ГДЗ · Хімія · 9 клас

Сторінка 140

Хімія, Григорович О. В., Недоруб О. Ю., 2026 · № 200–209 · 10 завдань

Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».

§ 17. Гомологи метану — насичені вуглеводні

Завдання 200

Масова частка Карбону в алканах

Обчислити масові частки Карбону ( $w_{C}$ ) у метані ( $C H_{4}$ ) та пропані ( $C_{3} H_{8}$ ). Визначити, де частка більша. Проаналізувати зміну частки зі збільшенням числа атомів Карбону.

Розв’язання

Обчислимо молярну масу метану ( $C H_{4}$ ): $M (C H_{4}) = 12 + 4 \cdot 1 = 16$ г/моль. Масова частка Карбону: $w_{C} (C H_{4}) = \frac{12}{16} \cdot 100% = 75%$ .
Обчислимо молярну масу пропану ( $C_{3} H_{8}$ ): $M (C_{3} H_{8}) = 3 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 44$ г/моль. Масова частка Карбону: $w_{C} (C_{3} H_{8}) = \frac{3 \cdot 12}{44} \cdot 100% = \frac{36}{44} \cdot 100% \approx 81, 8%$ .
Порівнюємо: $81, 8% > 75%$ , отже, у пропані частка Карбону більша.
Аналізуємо тенденцію: зі збільшенням числа атомів Карбону ( $n$ ) масова частка Карбону зростає і наближається до $100%$ . Це можна передбачити без обчислень, оскільки відношення маси Карбону до Гідрогену в формулі $C_{n} H_{2 n + 2}$ змінюється як $\frac{12 n}{2 n + 2} = \frac{6 n}{n + 1}$ , яке є зростаючою функцією.

Відповідь:

У метані масова частка Карбону дорівнює $75%$ , у пропані — приблизно $81, 8%$ . Більша частка в пропані. Масова частка Карбону зростає зі збільшенням числа атомів Карбону в молекулі. Так, цей висновок можна зробити без обчислень, оскільки при збільшенні ланцюга відносна маса важкого атома Карбону стає більшою порівняно з легким Гідрогеном.

Завдання 201

Порівняння властивостей бутану та гексану

Спрогнозувати спільні та відмінні фізичні й хімічні властивості бутану ( $C_{4} H_{10}$ ) і гексану ( $C_{6} H_{14}$ ). Скласти рівняння реакцій для демонстрації подібності.

Розв’язання

Спільні властивості: обидві речовини — безбарвні (газ бутан має специфічний запах), неполярні, майже нерозчинні у воді, горять з утворенням $C O_{2}$ і $H_{2} O$ , реагують з галогенами за освітлення.
Відмінні властивості: бутан — газ (температура кипіння нижча за кімнатну), гексан — рідина (температура кипіння вища). Гексан важчий за воду, бутан легший.
Рівняння реакцій горіння (спільна хімічна властивість):
$C_{4} H_{10} + 6, 5 O_{2} \to 4 C O_{2} + 5 H_{2} O$
$C_{6} H_{14} + 9, 5 O_{2} \to 6 C O_{2} + 7 H_{2} O$

Відповідь:

Спільні властивості: неполярність, нерозчинність у воді, горіння, реакція заміщення з галогенами. Відмінні фізичні властивості: агрегатний стан (бутан — газ, гексан — рідина), температури плавлення та кипіння. Рівняння реакцій горіння підтверджують їхню хімічну схожість.

Завдання 202

Розрізнення гексану та води

Запропонувати не менше трьох способів розрізнити дві рідини — гексан і воду, використовуючи їхні фізичні властивості.

Розв’язання

Спосіб 1 (Розчинність): Додайте краплю йоду або спирту до невідомої рідини. Якщо речовина розчиняється — це вода (спирт полярний), якщо ні — гексан. Простіше: змішайте з водою. Якщо рідини розшаруються, а легша знаходиться зверху — це гексан.
Спосіб 2 (Щільність): Змішайте невідому речовину з водою в пробірці. Якщо суміш розшарується і шари розділяються, то це два різних рідких тіла. Оскільки гексан легший за воду, він буде на поверхні.
Спосіб 3 (Температура кипіння): Нагрійте рідину. Вода кипить при $100^{\circ} C$ , а гексан — при значно нижчій температурі ( $69^{\circ} C$ ).
Спосіб 4 (Запах): Оскільки вода без запаху, а гексан має характерний квітковий запах, можна розрізнити їх за запахом (з обережністю).

Відповідь:

Способи розрізнення: 1) Змішування з водою — гексан не розчиняється і знаходиться над шаром води. 2) Нагрівання — гексан закипає при $69^{\circ} C$ , вода — при $100^{\circ} C$ . 3) Запах — у гексану є специфічний квітковий запах, у води його немає.

Завдання 203

Горіння парафіну та маса осаду

Зразок парафіну масою $1 г$ повністю спалили в кисні. Потрібно знайти масу осаду кальцій карбонату ( $CaCO_{3}$ ), що утвориться при пропусканні $CO_{2}$ крізь вапняну воду. У середньому молекула парафіну містить $24$ атоми Карбону.

Розв’язання

Знайдемо середню молярну масу парафіну: $M (C_{24} H_{50}) = 24 \cdot 12 + 50 \cdot 1 = 288 + 50 = 338 г / моль$ .
Обчислимо кількість молей парафіну в зразку: $n (парафін) = \frac{1 г}{338 г / моль} \approx 0, 00296 моль$ .
Кількість молей атомів Карбону (і отже, $CO_{2}$ ): $n (C) = n (парафін) \cdot 24 \approx 0, 071 моль$ .
За рівнянням реакції $Ca(OH)_{2} + CO_{2} \to CaCO_{3} ↓ + H_{2} O$ , $n (CaCO_{3}) = n (CO_{2})$ . Молярна маса $CaCO_{3}$ дорівнює $40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 г / моль$ .
Знайдемо масу осаду: $m (CaCO_{3}) = n (CaCO_{3}) \cdot M (CaCO_{3}) = 0, 071 моль \cdot 100 г / моль \approx 7, 1 г$ .

Відповідь:

Маса осаду становить приблизно $7, 1 г$ .

Завдання 204

Хлорування метану

Необхідно обчислити масу хлорометану ( $CH_{3} Cl$ ), який утворюється при реакції $7, 84 л$ метану (н. у.) з хлором.

Розв’язання

Знайдемо кількість молей метану: $n (CH_{4}) = \frac{7 , 84 л}{22 , 4 л / моль} = 0, 35 моль$ .
За рівнянням реакції $n (CH_{3} Cl) = n (CH_{4}) = 0, 35 моль$ .
Молярна маса хлорометану: $M (CH_{3} Cl) = 12 + 3 \cdot 1 + 35, 5 = 50, 5 г / моль$ .
Обчислимо масу продукту: $m (CH_{3} Cl) = 0, 35 моль \cdot 50, 5 г / моль = 17, 675 г$ .

Відповідь:

Маса хлорометану становить $17, 675 г$ (або приблизно $17, 7 г$ ).

Завдання 205

Маси продуктів хлорування метану

Знайти масу продуктів реакції між $0, 15 моль$ метану та хлором при різних об'ємах хлору (н. у.): а) $3, 36 л$ ; б) $6, 72 л$ ; в) $10, 08 л$ ; г) $13, 44 л$ .

Розв’язання

а) $n (Cl_{2}) = 3, 36/22, 4 = 0, 15 моль$ . Співвідношення $1 : 1$ . Продукт: $CH_{3} Cl$ .
Реакція: $CH_{4} + Cl_{2} \to CH_{3} Cl + HCl$ .
Маси вхідних речовин: $m (CH_{4}) = 0, 15 \cdot 16 = 2, 4 г$ ; $m (Cl_{2}) = 0, 15 \cdot 71 = 10, 65 г$ .
Загальна маса продуктів: $2, 4 + 10, 65 = 13, 05 г$ (сума мас $CH_{3} Cl$ і $HCl$ ).
б) $n (Cl_{2}) = 6, 72/22, 4 = 0, 3 моль$ . Співвідношення $2 : 1$ . Продукт: $CH_{2} Cl_{2}$ .
Реакція: $CH_{4} + 2 Cl_{2} \to CH_{2} Cl_{2} + 2 HCl$ .
Маси вхідних речовин: $m (CH_{4}) = 0, 15 \cdot 16 = 2, 4 г$ ; $m (Cl_{2}) = 0, 3 \cdot 71 = 21, 3 г$ .
Загальна маса продуктів: $2, 4 + 21, 3 = 23, 7 г$ .
в) $n (Cl_{2}) = 10, 08/22, 4 = 0, 45 моль$ . Співвідношення $3 : 1$ . Продукт: $CHCl_{3}$ .
Реакція: $CH_{4} + 3 Cl_{2} \to CHCl_{3} + 3 HCl$ .
Маси вхідних речовин: $m (CH_{4}) = 2, 4 г$ ; $m (Cl_{2}) = 0, 45 \cdot 71 = 31, 95 г$ .
Загальна маса продуктів: $2, 4 + 31, 95 = 34, 35 г$ .
г) $n (Cl_{2}) = 13, 44/22, 4 = 0, 6 моль$ . Співвідношення $4 : 1$ . Продукт: $CCl_{4}$ .
Реакція: $CH_{4} + 4 Cl_{2} \to CCl_{4} + 4 HCl$ .
Маси вхідних речовин: $m (CH_{4}) = 2, 4 г$ ; $m (Cl_{2}) = 0, 6 \cdot 71 = 42, 6 г$ .
Загальна маса продуктів: $2, 4 + 42, 6 = 45, 0 г$ .

Відповідь:

а) $13, 05 г$ суміші $CH_{3} Cl$ і $HCl$ ; б) $23, 7 г$ суміші $CH_{2} Cl_{2}$ і $HCl$ ; в) $34, 35 г$ суміші $CHCl_{3}$ і $HCl$ ; г) $45, 0 г$ суміші $CCl_{4}$ і $HCl$ .

Завдання 206

Порівняння об'ємів CO₂ при згорянні

Унаслідок згоряння однакових об'ємів якого газу — метану, етану чи пропану — виділиться більший об'єм вуглекислого газу?

Розв’язання

Запишемо рівняння згоряння метану: $C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$ . З одного об'єму метану утворюється 1 об'єм $C O_{2}$ .
Запишемо рівняння згоряння етану: $C_{2} H_{6} + \frac{7}{2} O_{2} \to 2 C O_{2} + 3 H_{2} O$ (або $2 C_{2} H_{6} + 7 O_{2} \to 4 C O_{2} + 6 H_{2} O$ ). З одного об'єму етану утворюється 2 об'єми $C O_{2}$ .
Запишемо рівняння згоряння пропану: $C_{3} H_{8} + 5 O_{2} \to 3 C O_{2} + 4 H_{2} O$ . З одного об'єму пропану утворюється 3 об'єми $C O_{2}$ .

Відповідь:

Більший об'єм вуглекислого газу виділиться при згорянні пропану.

Завдання 207

Визначення формули гомологу метану за умовою реакції

Запишіть формулу газуватого гомологу метану, під час згоряння якого утворюється вуглекислий газ у чотири рази більшого об'єму, ніж об'єм початкового вуглеводню.

Розв’язання

Запишемо рівняння згоряння алкану загального вигляду: $C_{n} H_{2 n + 2} + O_{2} \to n C O_{2} + (n + 1) H_{2} O$ .
Коефіцієнт перед $C O_{2}$ дорівнює $n$ , а коефіцієнт перед алканом — 1 (якщо взяти найпростіше відношення). За умовою $n = 4 \cdot 1$ , отже, $n = 4$ .
Формула речовини: $C_{4} H_{2 \cdot 4 + 2}$ , тобто $C_{4} H_{10}$ (бутан). Перевіримо агрегатний стан: бутан є газом при кімнатній температурі.

Відповідь:

$C_{4} H_{10}$ .

Завдання 208

Розрахунок об'єму кисню для суміші газів

Обчисліть об'єм кисню, необхідного для повного згоряння суміші, що складається із 40 л метану та 20 л етану.

Розв’язання

Рівняння згоряння метану: $C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$ . На 1 л метану потрібно 2 л кисню. Для 40 л метану потрібно $40 \cdot 2 = 80$ л $O_{2}$ .
Рівняння згоряння етану: $C_{2} H_{6} + 3, 5 O_{2} \to 2 C O_{2} + 3 H_{2} O$ (або $2 C_{2} H_{6} + 7 O_{2} \to 4 C O_{2} + 6 H_{2} O$ ). На 1 л етану потрібно 3,5 л кисню. Для 20 л етану потрібно $20 \cdot 3, 5 = 70$ л $O_{2}$ .
Сума необхідного кисню: $80 л + 70 л = 150 л$ .

Відповідь:

Необхідно 150 л кисню.

Завдання 209

Розподіл теплоти згоряння газу

Обчислити частку від теплоти згоряння природного газу, що витрачається на нагрівання води, та частку, що розсіюється. Дані: спалюють $0, 25 м^{3}$ газу за годину; вода масою $1 кг$ нагрівається від $20^{\circ} C$ до кипіння ( $100^{\circ} C$ ) за $8$ хвилин; теплоємність води $4, 2 кДж / (кг \cdot^{\circ} C)$ ; при згорянні $1$ моль газу виділяється $760 кДж$ теплоти; молярний об'єм газу $24 л / моль$ .

Розв’язання

Знайдемо кількість речовини газу, що спалюється за годину: $n = \frac{0 , 25 м ^{3}}{24 л / моль} = \frac{250 л}{24 л / моль} \approx 10, 42 моль$ .
Обчислимо загальну кількість теплоти, що виділяється: $Q_{заг} = n \cdot Q_{m} = 10, 42 моль \cdot 760 кДж / моль \approx 7918 кДж$ .
Знайдемо зміну температури води: $Δ t = 100^{\circ} C - 20^{\circ} C = 80^{\circ} C$ .
Обчислимо теплоту, що пішла на нагрівання води (корисна): $Q_{кор} = c \cdot m \cdot Δ t = 4, 2 кДж / (кг \cdot^{\circ} C) \cdot 1 кг \cdot 80^{\circ} C = 336 кДж$ .
Знайдемо частку, що розсіюється: $Q_{розс} = Q_{заг} - Q_{кор} = 7918 кДж - 336 кДж = 7582 кДж$ .

Відповідь:

На нагрівання витрачається $336 кДж$ (це приблизно $4, 2%$ від загальної теплоти), а розсіюється $7582 кДж$ (приблизно $95, 8%$ ).