Для полного гидрирования 10 г этиленового углеводорода потребовалось 4 л водорода (н.у.). Какой это...

Это бутен. Для полного гидрирования 10 г этиленового углеводорода (C2H4) требуется 4 л водорода (H2) при нормальных условиях, что соответствует реакции с образованием бутана (C4H10).

Для определения углеводорода, который подвергся гидрированию, нужно рассмотреть реакцию гидрирования этилена (C2H4).

Этилен — это ненасыщенный углеводород с формулой C2H4, состоящий из двух атомов углерода и четырех атомов водорода. В ходе реакции гидрирования этилен реагирует с водородом (H2), чтобы образовать этан (C2H6):

[ C_2H_4 + H_2 \rightarrow C_2H_6 ]

Для полного гидрирования одного моля этилена (C2H4) требуется один моль водорода (H2).

Теперь давайте рассчитаем, сколько молей этилена содержится в 10 г. Сначала найдем молекулярную массу этилена:

• Молярная масса углерода (C) = 12 г/моль
• Молярная масса водорода (H) = 1 г/моль

Молярная масса этилена (C2H4) = 2 × 12 + 4 × 1 = 24 + 4 = 28 г/моль.

Теперь можем рассчитать количество молей этилена в 10 г:

[ n(C_2H_4) = \frac{10 \, \text{г}}{28 \, \text{г/моль}} \approx 0.357 \, \text{моль} ]

Так как для гидрирования одного моля этилена требуется один моль водорода, то для гидрирования 0.357 моль этилена потребуется столько же молей водорода:

[ n(H_2) = 0.357 \, \text{моль} ]

Теперь найдем объем водорода, который потребуется для реакции. Согласно уравнению состояния идеального газа, при нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает 22.4 л. Таким образом, объем водорода, необходимый для гидрирования, можно рассчитать как:

[ V(H_2) = n(H_2) \times 22.4 \, \text{л/моль} = 0.357 \, \text{моль} \times 22.4 \, \text{л/моль} \approx 8 \, \text{л} ]

Однако, в задаче указано, что для полного гидрирования 10 г этиленового углеводорода потребовалось 4 л водорода. Это значит, что, вероятно, рассматривается другой углеводород, который требует меньшего количества водорода для гидрирования.

Если 4 л водорода (при н.у.) использовалось для гидрирования, то:

[ n(H_2) = \frac{4 \, \text{л}}{22.4 \, \text{л/моль}} \approx 0.179 \, \text{моль} ]

Таким образом, если 0.179 моль водорода используется для гидрирования, то количество молей углеводорода можно рассчитать:

[ n(\text{углеводород}) = n(H_2) \approx 0.179 \, \text{моль} ]

Итак, если 10 г углеводорода содержат 0.179 моль, то молярная масса углеводорода:

[ M = \frac{10 \, \text{г}}{0.179 \, \text{моль}} \approx 55.87 \, \text{г/моль} ]

Это указывает на то, что углеводород имеет молекулярную формулу, которая может соответствовать пропену (C3H6), поскольку его молярная масса составляет 42 г/моль, но с учетом возможных изомеров, возможно, рассматривается другой углеводород, например, 1-бутен (C4H8) с молярной массой 56 г/моль.

Таким образом, углеводород, который мог быть гидрирован с использованием 4 л водорода, скорее всего, является 1-бутеном.

Для определения углеводорода по условиям задачи, разберем её поэтапно.

Дано:

1. Масса углеводорода: ( m = 10 \, \text{г} ).
2. Объём водорода: ( V_{\text{H}_2} = 4 \, \text{л} ) (нормальные условия).
3. Требуется определить формулу углеводорода.

1. Уравнение реакции гидрирования

Этиленовые углеводороды (алкены) имеют общую формулу ( \text{C}n\text{H}{2n} ) и содержат одну двойную связь. При реакции гидрирования алкен присоединяет одну молекулу водорода (( \text{H}_2 )) на одну двойную связь, превращаясь в соответствующий алкан (( \text{C}n\text{H}{2n+2} )).

Общее уравнение реакции гидрирования: [ \text{C}n\text{H}{2n} + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}n\text{H}{2n+2}. ]

2. Определение количества водорода

При нормальных условиях молярный объём газа составляет ( Vm = 22,4 \, \text{л/моль} ). Используя это значение, найдём количество вещества водорода (( \nu{\text{H}_2} )):

[ \nu_{\text{H}2} = \frac{V{\text{H}_2}}{V_m} = \frac{4}{22,4} \approx 0,1786 \, \text{моль}. ]

3. Мольное соотношение

Согласно уравнению реакции, 1 моль алкена реагирует с 1 молью водорода. Следовательно, количество вещества углеводорода (( \nu_{\text{C}n\text{H}{2n}} )) также равно количеству вещества водорода: [ \nu_{\text{C}n\text{H}{2n}} = \nu_{\text{H}_2} \approx 0,1786 \, \text{моль}. ]

4. Определение молярной массы углеводорода

Молярная масса углеводорода (( M_{\text{C}n\text{H}{2n}} )) рассчитывается по формуле: [ M_{\text{C}n\text{H}{2n}} = \frac{m}{\nu}. ] Подставим значения: [ M_{\text{C}n\text{H}{2n}} = \frac{10}{0,1786} \approx 56 \, \text{г/моль}. ]

5. Вывод формулы углеводорода

Для алкенов с формулой ( \text{C}n\text{H}{2n} ) молярная масса выражается как: [ M_{\text{C}n\text{H}{2n}} = 12n + 2n = 14n. ] Приравняем: [ 14n = 56 \quad \Rightarrow \quad n = 4. ]

Следовательно, углеводород имеет формулу ( \text{C}_4\text{H}_8 ) (бутен).

6. Проверка

1. Молекулярная масса ( \text{C}_4\text{H}_8 ): ( M = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 56 \, \text{г/моль} ) — совпадает.
2. Количество вещества: ( \nu = \frac{10}{56} \approx 0,1786 \, \text{моль} ) — совпадает.
3. Объём водорода: ( \nu_{\text{H}2} = \nu{\text{C}_4\text{H}8} = 0,1786 \, \text{моль}, \, V{\text{H}_2} = \nu \cdot V_m = 0,1786 \cdot 22,4 \approx 4 \, \text{л} ) — совпадает.

Ответ:

Углеводород — это бутен (( \text{C}_4\text{H}_8 )).