a)

Wiedząc, że 1 mol gazu odmierzonego w warunkach normalnych zajmuje objętość równą 22,4 dm³, obliczamy liczbę moli pary wodnej w jej próbce o objętości 1,68 dm³, która została odmierzona w warunkach normalnych:

$\begin{array}{ccc}1\mathrm{mol}& -& 22,4\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\\ x& -& 1,68\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3\end{array}$

$x=\frac{1\mathrm{mol}\cdot 1,68\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}{22,4\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

$x=0,075\mathrm{mol}\left(\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\right)$

Obecność czadu jako produktu reakcji wskazuje na zajście reakcji spalania niecałkowitego, której równanie ogólne znajduje się poniżej:

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

Na jego podstawie zauważamy, że cały wodór z cząsteczek węglowodoru przeszedł do cząsteczek wody. Skoro w wyniku reakcji powstało 0,075 mol cząsteczek wody to oznacza, że w reakcji wzięła udział dwukrotnie większa liczba moli atomów wodoru, czyli:

$n_{\mathrm{H}}=2\cdot 0,075\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{H}}=0,15\mathrm{mol}$

Obliczamy masę wodoru (M = 1 g/mol) na podstawie wzoru:

$n=\frac{m}{M}\Rightarrow m=n\cdot M$

gdzie:

n - liczba moli,

m - masa,

M - masa molowa.

$m_{\mathrm{H}}=0,15\mathrm{mol}\cdot 1\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

$m_{\mathrm{H}}=0,15\mathrm{g}$

Wiedząc, że masa próbki węglowodoru, która została poddana spaleniu wynosi 1,05 g, obliczamy masę jaką stanowią w niej atomy węgla:

$m_{\mathrm{C}}=1,05\mathrm{g}-0,15\mathrm{g}$

$m_{\mathrm{C}}=0,9\mathrm{g}$

Wyznaczamy liczbę moli atomów węgla (M = 12 g/mol):

$n=\frac{m}{M}$

$n_{\mathrm{C}}=\frac{0,9\mathrm{g}}{12\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}$

$n_{\mathrm{C}}=0,075\mathrm{mol}$

Obliczamy stosunek molowy węgla do wodoru w węglowodorze C_xH_y:

$\frac{n_{\mathrm{C}}}{n_{\mathrm{H}}}=\frac{0,075\mathrm{mol}}{0,15\mathrm{mol}}$

$\frac{n_{\mathrm{C}}}{n_{\mathrm{H}}}=\frac{75}{150}$

$\frac{n_{\mathrm{C}}}{n_{\mathrm{H}}}=\frac{1}{2}$

 

Odpowiedź: Wzór empiryczny weglowodoru to CH₂.

 

b)

Wyjaśnienie: Wzór empiryczny CH₂, posiada każdy węglowodór należący do szeregu homologicznego C_nH_2n, czyli każdy alken i cykloalkan. We wszystkich tych związkach molowy stosunek atomów węgla do wodoru wynosi 1:2 przez co nie jesteśmy w stanie jednoznacznie wskazać konkretnego związku, który został poddany reakcji spalania.