Dane:

$m_{\mathrm{C}{}_x\mathrm{H}{}_y}=31,5\mathrm{g}$

$m_{\mathrm{CO}{}_2}=99\mathrm{g}$

Szukane:

$\mathrm{C}{}_x\mathrm{H}{}_y=?$

Obliczenia:

Ogólne równanie reakcji spalania węglowodoru można zapisać jako:

$\mathrm{C}{}_x\mathrm{H}{}_y+\left(x+\frac{y}{4}\right)\mathrm{O}{}_2\to x\mathrm{CO}{}_2+\frac{y}{2}\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Znając masę i masę molową CO₂ (44 g/mol) obliczymy liczbę moli CO₂:

$n_{\mathrm{CO}{}_2}=\frac{m_{\mathrm{CO}{}_2}}{M_{\mathrm{CO}{}_2}}=\frac{99\mathrm{g}}{44\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}=2,25\mathrm{mol}$

Sprowadzając obliczoną powyżej wartość do najbliższej liczby całkowitej otrzymujemy:

$x=2,25\mathrm{mol}\cdot 4=9\mathrm{mol}$

W cząsteczce tego węglowodoru znajduje się 9 moli atomów węgla.

Znając liczbę moli CO₂ równą liczbie moli węgla w 31,5 g węglowodoru obliczymy masę węgla w 31,5 g węglowodoru:

$m_{\text{C}}=2,25\mathrm{mol}\cdot 12\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}=27\mathrm{g}$

Znając masę węglowodoru i masę jaką stanowi węgiel obliczymy masę wodoru w 31,5 g tego węglowodoru:

$m_{\text{H}}=31,5\mathrm{g}-27\mathrm{g}=4,5\mathrm{g}$

Znając masę i masę molową wodoru (1 g/mol) przeliczymy powyższą masę na liczbę moli wodoru:

$n_{\mathrm{H}}=\frac{m_{\mathrm{H}}}{M_{\mathrm{H}}}=\frac{4,5\mathrm{g}}{1\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}=4,5\mathrm{mol}$

Sprowadzając obliczoną powyżej wartość do najbliższej liczby całkowitej otrzymujemy:

$y=4,5\mathrm{mol}\cdot 4=18\mathrm{mol}$

W cząsteczce tego węglowodoru znajduje się 18 moli atomów wodoru.

Wzór sumaryczny tego węglowodoru to C₉H_18.

 

Na podstawie informacji podanych w treści zadania możemy ustalić wzór sumaryczny tego węglowodoru:

• wzór sumaryczny spełniający wzór ogólny: C_nH_2n sugeruje że może być alken lub cykloalkan 
• alkenem ten związek być nie może, ponieważ nie spełniałby założenia, że w cząsteczce tego związku znajdują się 3 węgle pierwszorzędowe i równocześnie jeden czwartorzędowy (wówczas atomów pierwszorzędowych musiałoby być więcej).
• Założenia zadania może spełniać cykloalkan podstawiony grupą tert-butylową, wówczas posiada jeden atom węgla trzeciorzędowy (w pierścieniu, podstawiony grupą tert-butylową), jeden atom węgla czwartorzędowy (z grupy tert-butylowej) i trzy atomy węgla pierwszorzędowe (z grupy tert-butylowej).
• odejmując atomy węgla i wodoru tworzące grupę tert-butylową ustalimy wielkość pierścienia:
• $\mathrm{C}{}_9\mathrm{H}{}_{18}-\mathrm{C}{}_4\mathrm{H}{}_9=\mathrm{C}{}_5\mathrm{H}{}_9$
• Pierścień o pięciu atomach węgla to pierścień cyklopentanu.
• Ostateczny wzór sumaryczny związku to:

Nazwa: 1-tertbutylocyklopentan

Odpowiedź: Wzór sumaryczny poszukiwanego węglowodoru to C₉H₁₈, a strukturalnie związek ten jest 1-tertbutylocyklopentanem.