1. В 1 л любой смеси газов при н.у. содержится 6,02*1023*1/22,4 = 2,69*1022 молекул.
2. Уравнения реакций сгорания углеводородов:
Для бутана: C4H10 + 6,5O2 → 4CO2 + 5H2O;
Для бутадиена и бутина: C4H6 + 5,5O2 → 4СО2 + 3H2O.
Обозначив за х объемную долю бутана (объем бутана в 1 л смеси), а за у – сумму объемных долей бутадиена и бутина, получим (x + y)*6 = 6,5x + 5,5y. Отсюда х = у, т. е. объем C4H10 в смеси равен сумме объемов бутадиена и бутина (С4Н6). Поскольку в равных объемах газов содержится равное число молекул, на 1 атом углерода в смеси приходится (10+6)/(4+4) = 2 атома водорода.
Решение могло обойтись и совсем простой арифметикой. Ведь моль (объём) любого из этих газов требует 4 моля (объёма) кислорода на образование СО2, следовательно, оставшиеся 2 объёма (моля) идут на образование воды. Её получится 2*2 = 4 моля, следовательно, водорода в моле газа было 4*2 = 8 молей атомов, т.е. 8/4 = 2 на один атом углерода:
Общее уравнение реакций сгорания углеводородов C4Hх + 6O2 → 4CO2 + (6*2-4*2)H2O, откуда х = 4*2 = 8.
3. Итак, «средняя» молекула в смеси имеет состав C4H8, т.е. содержит 12 атомов. Из уравнения Менделеева-Клапейрона ν = PV/RT, где R = 8,31 Дж/моль*К = 0,082 л*атм/моль*К, найдем ν = 0,2*1/0,082*(300+273) = 4,26*10−3 моля. (Можно решать и без знания R, достаточно помнить молярный объем газа при н.у. и формулу PV/T = const). Общее число атомов составит 12*6,02*1023*4,26*10-3 = 3,08*1022 штук.
4. Наша «средняя» молекула C4H8 может присоединить «в среднем» 1 молекулу HCl, т.е. 1 л смеси сможет присоединить 1 л хлороводорода.
5. CH3–CH2–CH2–CH3 — н-бутан;
(CH3)2–CH–CH2–CH3 — изобутан;
CH2=CH–CH=CH2 — бутадиен-1,3;
CH2=C=CH–CH3 — бутадиен-1,2;
CH3–CH2–C≡CH — бутин-1;
CH3–C≡C–CH3 — бутин-2.
В реакции с HCl оба бутина дают CH3–CH2–CCl2–CH3 — 2,2-дихлорбутан.