Массовая доля углерода в непредельном углеводороде=85%. Относительная плотность по водороду=21. Определите формулу газа.

Для определения формулы газа по заданным параметрам, необходимо использовать химический анализ. Так, в данном случае, известна массовая доля углерода в непредельном углеводороде, которая составляет 85%, и относительная плотность по водороду, которая равна 21.

Для начала необходимо определить мольную массу исходного вещества, для чего воспользуемся формулой:

$$ M = \frac{100}{\text{молярная масса}} = \frac{100}{n} $$

где $M$ – масса 1 моля вещества.

Относительная плотность по водороду равна отношению молекулярных масс вещества и водорода:

$$ D = \frac{M}{M_{\text{H2}}} = \frac{85m_{\text{C}} + 15m_{\text{H}}}{2m_{\text{H}}} = 21 $$

где $m_{\text{C}}$ – масса одного атома углерода, $m_{\text{H}}$ – масса одного атома водорода.

Решая уравнение относительной плотности по водороду, найдем мольную массу:

$$ M = D \cdot M_{\text{H2}} = 21 \cdot 2m_{\text{H}} = 42\text{ г/моль} $$

Теперь можно определить формулу газа, для этого необходимо знать мольную массу и массовую долю углерода. Обозначим за $n_{\text{C}}$ и $n_{\text{H}}$ количество атомов углерода и водорода в молекуле газа, соответственно:

$$ M = n_{\text{C}} m_{\text{C}} + n_{\text{H}} m_{\text{H}} $$

Процентная составляющая массы углерода в молекуле газа связана с количеством атомов углерода и водорода следующей формулой:

$$ %C = \frac{n_{\text{C}} m_{\text{C}}}{M} \cdot 100% $$

Подставляя известные значения, получим:

$$ 85% = \frac{n_{\text{C}} \cdot 12\text{ г/моль}}{42\text{ г/моль}} \cdot 100% $$

Решая уравнение относительно $n_{\text{C}}$, получим:

$$ n_{\text{C}} = \frac{85% \cdot 42\text{ г/моль}}{12\text{ г/моль}} = 297/4 $$

Округлим до целого числа полученное значение, так как в молекуле газа только целое число атомов:

$$ n_{\text{C}} = 74,25 \Rightarrow n_{\text{C}} = 74 $$

Теперь можно определить количество атомов водорода в молекуле:

$$ n_{\text{H}} = \frac{M - n_{\text{C}} m_{\text{C}}}{m_{\text{H}}} = \frac{42\text{ г/моль} - 74 \cdot 12\text{ г/моль}}{1\text{ г/моль}} = 54 $$

Таким образом, формула газа будет иметь вид $\text{C}\text{74}\text{H}\text{54}$.