную группу $-\text{SH}$. Следовательно, одорантом является этантиол (этилмеркаптан).
Структурная формула: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{SH}$.

3. Уравнение реакции с гидроксидом натрия:
Тиолы реагируют со щелочами с образованием солей — тиолятов (меркаптидов):
$$\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{SH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{SNa} + \text{H}_2\text{O}$$ (образуется этантиолят натрия и вода).

в)Расчет минимальной концентрации одоранта в ppm:

Величина $1\text{ ppm}$ обозначает одну часть на миллион ($1$ молекула на $10^6$ молекул). По условию запах ощущается при наличии $1$ молекулы вещества на $50\text{ млн}$ частиц воздуха ($50 \cdot 10^6$).

Рассчитаем концентрацию в частях на миллион:

$$C = \frac{1\text{ молекула}}{50 \cdot 10^6\text{ частиц}} = \frac{\frac{1}{50}}{10^6} = \frac{0{,}02}{10^6} = 0{,}02\text{ ppm}$$

Ответ:
б) Молекулярная формула: $\text{C}_2\text{H}_6\text{S}$; структурная формула: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{SH}$ (этантиол);
в) $0{,}02\text{ ppm}$.