Какая формула углеводорода подразумевается, если при его сгорании образуется объемное соотношение углекислого газа

Чтобы найти формулу углеводорода, который сгорает с образованием объемного соотношения углекислого газа и паров воды 1:1, и имеет плотность 2,5 г/дм^3, нам понадобятся определенные химические знания.

Для начала, давайте рассмотрим сгорание углеводорода общего вида \(C_mH_n\).

При полном сгорании углеводорода максимальное количество \(CO_2\) и \(H_2O\) образуются из каждого атома углерода (\(C\)) и водорода (\(H\)) соответственно. Таким образом, для нахождения соотношения между атомами \(C\) и \(H\) в углеводороде, нам необходимо учесть, что объемное соотношение между \(CO_2\) и \(H_2O\) равно 1:1.

Для удобства, давайте предположим, что углеводород содержит \(m\) атомов углерода и \(n\) атомов водорода. Тогда мы можем записать следующее уравнение реакции сгорания:

\[C_mH_n + (m + \frac{n}{2})O_2 \rightarrow mCO_2 + \frac{n}{2}H_2O\]

Обратите внимание, что образуется \(m\) молекул \(CO_2\) и \(\frac{n}{2}\) молекул \(H_2O\), так как каждая молекула \(CO_2\) содержит один атом углерода, а каждая молекула \(H_2O\) содержит два атома водорода.

Исходя из условия задачи, объемное соотношение между \(CO_2\) и \(H_2O\) равно 1:1. Это значит, что \(m = \frac{n}{2}\).

Теперь давайте рассмотрим плотность углеводорода, которая составляет 2,5 г/дм^3. Плотность вещества можно выразить как отношение массы к объему:

\[\text{Плотность} = \frac{\text{Масса}}{\text{Объем}}\]

Масса углеводорода составляет \(m \cdot M_C + n \cdot M_H\), где \(M_C\) и \(M_H\) - молярные массы углерода и водорода соответственно. Объем можно выразить через количество вещества, используя уравнение состояния идеального газа:

\[V = \frac{{nRT}}{{P}}\]

где \(R\) - универсальная газовая постоянная, \(T\) - температура, \(P\) - давление.

Так как вопрос имеет отношение к объемному соотношению, мы можем сделать предположение, что температура и давление постоянны. Тогда мы можем записать выражение для плотности следующим образом:

\[\text{Плотность} = \frac{{m \cdot M_C + n \cdot M_H}}{{\frac{{nRT}}{{P}}}} = \frac{{m \cdot M_C + 2n \cdot M_H}}{{\frac{{2nRT}}{{P}}}}\]

Теперь мы можем найти связь между массой углерода \(m\) и массой водорода \(n\).

Подставляем \(m = \frac{n}{2}\) в предыдущую формулу получаем:

\[\text{Плотность} = \frac{{\frac{n}{2} \cdot M_C + 2n \cdot M_H}}{{\frac{{2nRT}}{{P}}}} = \frac{{n \cdot M_C + 4n \cdot M_H}}{{\frac{{4nRT}}{{P}}}} = \frac{{n \cdot (M_C + 4M_H)}}{{\frac{{4nRT}}{{P}}}}\]

Сокращаем на \(n\) и решаем полученное уравнение для \(M_C + 4M_H\):

\[\text{Плотность} = \frac{{M_C + 4M_H}}{{\frac{{4RT}}{{P}}}}\]

Для решения этого уравнения нам понадобятся значения молярных масс углерода и водорода, \(M_C\) и \(M_H\). По таблице элементов, \(M_C = 12 \, \text{г/моль}\) и \(M_H = 1 \, \text{г/моль}\).

Теперь мы можем подставить известные значения:

\[\text{Плотность} = \frac{{12 \, \text{г/моль} + 4 \cdot 1 \, \text{г/моль}}}{\frac{4RT}{P}}\]

Таким образом, формула углеводорода будет иметь следующий вид: \(C_{12}H_6\). Обратите внимание, что здесь ароматическое соединение бензол, для которого структурная формула будет альтернативной кольцевой формулой с 6 атомами углерода.

Надеюсь, этот ответ ясно объяснил процесс и дал подробный разбор, который поможет вам понять, как найти формулу углеводорода в задачах данного типа. Если у вас возникнут еще вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задать их.