Для определения формулы вещества, нужно определить его элементный состав, а затем определить соотношение атомов элементов в веществе. Давайте разберём это поэтапно.
1. Исходные данные:
- Масса вещества ( m_{\text{вещества}} = 2,4 \, \text{г} )
- Масса воды ( m_{\text{H}_2\text{O}} = 1,44 \, \text{г} )
- Объём ( \text{CO}_2 = 896 \, \text{см}^3 ) (при нормальных условиях, ( V_m = 22,4 \, \text{л/моль} ))
- Масса азота ( m_{\text{N}_2} = 1,12 \, \text{г} )
2. Расчёт количества вещества каждого продукта реакции
2.1. Вода (( \text{H}_2\text{O} )):
Молярная масса воды: ( M_{\text{H}_2\text{O}} = 18 \, \text{г/моль} ).
Количество вещества воды:
[
n_{\text{H}2\text{O}} = \frac{m{\text{H}2\text{O}}}{M{\text{H}_2\text{O}}} = \frac{1,44}{18} = 0,08 \, \text{моль}.
]
Каждая молекула воды содержит 2 атома водорода (( \text{H}2 )), поэтому количество атомов водорода:
[
n{\text{H}} = 2 \cdot n_{\text{H}_2\text{O}} = 2 \cdot 0,08 = 0,16 \, \text{моль}.
]
Масса водорода:
[
m{\text{H}} = n{\text{H}} \cdot M_{\text{H}} = 0,16 \cdot 1 = 0,16 \, \text{г}.
]
2.2. Углекислый газ (( \text{CO}_2 )):
Объём ( \text{CO}_2 = 896 \, \text{см}^3 = 0,896 \, \text{л} ).
Молярный объём газа при нормальных условиях:
( V_m = 22,4 \, \text{л/моль} ).
Количество вещества углекислого газа:
[
n_{\text{CO}2} = \frac{V{\text{CO}_2}}{V_m} = \frac{0,896}{22,4} = 0,04 \, \text{моль}.
]
Каждая молекула углекислого газа содержит 1 атом углерода (( \text{C} )), поэтому количество атомов углерода:
[
n{\text{C}} = n{\text{CO}_2} = 0,04 \, \text{моль}.
]
Масса углерода:
[
m{\text{C}} = n{\text{C}} \cdot M_{\text{C}} = 0,04 \cdot 12 = 0,48 \, \text{г}.
]
2.3. Азот (( \text{N}_2 )):
Молярная масса азота:
( M_{\text{N}_2} = 28 \, \text{г/моль} ).
Количество вещества азота:
[
n_{\text{N}2} = \frac{m{\text{N}2}}{M{\text{N}_2}} = \frac{1,12}{28} = 0,04 \, \text{моль}.
]
Каждая молекула ( \text{N}_2 ) содержит 2 атома азота (( \text{N}2 )), поэтому количество атомов азота:
[
n{\text{N}} = 2 \cdot n_{\text{N}_2} = 2 \cdot 0,04 = 0,08 \, \text{моль}.
]
Масса азота:
[
m{\text{N}} = n{\text{N}} \cdot M_{\text{N}} = 0,08 \cdot 14 = 1,12 \, \text{г}.
]
3. Проверка массы
Общая масса элементов:
[
m{\text{общая}} = m{\text{C}} + m{\text{H}} + m{\text{N}} = 0,48 + 0,16 + 1,12 = 1,76 \, \text{г}.
]
Масса вещества ( m_{\text{вещества}} = 2,4 \, \text{г} ). Остаток массы приходится на кислород (( \text{O} )) в составе молекулы.
Масса кислорода:
[
m{\text{O}} = m{\text{вещества}} - m_{\text{общая}} = 2,4 - 1,76 = 0,64 \, \text{г}.
]
Количество вещества кислорода:
[
n{\text{O}} = \frac{m{\text{O}}}{M_{\text{O}}} = \frac{0,64}{16} = 0,04 \, \text{моль}.
]
4. Соотношение атомов
Теперь у нас есть количество молей каждого элемента:
- ( n_{\text{C}} = 0,04 )
- ( n_{\text{H}} = 0,16 )
- ( n_{\text{N}} = 0,08 )
- ( n_{\text{O}} = 0,04 )
Найдём соотношение атомов, разделив количество молей каждого элемента на минимальное значение (( 0,04 )):
- ( \frac{n_{\text{C}}}{0,04} = 1 )
- ( \frac{n_{\text{H}}}{0,04} = 4 )
- ( \frac{n_{\text{N}}}{0,04} = 2 )
- ( \frac{n_{\text{O}}}{0,04} = 1 )
Соотношение атомов: ( \text{C}_1\text{H}_4\text{N}_2\text{O}_1 ).
5. Ответ
Молекулярная формула вещества: ( \text{CH}_4\text{N}_2\text{O} ).
Это вещество — мочевина.