Найдите молекулярную формулу газообразного углеводорода если при сжигании: Глава 3. Вопрос 6 ГДЗ Химия 10-11 класс Цветков. Найдите молекулярную формулу газообразного углеводорода.

Помогите пожалуйста. 1) Найдите молекулярную формулу газообразного углеводорода, если при сжигании 6,6 л его было получено 16,8 л оксида углерода (IV) и 13,5 г воды. 2) Определите молекулярную формулу углеводорода, содержание углерода в котором составляет 85,7%; плотность вещества по водороду — 28.

Последние вопросы

Русский язык
2 минуты назад
Русский язык 8 класс
Музыка
2 минуты назад
загадка к слову медицина (для детей 2-го класса
Информатика
2 минуты назад
на джава скрипт или пайтон без ашыбок it Тема: Гра Rock, Paper, Scissors, Lizard, Spock

Другие предметы
2 минуты назад
Упражнение 16. Переведите на русский язык. 1. Мынау мектеп пе? 2. Ол Иванов па? 3. Анау зауыт па? Анау Әсет пе? 5. Ол Карлыгаш па? 6. Мынау Берік пе? Аудитория жарык па? —
Биология
2 минуты назад
Убивает ли спирт сперму? Конечно идиотский вопрос, я прикоснулся ручки двери, а руками трогал половой орган( я его мыл, но руки нет) и потом продезефинцировал ручку двери спиртом и через некотрое время зашла в ванную мама и тронула ручку двери руками. Семяизвержения было в понедельник, а сегодня вечер пятницы и сперма на члене засохла, так можно ли заберемнеть? Только обоснованные ответы плиз

Биология
2 минуты назад
Можно ли заберемнетт? Конечно идиотский вопрос, я прикоснулся ручки двери, а руками трогал половой орган( я его мыл, но руки нет) и потом продезефинцировал ручку двери спиртом и через некотрое время зашла в ванную мама и тронула ручку двери руками. Семяизвержения было в понедельник, а сегодня вечер пятницы и сперма на члене засохла, так можно ли заберемнеть? Только обоснованные ответы плиз
Математика
2 минуты назад
5. Розв’яжи задачу Ділянка прямокутної форми має 32 м довжини і 24 м ширини. 3/4 усієї площі займає город, а решту — сад. Яка площа саду? (Помогите решить задачу срочно надо)
История
2 минуты назад
Які пункти селянської реформи визначало Положення про селян ? А) зменшення кріпосного права,зменшення селянського повинностей. Б) скасування кріпосного права, розміри поміщицьких землеволодінь.В) розміри земельного наділів,повинності,викупна операція.
Математика
7 минут назад
Помогите, пожалуйста, с математикой
Математика
7 минут назад
0,7•(-9)= Пж помогите ришить дам 10 балом матем. 6 клас с обяснением
Математика
7 минут назад
придбавши шапочку за 96 грн Оленка витратила 3/4 наявних у неї грошей скільки грошей залишилось у дівчини
Психология
7 минут назад
Пж загадка к слову защита для детей 2-го класса с рифмой)
Другие предметы
7 минут назад
Плиз помогите даю 20 балов
Биология
7 минут назад
как долго происходит развитие зародыша райской птицы?
Литература
7 минут назад
до якого літературного напряму належить творчість гулака-артемовського

Все предметы

Выберите язык и регион

English

United States

Polski

Polska

Português

Brasil

English

India

Türkçe

Türkiye

English

Philippines

Español

España

Bahasa Indonesia

Indonesia

Русский

Россия

How much to ban the user?

1 hour 1 day 100 years

Алгоритм решения задач на нахождение молекулярной формулы газообразного углеводорода

Тема: «Решение задач на нахождение молекулярной формулы газообразного углеводорода по его плотности и массовой доле элементов»

1. Цели.

Образовательные:

закрепить знание понятий «органические вещества», «углеводороды», «массовая доля», «количество вещества», «относительная плотность»;
научить студентов решать задачи на нахождение молекулярной формулы органического вещества;
сформировать умения определять состав органических веществ исходя из знания массовых долей элементов, а также масс или объемов продуктов сгорания этих веществ;

Развивающие: развивать умения анализировать, сравнивать, применять теоретические знания на практике для решения задач;
Воспитательные: способствовать формированию научного мировоззрения.

2. Обеспечение занятия: таблица «Периодическая система», инструкции для студентов, тестовые задания для проверки знаний, карточки задания.

3. Порядок выполнения:

3. 1. Разбор алгоритма решения задач.

3.2. Самостоятельное решение заданий.

3.3. Выполнение проверочной работы по вариантам.

4. Схема отчета:

4.1. Записать тему и цели практического занятия.

4.2. Привести решение задач.

4.3. Ответы к проверочной работе.

5. Анализ преподавателем выполнения работы.

6. Рекомендуемая литература:

Саенко О. Е. Химия. Учебник для колледжей. Ростов на Дону, 2008.
Габриелян О. С. Химия. Учебник для студентов среднего профессионального образования. –М.:Академия, 2008.
Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2002. – С. 177–236.

Вывод формул соединений.

Этот вид расчетов чрезвычайно важен для химической практики, т.к. позволяет на основании экспериментальных данных определить формулу вещества (простейшую и молекулярную). На основании данных качественного и количественного анализов химик находит сначала соотношение атомов в молекуле (или другой структурной единице вещества), т.е. его простейшую формулу.
Например, анализ показал, что вещество является углеводородом C_xH_y, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны 0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов, достаточно определить их количества вещества (число молей):

Таким образом, CH₃ является простейшей формулой данного вещества. Соотношению атомов C и H, равному 1 : 3, соответствует бесчисленное количество формул: C₂H₆, C₃H₉, C₄H₁₂ и т.д., но из этого ряда только одна формула является молекулярной для данного вещества, т. е. отражающей истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D. Так, для вышеприведенного случая D_h3 = 15.
Тогда M(C_xH_y) = 15 M(H₂) = 15•2 г/моль = 30 г/моль.
Поскольку M(CH₃) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно, молекулярная формула вещества: C₂H₆.

Алгоритм 1. Решение расчетных задач на вывод
молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов

Задача 1. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Вычислить относительную молекулярную массу M_r(C_хH_y) по относительной плотности:

3. Найти индексы х и y по отношению :

4. Записать простейшую формулу: С₃Н₈.

Проверка: М_r(C₃H₈) = 44, следовательно, C₃H₈– истинная формула.

Задача 2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти массовую долю водорода:

(Н) = 100% – 83,3% = 16,7%.

3. Найти индексы и простейшую формулу для углеводорода C_хH_y:

следовательно, простейшая формула – C₂H₅.

4. Найти истинную формулу. Поскольку общая формула алканов С_nH₂_n₊₂, то истинная формула – С₄Н₁₀.

Алгоритм 2. Решение расчетных задач на вывод
молекулярной формулы вещества по массе (объему) продуктов сгорания

Задача 3. При сжигании 29г углеводорода образовалось 88г углекислого газа и 45 г воды, относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти относительную молекулярную массу вещества:

M_r_{= D_возд•М_r(возд.),}

M_r(C_хH_y)= 2•29 = 58.

3. Найти количество вещества образовавшегося оксида углерода(IV):

4. Найти количество вещества углерода в сожженном веществе:

5. Найти количество вещества воды:

(H₂O) = 45/18 = 2,5 моль.

6. Найти количество вещества водорода в сожженном веществе:

(H) = 2(H₂O),

(H) = 2,5•2 = 5 моль.

7. Найти простейшую формулу углеводорода:

следовательно, простейшая формула – С₂Н₅.

8. Найти истинную формулу углеводорода:

М_r(C₂H₅) = 29,

M_r (C_хH_y) = 58,

следовательно, истинная формула – C₄H₁₀.

Задача 4. При сжигании 5,6 л (н.у.) газообразного органического вещества было получено 16,8 л (н.у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Масса 1 л исходного вещества при н. у. равна 1,875 г. Найти его молекулярную формулу.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти молекулярную массу вещества из пропорции:

1 л газа – 1,875 г,

22,4 л – m г.

Отсюда m = 42 г, M = 42 г/моль.

3. Найти количество вещества углекислого газа и углерода:

(CO₂) = 16,8/22,4 = 0,75 моль,

4. Найти количества веществ воды и водорода:

(H₂O) = 13,5/18 = 0,75 моль,

(H) = 0,75•2 = 1,5 моль.

5. Найти сумму масс углерода и водорода:

m(C) + m(H) = 0,75•12 +1,5•1 = 10,5 г.

6. Найти массу сожженного вещества:

Следовательно, вещество содержит только углерод и водород.

7. Найти простейшую формулу углеводорода C_хH_y:

следовательно, простейшая формула – СН₂.

8. Найти истинную формулу углеводорода:

M_r(CH₂) = 14,

M_r(в-ва) : M_r(CH₂) = 42 : 14 = 3,

следовательно, истинная формула – С₃Н₆.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Установите молекулярную формулу монохлоралкана, содержащего 38,38% хлора. Приведите графические формулы и названия всех соединений, отвечающих данной формуле.

Решение:

Общая формула алканов C_nH₂_n₊₂, общая формула монохлоралканов C_nH₂_n₊₁Cl
Cоставим выражение для расчета массовой доли хлора:

М(Cl) 35,5

ω( Сl) =——————-=————-=0,3838 , откуда n=4

М(C_nH₂_n₊₁Cl) 14n+36,5

Формула монохлоралкана С₄Н₉Сl

3. Графические формулы изомеров:

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂Сl 1-хлорбутан

СН₃ – СН₂ – СНCl– СН₃2- хлорбутан

СН₃ – СН – СН₂Сl 2-метил-1-хлорпропан

‌‌| ‌

СН₃

СН₃ – СCl – СН₃ 2-метил-2-хлорпропан

‌‌| ‌

СН₃ ‌‌

Задача 2. Установите молекулярную формулу алкена и продукта взаимодействия его с 1 моль бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4,24. Укажите название исходного алкена и одного его изомера.

Решение:

Общая формула монобромлканов C_nH₂_n₊₁Br. Молярная масса монобромлкана М= 12n+2n+1+80=14n+81
Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙4,24=123г/моль

Из выражения 14n+81=123 n=3

Формула бромалкана С₃Н₇Br, исходного алкана С₃Н₆ – пропен. Изомер – циклопропан.

Задача 3. Установите молекулярную формулу алкена, если одно и то же количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, 5,23 г хлорпроизводного или 8,2 г бромпроизводного.

Решение:

Уравнения реакций:

C_nH₂_n + Н Сl = C_nH₂_n₊₁Cl

C_nH_2n + Н Br = C_nH_2n+1Br

Так как количество вещества алкена одно и то же в обеих реакциях, то количества веществ галогеналканов равны:

n(C_nH_2n+1Cl) = n(C_nH_2n+1Br)

3. Из выражения 5,23/14n+36,5=8,2/14n+81 n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 4. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н. у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Решение:

Находим количество вещества алкена:

n(C_nH₂_n) = 1,012/22,4 = 0,045 моль

По уравнению реакции

C_nH₂_n +Сl₂ = C_nH₂_nCl₂

n(C_nH₂_nCl₂)= n(C_nH_2n) =0,045 моль

М(C_nH₂_nCl₂)=m/n=5,09/0,045=113г/моль

12n +2n+71=113 n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 5. При полном сгорании 3,9 г углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров вещества 3,482г/л. Выведите молекулярную формулу.

Задача 6. При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкана. Запишите структурные формулы названия возможных изомеров.

Задача 7. При полном сгорании неизвестной массы углеводорода образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 14. Выведите молекулярную формулу углеводорода.

Задача 4. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н.у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Задача 8. При сжигании 3.2г углеводорода образуется 8,8г СО_2.Относительная плотность по водороду этого вещества равна 8. Найдите формулу углеводорода.

Задача 9. При сжигании углеводорода массой 2,1 г получили 6,6г оксида углерода (IV). Относительная плотность органического соединения по водороду равна 42. Выведите молекулярную формулу углеводорода

Задача 10. При сжигании 4,4г алкана выделилось 13,4г углекислого газа. Относительная плотность вещества по воздуху равна 1,52. Определите молекулярную формулу алкана.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.

Задача 4. При сжигании 5,6 л (н.у.) газообразного органического вещества было получено 16,8 л (н.у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Масса 1 л исходного вещества ( при н.у.) равна 1,875 г. Найти его молекулярную формулу.

Задача 5. При сгорании 11,2 г Углеводорода получили оксид углерода массой 35,2 г и воду массой 14,4 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 1,93. Выведите молекулярную формулу.

Задача 6. При сжигании 2.2 г вещества получили 4,4 г оксида углерода и 1,8 г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 44. Определите молекулярную формулу вещества.

Задача 7. Выведите формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2 % водорода, если относительная плотность по водороду равна 22.

Задача 8. Определите молекулярную формулу углеводорода, если массовая доля углерода равна 85,75, а водорода –14,3%. Относительная плотность этого вещества по азоту примерно равна 2.

Задача 9. Найти формулу вещества, содержащего 85,71% углерода и 14,29% водорода, если относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,448.

Задача10. При сгорании 4,3 г Углеводорода получили оксид углерода массой 13,2 г и воду массой 6,3 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,966. Выведите молекулярную формулу.

Задача 11. При сгорании 2,1 г вещества получили оксид углерода массой 6,6 г и воду массой 2,7 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,96. Выведите молекулярную формулу.

Задача 12. При сгорании 8,6 г Углеводорода получили оксид углерода массой 26,4 г и воду массой 12,6 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,966. Выведите молекулярную формулу.

Задача 13. При сжигании 3,9 г органического вещества плотность паров по водороду- 39, образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Определить формулу вещества .

Задача 14. При сжигании алкена массой 11,2 г получили 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Относительная плотность алкена по воздуху равна 1,93. Найти молекулярную формулу алкена.

Задача 15. Определить молекулярную формулу углеводорода, если при сжигании 2,2 г его было получено 3,36л углекислого газа и 3,6 г воды. Плотность вещества по воздуху равна 1,5172.

Задача 16. Определить молекулярную формулу углеводорода, если при сжигании 1,3 г его было получено 2,24л углекислого газа и 0,9 г воды. Плотность вещества по водороду равна 12,992.

Задача 17. При сжигании 5,25 г газообразного углеводорода с плотностью по водороду =21 получили 8,4 л углекислого газа и 6,75 г воды. Определить формулу вещества.

Задача 18. Найти молекулярную формулу углеводорода, имеющего плотность по водороду =22. если при сгорании 4,4 г его образуется 6,72л CO₂ и 7,2 г Н₂О.

Задача 19. Относительная плотность по водороду некоторого алкана 15. Определите его формулу.

Задача 20. Массовая доля углерода в алкане составляет 84%. Определите его формулу.

Задача 21. При сгорании 2,2 г органического вещества, имеющего плотность по воздуху 1,517, образовалось 3,36 л углекислого газа (н.у.) и 3,6 г воды. Определите формулу органического вещества.

Задача 22. Органическое вещество содержит углерод (массовая доля 84,21%) и водород (15,79%). Плотность паров вещества по воздуху составляет 3,93. Определите формулу органического вещества.

Задача 23. Массовая доля углерода в углеводороде составляет 83,33%. плотность паров по водороду =36. Определите формулу углеводорода. Сколько он имеет изомеров? Напишите структурные формулы этих изомеров и назовите их.

Задача 24. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37 мл и плотностью 1,4 г/мл получили алкен 39,2 г.

Задача 25. Определите молекулярную формулу предельного трехатомного спирта, массовая доля углерода в котором равна массовой доле кислорода.

Определение молекулярной формулы углеводородов по данным сжигания

You are here: Home / Mole Calculations / Определение молекулярной формулы углеводородов по данным сжигания

25 апреля 2010 г. Шон Чуа 13 комментариев

Ранее мы обсуждали стратегию определения молекулярной формулы соединений с использованием состава по массе.

Сегодня мы обсудим Определение молекулярной формулы углеводородов с использованием данных о горении

новая концепция

переход

GCE O-Levels на GCE A-Levels

GCE A-Level h2 и h3.

Давайте посмотрим на задействованный метод.

Углеводороды сгорают в избытке кислорода по следующей формуле:

C _x H _y (g) + (x + y/4) O ₂ (g) —> xCO ₂(g) + y/2 H ₂ O (l)

В условиях комнатной температуры или ст.ст.м продукт воды фактически является жидкостью. Таким образом, объем ничтожен по сравнению с объемами C

₂

Использование коэффициента объема;

Следовательно, если 1 см ³ полностью сгорает в кислороде,

Объем использованного кислорода = (x + y/4) см ³

Объем образовавшегося диоксида углерода = x см ³

Объем произведенной воды (в виде жидкости) = 0 см ³

Давайте рассмотрим вопрос, основанный на экзамене, чтобы увидеть, как мы можем использовать вышеизложенное для решения вопроса.

Пример:

10 см ³ газообразного углеводорода требуется 20 см ³ кислорода для полного сгорания. 10 см3 ³ углекислого газа. Рассчитайте молекулярную формулу углеводорода.

Предлагаемое решение:
Используя общее уравнение и применяя соотношение объемов, мы имеем
C _x H _y (g) + (x + y/4) O ₂ (g) —> xCO ₂ (g) + y/2 H ₂ O (l)
10 см ³ …… 20 см ³ ……………….10 см ³
1 моль 2 моль 1 моль
Основываясь на приведенном выше сравнении, мы имеем
х = 1 и (х + у/4) = 2

Решение дает y = 4
Следовательно, молекулярная формула углеводорода CH ₄ .

Надеюсь, приведенное выше объяснение окажется для вас полезным. Обратите внимание, что это очень важная концепция, когда вы находитесь в JC1, и она все равно будет проверена, когда вы находитесь в JC2. Я понял, что многие из моих учеников в моих классах обучения химии GCE A-Level h3 не очень хорошо подготовлены в своих младших колледжах, когда дело доходит до этой базовой концепции.

PS: Дайте мне знать, как вы его найдете. Напишите мне комментарий. Я хотел бы услышать от вас. 😀

Статьи по теме:

Рубрики: Расчеты молей С тегами: Атомы Молекулы Стехиометрия, Вопросы химии, Расчеты молей

1.3: Введение в анализ горения

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы
55812

Паван М. В. Раджа и Эндрю Р. Бэррон

Университет Райса через OpenStax CNX2

Применение анализа горения

Горение, или, как его чаще называют, горение, представляет собой просто смешение и экзотермическую реакцию топлива и окислителя. Он использовался с доисторических времен различными способами, например, в качестве источника прямого тепла, например, в печах, котлах, плитах и штамповке металлов, или в поршневых двигателях, газовых турбинах, реактивных двигателях, ракетных двигателях, пушках и т. взрывчатые вещества. Автомобильные двигатели используют внутреннее сгорание для преобразования химической энергии в механическую. Сжигание в настоящее время используется при производстве больших количеств \(\ce{h3}\). Уголь или кокс сжигают при 1000 ^◦ С в присутствии воды в двухстадийной реакции. Первый этап, показанный на рисунке, включал частичное окисление углерода до монооксида углерода.

\[\ce{C(g) + h3O(g) -> CO(g) + h3(g)} \nonumber \]

На втором этапе происходит смешивание полученного монооксида углерода с водой для получения водорода и широко известна как реакция конверсии водяного газа.

\[\ce{CO(г) + h3O(г) → CO2(г) + h3(г)} \nonumber \]

Хотя горение имеет множество применений, оно не использовалось в качестве научного аналитического инструмента до конца 18 ^-й ^в.

История горения

В 1780-х годах Антуан Лавуазье (рисунок \(\PageIndex{1}\)) был первым, кто проанализировал органические соединения с помощью горения, используя очень большой и дорогой прибор (рисунок \(\PageIndex{2}). \) ), для чего потребовалось более 50 г органической пробы и бригада операторов.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): французский химик и известный «отец современной химии» Антуан Лавуазье (1743–1794). Рисунок \(\PageIndex{2}\): Аппарат Лавуазье для сжигания. А. Лавуазье, Traité Élémentaire de Chimie, 1789 г., 2 , 493-501.

Метод был упрощен и оптимизирован на протяжении 19 и 20 столетий, сначала Жозефом Гей-Люссаком (Рис. \(\PageIndex{3}\)), который начал использовать оксид меди в 1815 г., т.е. до сих пор используется в качестве стандартного катализатора.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Французский химик Жозеф Гей-Люссак (1778-1850).

Уильям Праут (рис. \(\PageIndex{4}\)) изобрел новый метод анализа горения в 1827 году путем нагревания смеси образца и \(\ce{CuO}\) с помощью многопламенной спиртовой лампы ( Рисунок \(\PageIndex{5}\)) и измерение изменения объема газа.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Английский химик, врач и естествоиспытатель Уильям Праут (1785-1850). Рисунок \(\PageIndex{5}\): Устройство сгорания Праута. В. Праут, Philos. Т. Р. Соц. Lond., 1827, 117 , 355.

В 1831 году Юстус фон Либих (рис. \(\PageIndex{6}\))) упростил метод анализа горения до системы «поезда сгорания» (рис. PageIndex{7}\)) и рисунок \(\PageIndex{8}\))), которые линейно нагревали образец с использованием угля, поглощали воду с помощью хлорида кальция и поглощали углекислый газ с помощью поташа (KOH). Для этого нового метода требовалось всего 0,5 г образца и один оператор, и Либих перемещал образец через аппарат, всасывая отверстие в дальнем правом конце аппарата.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Немецкий химик Юстус фон Либих (1803-1873). Рисунок \(\PageIndex{7}\): Распечатка прибора фон Либиха для определения состава углерода и водорода. J. Von Liebig, Annalen der Physik und Chemie, 1831, 21 .

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Фотография «прибора для сжигания топлива» фон Либиха для определения состава углерода и водорода. Коллекции Эспера в истории химии, Музей аппаратов, Университет Цинциннати, Дело 10, Анализ горения. Для 360 ^o вид этого аппарата, нажмите здесь.

Жан-Батист Андре Дюма (Рисунок \(\PageIndex{9}\))) использовал аналогичную систему сжигания, что и Либих. Однако он добавил U-образный аспиратор, препятствующий попаданию атмосферной влаги в аппарат (рис. \(\PageIndex{10}\))).

Рисунок \(\PageIndex{9}\): Французский химик Жан-Батист Андре Дюма (1800-1844). Рисунок \(\PageIndex{10}\) : Аппарат Дюма; обратите внимание на аспиратор в позиции 8. Источник: J. A. Dumas, Ann. Дер Хим. и фарм., 1841, 38 , 141.

В 1923 году Фриц Прегль (Рис. \(\PageIndex{11}\))) получил Нобелевскую премию за изобретение метода микроанализа горения. Для этого метода требовалось всего 5 мг или меньше, что составляет 0,01% от количества, необходимого в аппарате Лавуазье.

Рисунок \(\PageIndex{11}\): австрийский химик и врач Фриц Прегль (1869-1930).

Сегодня для анализа сжигания органических или металлоорганических соединений требуется всего около 2 мг образца. Хотя этот метод анализа разрушает образец и не так чувствителен, как другие методы, он по-прежнему считается необходимым для характеристики органического соединения.

Категории горения

Основные типы пламени

Существует несколько категорий горения, которые можно идентифицировать по типам пламени (таблица \(\PageIndex{1}\)). В какой-то момент процесса горения топливо и окислитель должны смешаться. Если они смешиваются перед сжиганием, такой тип пламени называется пламенем с предварительным смешиванием, а если они смешиваются одновременно со сгоранием, это называется пламенем без предварительного смешения. Кроме того, поток пламени можно разделить на ламинарный (обтекаемый) или турбулентный (рис. \(\PageIndex{12}\)).

Таблица \(\PageIndex{1}\): Типы систем сгорания с примерами. Адаптировано из J. Warnatz, U. Maas и R. W. Dibble, Горение: физические и химические основы, моделирование и имитация, эксперименты, образование загрязняющих веществ, 3-е изд., Springer, Берлин (2001).
Смесь топлива/окислителя	Движение жидкости	Примеры
Предварительно смешанный	Турбулентный	Бензиновый двигатель с искровым зажиганием, низкий NO _x Стационарная газовая турбина
Премикс	Ламинарный	Плоское пламя, пламя Бунзена (за которым следует свеча без предварительного смешения для Φ>1)
Без предварительного смешения	Турбулентный	Сжигание пылевидного угля, авиационная турбина, дизельный двигатель, H ₂ /O ₂ ракетный двигатель
Без предварительного смешения	Ламинарный	Дровяной камин, лучистые горелки для отопления, свеча

Рисунок \(\PageIndex{12}\): Схематическое изображение (а) ламинарного течения и (б) турбулентного течения.

Количество кислорода в системе сгорания может изменить направление пламени и внешний вид. Как показано на рисунке \(\PageIndex{13}\), пламя без кислорода обычно имеет очень турбулентный поток, а пламя с избытком кислорода имеет тенденцию к ламинарному течению.

Рисунок \(\PageIndex{13}\): Пламя горелки Бунзена с переменным количеством кислорода и постоянным количеством топлива. (1) воздушный клапан полностью закрыт, (2) воздушный клапан приоткрыт, (3) воздушный клапан наполовину открыт, (4) воздушный клапан полностью открыт.

Стехиометрическое сжигание и расчеты

Система сжигания называется стехиометрической, когда расходуется все топливо и окислитель, а образуются только углекислый газ и вода. С другой стороны, система с высоким содержанием топлива имеет избыток топлива, а система с обедненным топливом имеет избыток кислорода (таблица \(\PageIndex{2}\)).

Таблица \(\PageIndex{2}\): Примеры стехиометрических, богатых и бедных топливом систем.
Тип сжигания	Пример реакции
Стехиометрический	\(\ce{2h3 + O2 -> 2h3O}\)
Богатое топливо (\(\ce{h3}\) осталось)	\(\ce{3h3 +O2 ->2h3O+h3}\)
Бедное топливо (\(\ce{O2}\) осталось)	\(\ce{Ch5 +3O2 ->2h3O+CO2 +O2}\)

Если записать реакцию стехиометрической смеси, описывающую реакцию ровно 1 моля топлива (в данном случае \(\ce{h3}\)), то можно легко рассчитать мольную долю содержания топлива. следующим образом, где \( ν \) обозначает количество молей \(\ce{O2}\) в уравнении реакции горения для полной реакции на \(\ce{h3O}\) и \(\ce{CO2} \),

\[ x_{\text{топливо, стех}} = \dfrac{1}{1+v} \nonumber \]

Например, в реакции

\[\ce{h3 + 1/2 O2 → h3O2 + h3} \nonumber \]

имеем \( v = \frac{1}{2} \), поэтому стехиометрия рассчитывается как

\[ x_{\ce{h3}, \text{стех }}= \dfrac{1}{1+0,5} = 2/3 \nonnumber \]

Однако, по расчетам, эта реакция соответствует реакции в среде чистого кислорода. С другой стороны, в воздухе всего 21 % кислорода (78 % азота, 1 % инертных газов). Поэтому, если в качестве окислителя используется воздух, это необходимо учитывать в расчетах, т.е.

\[ x_{\ce{N2}} = 3,762 (x_{\ce{O2}}) \nonumber \]

Таким образом, мольные доли стехиометрической смеси в воздухе рассчитываются следующим образом:

\[ x_{\text{топливо, стех}} = \dfrac{1}{1+v(4,762)} \label{eq:xfuel} \]

\[ x_{\ce{O2},\text{стех} } = v(x_{\text{топливо, стех.}}) \nonumber \]

\[ x_{\ce{N2},\text{стех.}} = 3,762(x_{\ce{O2}, \text {stoich}}) \nonumber \]

Пример \(\PageIndex{1}\):

Рассчитайте мольную долю топлива (\(x_{\text{fuel}} \)) для стехиометрической реакции:

\[ \ce{Ch5 + 2O2} + (2 \times 3,762)\ce{N2 → CO2 + 2h3O} + (2 \times 3,762)\ce{N2} \nonumber \]

Раствор

В этой реакции \( ν \) = 2, так как для полного окисления метана в \(\ce{h3O}\) и
\(\ce{CO2}\) необходимо 2 моля кислорода.

\[ x_{\text{топливо, стех}} = \dfrac{1}{1+2 \times 4,762} = 0,09502 = 9,502~\text{моль} \% \nonumber \]

Упражнение \(\ PageIndex{1}\)

Рассчитайте мольную долю топлива для стехиометрической реакции:

\[ \ce{C3H8 + 5O2} + (5 \times 3,762)\ce{N2 → 3CO2 + 4h3O} + (5 \times 3,762)\ce{N2} \nonumber \]

Ответ: Мольная доля топлива 4,03%

Реакции горения предварительно смешанной смеси можно также охарактеризовать коэффициентом эквивалентности воздуха, \( \lambda \):

\[ \lambda = \dfrac{x_{\text{воздух}}/x_{\text{топливо}}} {x_{\text{воздух, стоич}}/x_{\text{топливо,стоич}}} \nonumber \]

Коэффициент эквивалентности топлива, \(Φ\), является обратной величиной этого значения

\[ Φ = 1/\lambda \nonumber \]

Переписав \ref{eq:xfuel} в терминах коэффициента эквивалентности топлива, получим: } { 1 + v( 4,672 / \Phi ) } \nonumber \]

\[ x_{\text{воздух}} = 1 — x_{\text{fuel}} \nonumber \]

\[ x_{\ ce{O2}} = x_{\text{воздух}}/4,762 \nonumber \]

\[ x_{\ce{N2}} = 3,762(x_{\ce{O2}}) \nonumber \]

Процессы сжигания с предварительным смешиванием также можно идентифицировать по соотношению эквивалентов воздуха и топлива (таблица \(\PageIndex{3}\) ).

Таблица \(\PageIndex{3}\): Идентификация типа горения по значениям Φ и λ.
Тип сжигания	Ф	λ
Богатый	>1	<1
Стехиометрический	=1	=1
Бережливое	<1	>1

При сжигании с предварительным смешением можно лучше контролировать реакцию. Если работать в обедненных условиях, то высокие температуры, загрязняющий оксид азота и образование сажи можно свести к минимуму или даже избежать, что позволит системе эффективно сгорать. Однако предварительно смешанная система требует больших объемов предварительно смешанных реагентов, что представляет опасность возгорания. В результате сжигание без предварительного смешения, хотя и не является эффективным, чаще используется.

Аппаратура

Хотя аппаратура для анализа горения значительно улучшилась, основные компоненты прибора (рис. 1.14) не сильно изменились с конца 18 ^-го-го века.

Рисунок \(\PageIndex{14}\) : Аппарат для сжигания ^-го-го века. Коллекции Эспера в Музее аппаратов истории химии, Университет Цинциннати, Дело 10, Анализ горения. Щелкните здесь, чтобы просмотреть изображение этого аппарата в формате 360 ^o.

Образец органического соединения, такого как углеводород, содержится в печи или подвергается воздействию огня и сжигается в присутствии кислорода с образованием водяного пара и газообразного диоксида углерода (рис. \(\PageIndex{15}\) ). Образец движется сначала через аппарат в камеру, в которой \(\ce{h3O}\) поглощается гидрофильным веществом, а затем через камеру, в которой поглощается \(\ce{CO2}\). Изменение веса каждой камеры определяется для расчета веса \(\ce{h3O}\) и \(\ce{CO2}\). После определения масс \(\ce{h3O}\) и \(\ce{CO2}\) их можно использовать для характеристики и расчета состава исходного образца.

Рисунок \(\PageIndex{15}\): Типичный современный топочный аппарат с топкой.

Расчеты и определение химических формул

Углеводороды

Анализ горения является стандартным методом определения химической формулы вещества, содержащего водород и углерод. Сначала образец взвешивают, а затем сжигают в печи в присутствии избытка кислорода. Весь углерод превращается в углекислый газ, а водород таким образом превращается в воду. Каждый из них поглощается в отдельных отсеках, которые взвешиваются до и после реакции. По этим измерениям можно определить химическую формулу.

Обычно при анализе горения происходит следующая реакция:

\[ \ce{C_{a}H_{b} + O2(xs) → aCO2 + b/2 h3O} \nonumber \]

Пример \( \PageIndex{2}\):

После сжигания 1,333 г углеводорода в приборе для анализа горения образовалось 1,410 г \(\ce{h3O}\) и 4,305 г \(\ce{CO2}\). . Отдельно было найдено, что молярная масса этого углеводорода составляет 204,35 г/моль. Вычислите эмпирическую и молекулярную формулы этого углеводорода.

Этап 1 : Используя молярные массы воды и углекислого газа, определите образовавшиеся моли водорода и углерода.

\[ 1.410~\text{g}~\ce{h3O} \times \dfrac{1~\text{mol}~\ce{h3O}}{18.015~\text{g}~\ce{h3O} } \times \dfrac{2~\text{моль H}}{1~\text{моль}~\ce{h3O}} = 0,1565~\text{моль H} \nonumber \]

\[ 4,3051~\ text{g}~\ce{CO2} \times \dfrac{1~\text{mol}~\ce{CO2}}{44.010~\text{g}~\ce{CO2}} \times \dfrac{1 ~\text{моль C}}{1~\text{моль}~\ce{CO2}} = 0,09782 ~\text{моль C} \nonumber \]

Шаг 2 : Разделите большее молярное количество на меньшее молярное количество. В некоторых случаях отношение не состоит из двух целых чисел. Преобразуйте числитель отношения в неправильную дробь и перепишите отношение целыми числами, как показано: { 1.600~\mathrm { моль~H } } { 1~\mathrm { моль~C } } = \frac { 16 / 10~\mathrm { моль~H } } { 1~\mathrm { моль~C } } = \frac { 8 / 5~\mathrm { моль~H } } { 1~\mathrm { моль~C } } = \frac { 8~\mathrm { моль~H } } { 5~\mathrm { моль~C } } \номер\]

Таким образом, эмпирическая формула имеет вид \(\ce{C5H8}\).

Этап 3 : Чтобы получить молекулярную формулу, разделите экспериментальную молярную массу неизвестного углеводорода на вес эмпирической формулы.

\[ \frac { \text { Молярная масса } } { \text { Масса эмпирической формулы } } = \frac { 204,35~\mathrm { г } / \mathrm { моль } } { 68,114~\mathrm { г } / \mathrm { моль } } = 3 \nonumber \]

Таким образом, молекулярная формула \(\ce{(C5H8)3}\) или \(\ce{C15h34}\).

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

После сжигания 1,082 г углеводорода в приборе для анализа горения, 1,583 г \(\ce{h3O}\) и 3,315 г \(\ce{CO2} \) были произведены. В отдельности было обнаружено, что молярная масса этого углеводорода составляет 258,52 г/моль. Вычислите эмпирическую и молекулярную формулы этого углеводорода.

Ответить: Эмпирическая формула: \(\ce{C3H7}\), молекулярная формула: \(\ce{(C3H7)6}\) или \(\ce{C18h52}\).

Соединения, содержащие углерод, водород и кислород

Анализ горения также можно использовать для определения эмпирических и молекулярных формул соединений, содержащих углерод, водород и кислород. Однако, поскольку реакция проводится в среде с избытком кислорода, количество кислорода в образце можно определить по массе образца, а не по данным сжигания

Пример \(\PageIndex{3}\):

A 2,0714 г образца, содержащего углерод, водород и кислород, сжигали в приборе для анализа горения; 1,9Было произведено 28 г \(\ce{h3O}\) и 4,709 г \(\ce{CO2}\). Отдельно было найдено, что молярная масса образца составляет 116,16 г/моль. Определите эмпирическую формулу, молекулярную формулу и идентичность образца.

Этап 1 : Используя молярные массы воды и двуокиси углерода, определите образовавшиеся моли водорода и углерода.
\[ 1,928~\text{g}~\ce{h3O} \times \dfrac{1~\text{mol}~\ce{h3O}}{18,015~\text{g}~\ce{h3O}} \times \dfrac{2~\text{моль H}}{1~\text{моль}~\ce{h3O}} = 0,2140~\text{моль H} \nonumber \]
\[ 4.709~\text{g}~\ce{CO2} \times \dfrac{1~\text{mol}~\ce{CO2}}{44.010~\text{g}~\ce{CO2}} \times \dfrac{1~\text{моль C}}{1~\text{моль}~\ce{CO2}} = 0,1070 ~\text{моль C} \nonumber \]

Шаг 2 : Использование молярных количеств углерода и водорода, рассчитать массы каждого в исходной пробе.

\[ 0,2140~\mathrm { моль~H } \times \frac { 1,008~\mathrm {г~H } } { 1~\mathrm { моль~H } } = 0,2157~\mathrm {г~H } \ число \]

\[ 0,1070 ~\mathrm{моль~C} \times \frac { 12,011~\mathrm{g~C} } { 1~\mathrm{моль~C} } = 1,285~\mathrm{g~ С} \номер\]

Шаг 3 : Вычтите массы углерода и водорода из массы пробы. Теперь, когда масса кислорода известна, используйте ее для расчета молярного количества кислорода в образце.

\[ 2,0714 \mathrm{g~sample} — 0,2157~\mathrm{g~H} — 1,285~\mathrm{g~C} = 0,5707~\mathrm{g~O} \nonumber \]

\[ 0,5707 ~\mathrm{моль~O} \times \frac { 1~\mathrm{моль~O} } { 16,00~\mathrm{ г~O} } = 0,03567~\mathrm{г~O} \nonumber \]

Этап 4 : Разделите каждое молярное количество на наименьшее молярное количество, чтобы определить соотношение между тремя элементами.

\[ \frac { 0,03567~\mathrm { моль~O } } { 0,03567 } = 1,00~\mathrm { моль~O } = 1~\mathrm { моль~O } \nonumber \]

\[ \frac { 0,1070~\mathrm { моль~C } } { 0,03567 } = 3,00 \mathrm { моль~C } = 3~\mathrm { моль~C } \номер \]

\[ \frac { 0,2140~\mathrm { моль ~H } } { 0,03567 } = 5,999~\mathrm {моль~H } = 6~\mathrm {моль~H } \номер \]

Таким образом, эмпирическая формула \(\ce{C3H6O}\).

Этап 5 : Чтобы получить молекулярную формулу, разделите экспериментальную молярную массу неизвестного углеводорода на массу, полученную по эмпирической формуле.

\[ \frac { \text { Молярная масса } } { \text { Масса эмпирической формулы } } = \frac { 116,16~\mathrm { г/моль } } { 58,08~\mathrm { г/моль } } = 2 \nonumber \]

Следовательно, молекулярная формула \(\ce{(C3H6O)2}\) или \(\ce{C6h22O2}\).

Структура возможных соединений с молекулярной формулой \(\ce{C6h22O2}\): (a) бутилацетат, (b) втор -бутилацетат, (c) трет -бутилацетат, (d) этилбутират, (д) гаксановая кислота, (е) изобутилацетат, (ж) метилпентаноат и (з) пропилпропоноат.

Упражнение \(\PageIndex{3}\)

Образец массой 4,846 г, содержащий углерод, водород и кислород, был сожжен в приборе для анализа горения; Было получено 4,843 г \(\ce{H ₂ O}\) и 11,83 г \(\ce{CO ₂ }\). В отдельности молярная масса образца составила 144,22 г/моль. Определите эмпирическую формулу, молекулярную формулу и идентичность образца.

Ответить

Эмпирическая формула \(\ce{C ₄ H ₈ O}\), а молекулярная формула (\(\ce{C ₄ H ₈ O) ₂ }\) или \(\ce{C ₈ H ₁₆ О ₂ }\).

Строение возможных соединений с молекулярной формулой \(\ce{C8h26O2}\): (а) октановая кислота (каприловая кислота), (б) гексилацетат, (в) пентилпропонат, (г) 2-этилгексановая кислота, (e) вальпроевая кислота (VPA), (f) циклогександиметанол (CHDM) и (g) 2,2,4,4-тетраметил-1,3-циклобутандиол (CBDO).

Бинарные соединения

С помощью анализа горения можно также определить химическую формулу бинарного соединения, содержащего кислород. Это особенно полезно в случае сгорания металла, которое может привести к потенциальным оксидам с несколькими степенями окисления.

Пример \(\PageIndex{4}\):

Образец железа массой 1,7480 г сжигают в присутствии избытка кислорода. Образуется оксид металла (\(\ce{Fe_{x}O_{y})}\) массой 2,4982 г. Определите химическую формулу оксидного продукта и степень окисления Fe.

Этап 1 : Вычтите массу Fe из массы оксида, чтобы определить массу кислорода в продукте.

\[ 2,4982~\mathrm {g~Fe} _ { \mathrm {x}} \mathrm {O} _ {\mathrm {y}} — 1,7480~\mathrm {g~Fe} = 0,7502~\mathrm { g~O } \nonumber \]

Шаг 2 : Используя молярные массы Fe и O, рассчитайте молярные количества каждого элемента.

\[ 1,7480 \mathrm { г~Fe } \times \frac { 1 \text { моль Fe } } { 55,845 \text { г Fe } } = 0,031301 \text { моль Fe } \номер \]

\[ 0,7502 ~\text { г } \times \frac { 1 \text { моль O }} { 16,00~\text { г O} } = 0,04689~\text { моль O } \nonumber \]

Шаг 3 : Разделить большее молярное количество на меньшее молярное количество. В некоторых случаях отношение не состоит из двух целых чисел. Преобразуйте числитель отношения в неправильную дробь и перепишите отношение целыми числами, как показано на рисунке.

\[ \frac { 0,031301~\text{ моль Fe } } { 0,04689~\mathrm { моль~O } } = \frac { 0,6675~\mathrm { моль~Fe } } { 1~\mathrm { моль~O } } = \frac{ \frac{2}{3} \mathrm { моль~Fe } } { 1~\mathrm { моль~O } } = \frac { 2~\mathrm { моль~Fe } } { 3~ \mathrm { моль~O } } \nonumber \]

Следовательно, химическая формула оксида \(\ce{Fe2O3}\), а Fe имеет степень окисления 3+.

Упражнение \(\PageIndex{4}\)

Образец меди массой 7,295 г сжигают в присутствии избытка кислорода. Образуется оксид металла (\(\ce{Cu_{x}O_{y}}\)) массой 8,2131 г. Определите химическую формулу оксидного продукта и степень окисления Cu.

Ответить: Химическая формула \(\ce{Cu2O}\), Cu имеет степень окисления 1+.

Библиография

Дж. А. Дюма, Ann. хим. фарм. , 1841, 38 , 141.
H. Goldwhite, J. Chem. Эду. , 1978, 55 , 366.
A. Lavoisier, Traité Élémentaire de Chimie , 1789, 2 , 493.
Й. фон Либих, Annalen der Physik und Chemie , 1831, 21 , 1.
А. Линан и Ф. А. Уильямс, Основные аспекты горения , издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк (1993).
Дж. М. Макбрайд, «Анализ горения», Химия 125 , Йельский университет.
В. Праут, Филос. Т. Р. Соц. Лонд. , 1827, 117 , 355.
Д. Шрайвер и П. Аткинс, Неорганическая химия , 5 ^th Ed., WH Freeman and Co., Нью-Йорк (2009 г. )).
В. Вининг и др. al., General Chemistry , 1 ^st Ed., Cengage, Brooks/Cole Cengage Learning , Массачусетский университет в Амхерсте (2014).
Дж. Варнац, У. Маас и Р. В. Диббл, Горение: физические и химические основы, моделирование и симуляция, эксперименты, образование загрязняющих веществ , 3 ^rd Ed., Springer, Berlin (2001)

Эта страница под названием 1.3: Introduction to Combustion Analysis распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Паваном М. В. Раджа и Эндрю Р. Бэрроном (OpenStax CNX) через исходный контент, который был отредактирован для стиль и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или страница
Автор
Паван М.

Алгоритм решения задач на нахождение молекулярной формулы газообразного углеводорода