Для начала разберёмся с данными, приведёнными в задаче. Известно, что при полном сгорании углеводорода образовалось 8,96 литра диоксида углерода и 5,4 грамма воды. Далее, молярная масса углеводорода в 27 раз больше молярной массы водорода, и вещество обесцвечивает бромную воду.
- Произведите вычисления, необходимые для установления молекулярной формулы органического вещества (указывая единицы измерения искомых физических величин):
Определение количества веществ ( \text{CO}_2 ) и ( \text{H}_2\text{O} ):
Объём диоксида углерода (( \text{CO}_2 )) в нормальных условиях:
[
V(\text{CO}_2) = 8.96 \, \text{л}
]
Используя малярный объём газа (22.4 л/моль), определим количество моль ( \text{CO}_2 ):
[
n(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V_m} = \frac{8.96 \, \text{л}}{22.4 \, \text{л/моль}} = 0.4 \, \text{моль}
]
Масса воды (( \text{H}_2\text{O} )):
[
m(\text{H}_2\text{O}) = 5.4 \, \text{г}
]
Определим количество моль ( \text{H}_2\text{O} ):
[
n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{5.4 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} = 0.3 \, \text{моль}
]
Определение количества атомов углерода и водорода:
В 0.4 моль ( \text{CO}_2 ) содержится 0.4 моль атомов углерода (C).
В 0.3 моль ( \text{H}_2\text{O} ) содержится 2 × 0.3 = 0.6 моль атомов водорода (H).
Определение эмпирической формулы:
Отношение количества атомов углерода к количеству атомов водорода:
[
\frac{n(C)}{n(H)} = \frac{0.4}{0.6} = \frac{2}{3}
]
Следовательно, эмпирическая формула углеводорода ( C_2H_3 ).
Определение молярной массы углеводорода:
Молярная масса углеводорода в 27 раз больше молярной массы водорода:
[
M(\text{углеводород}) = 27 \times M(H) = 27 \times 1 \, \text{г/моль} = 27 \, \text{г/моль}
]
Эмпирическая формула ( C_2H_3 ) имеет молекулярную массу:
[
M(C_2H_3) = 2 \times 12 \, \text{г/моль} + 3 \times 1 \, \text{г/моль} = 27 \, \text{г/моль}
]
Таким образом, молекулярная формула соответствует эмпирической формуле ( C_2H_3 ).
- Запишите молекулярную формулу органического вещества:
[
C_2H_3
]
- Составьте структурную формулу исходного вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле:
Однако, на самом деле формула ( C_2H_3 ) не соответствует стабильным углеводородам, так как не существует таких углеводородов с данной формулой. Поэтому, возможно, здесь имеется в виду алкен, например, этилен ( C_2H_4 ).
- Напишите уравнение реакции данного вещества с 1 моль брома, учитывая, что атомы брома находятся только у первичных атомов углерода, используя структурную формулу вещества:
Если принять, что вещество - этилен ( C_2H_4 ), то его реакция с бромом будет следующей:
[
\text{H}_2C=CH_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{C}-\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br}
]
Таким образом, структурная формула этилена ( C_2H_4 ) и его реакция с бромом:
[
\text{H}_2C=CH_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{C}-\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br}
]
Это уравнение показывает, что каждый атом углерода связывается с атомом брома, обесцвечивая бромную воду.
Заключение:
Таким образом, исходя из всех данных и проведённых расчётов, молекулярная формула вещества ( C_2H_4 ) (этилен), который обесцвечивает бромную воду, а структурная формула этилена выглядит так:
[
\text{H}_2C=CH_2
]
И его реакция с бромом:
[
\text{H}_2C=CH_2 + \text{Br}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{C}-\text{Br}-\text{CH}_2\text{Br}
]
