Химия задача ЕГЭ Задача 4. Неизвестный горючий газ, состоящий из углерода и водорода, нерастворим в концентрированной серной кислоте. При пропускании его в водный раствор перманганата калия или в раствор брома в четыреххлористом углероде окраска раствора не изме-няется. При 20 °С и 760 мм рт. ст. 144 мл газа имеют массу 0,337 г.
Определите молекулярную формулу и составьте формулы возможных изомеров, соответствующих условию задачи.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения задачи нам нужно определить молекулярную формулу горючего газа на основе предоставленных данных.

Шаг 1: Определение молекулярной массы

Используем закон Авогадро и идеальный газовый закон для определения молекулярной массы газа. Для этого найдем количество вещества (n) газа:

[
n = \frac{m}{M}
]

где:

m — масса газа (0,337 г),V — объем газа (144 мл = 0,144 л),R — универсальная газовая постоянная (0,0821 л·атм/(моль·К)),T — температура в Кельвинах (20 °C = 293 K),P — давление в атмосферах (760 мм рт. ст. = 1 атм).

Сначала найдем количество вещества по объемному газовому уравнению:

[
PV = nRT \Rightarrow n = \frac{PV}{RT}
]

Подставляем известные значения:

[
n = \frac{1 \, \text{атм} \cdot 0,144 \, \text{л}}{0,0821 \, \text{л·атм/(моль·K)} \cdot 293 \, \text{K}} \approx 0,00594 \, \text{моль}
]

Теперь можем найти молекулярную массу:

[
M = \frac{m}{n} = \frac{0,337 \, \text{г}}{0,00594 \, \text{моль}} \approx 56,8 \, \text{г/моль}
]

Шаг 2: Определение общего состава

Учитывая, что газ состоит только из углерода (C) и водорода (H), запишем:

[
M = x \cdot 12 + y \cdot 1
]

где (x) — количество атомов углерода, а (y) — количество атомов водорода. Мы знаем, что молекулярная масса примерно равна 56,8 г/моль, то есть можем попробовать разные комбинации C и H.

Возможные комбинации:

Если C = 4 (т.е. C4), то:
[ M = 4 \cdot 12 + y = 48 + y \Rightarrow y \approx 8,8 ] (нецелое)Если C = 3 (т.е. C3), то:
[ M = 3 \cdot 12 + y = 36 + y \Rightarrow y \approx 20,8 ] (нецелое)Если C = 2 (т.е. C2), то:
[ M = 2 \cdot 12 + y = 24 + y \Rightarrow y \approx 32,8 ] (нецелое)Если C = 1 (т.е. C1), то:
[ M = 1 \cdot 12 + y = 12 + y \Rightarrow y \approx 44,8 ] (нецелое)Если C = 5 (т.е. C5), то:
[ M = 5 \cdot 12 + y = 60 + y \Rightarrow y \approx -3,2] (невозможно).

Из этого анализа видно, что наиболее подходящий вариант из целых чисел – это (C4H{10}), так как молекулярная масса 58 г/моль (ближе к 56,8).

Шаг 3: Изучение реакций

Горючий газ нерастворим в H₂SO₄ и не обесцвечивает бром, что указывает на его насыщенность. Значит, это может быть алкан или циклоалкан.

Таким образом, возможными формулами изомеров будут:

н-бутан: (C4H{10})изобутан (или 2-метилпропан): (C4H{10})Ответ

Молекулярная формула: (C4H{10}). Возможные структурные изомеры:

Н-бутан (CH₃-CH₂-CH₂-CH₃).Изобутан (CH₃-CH(CH₃)-CH₃).