화합물 10.0 g을 과량의 산소로 연소시켰을 때 16.3 g의 물

화합물 10.0 g을 과량의 산소로 연소시켰을 때 16.3 g의 물

 

 

미지의 이성분 화합물이 있다.

이 화합물 10.0 g을 과량의 산소로 연소시켰을 때 16.3 g의 물이 생성되었다.

동일한 온도와 압력 조건에서 이 화합물의 밀도는 산소 기체 밀도의 1.38배이다.

가능한 미지 화합물은 어느 것인가?

 

 

You are given an unknown gaseous binary compound. When 10.0 g of the compound is burned in excess oxygen, 16.3 g water is produced. The compound has a density 1.38 times that of oxygen gas at the same conditions of temperature and pressure. Give a possible identity for the unknown compound.

 

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연소 시 물이 생성되므로, 미지의 이성분 화합물은 H를 포함하고 있음.

H를 포함하는 이성분 화합물이라면, 탄화수소가 유력.

 

 

 

STP에서 기체 1 mol의 부피 = 22.4 L

( 설명 https://ywpop.tistory.com/8321 )

 

 

 

산소 기체의 몰질량 = 32 g/mol 이므로,

STP에서 산소 기체 1 mol의 밀도를 계산하면,

산소 기체의 밀도 = 32 g / 22.4 L = 1.4286 g/L

 

 

 

미지 화합물 1 mol의 밀도 = 1.4286 × 1.38 = 1.9715 g/L

미지 화합물의 몰질량 = (1.9715 g/L) × 22.4 L = 44.1616 g

---> 44 g/mol

 

 

 

몰질량이 44인 탄화수소라면,

CH4의 몰질량 = 16 g/mol

C2H6의 몰질량 = 30 g/mol

C3H8의 몰질량 = 44 g/mol

 

 

 

프로페인 연소. combustion of propane, C3H8

C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

 

 

 

C3H8 10.0 g의 몰수 = 10.0 g / (44 g/mol) = 0.2273 mol

 

 

 

C3H8 : H2O = 1 : 4 = 0.2273 mol : ? mol

? = 4 × 0.2273 = 0.9092 mol H2O

 

 

 

0.9092 mol × (18 g/mol) = 16.37 g H2O

 

 

 

답: propane, C3H8

 

 

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[다른 풀이 방법]

 

연소 시 물이 생성되므로, 미지의 이성분 화합물은 H를 포함하고 있음.

16.3 g 물속에 포함된 H의 질량을 계산하면,

16.3 g H2O × (2 g H / 18 g H2O) = 1.81 g H

 

 

H의 몰질량 = 1 g/mol 이므로,

1.81 g H = 1.81 mol H

 

 

d = PM / RT 에서,

( 식 설명 https://ywpop.tistory.com/2933 )

 

동일한 온도와 압력 조건이므로, P, R, T 모두 상수.

d ∝ M

 

 

d(미지 화합물) / d(O2) = M(미지 화합물) / M(O2) = 1.38

M(미지 화합물) = M(O2) × 1.38 = (32 g/mol) × 1.38 = 44.2 g/mol

 

 

미지 화합물의 몰수를 계산하면,

10.0 g / (44.2 g/mol) = 0.226 mol

 

 

미지 화합물에 포함된 H 원자의 개수를 계산하면,

1.81 / 0.226 = 8

 

 

H를 제외한 질량을 계산하면,

44.2 – 8(1) = 36.2 g

 

 

나머지 미지 원자를 X라 두면,

XH8, X2H8, X3H8...의 화학식이 가능하며, 이때 X의 원자량은 각각

36.2, 18.1, 12.1...이다.

 

 

주기율표에서 가능한 X를 찾아보면,

12.1 = C 이므로,

화학식은 C3H8