При полном сгорании 13,8 г органического вещества получилось 26,4 г углекислого газа и 16,2 г воды. Плотность пара этого вещества по водороду равна 23. Определите молекулярную формулу вещества.
При полном сгорании 13,8 г органического вещества получилось 26,4 г углекислого газа и 16,2 г воды. Плотность пара этого вещества по водороду равна 23. Определите молекулярную формулу вещества.
Для определения молекулярной формулы органического вещества необходимо провести несколько шагов:
Определение эмпирической формулы:
При полном сгорании органического вещества образуются углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O). Это говорит о том, что в составе вещества присутствуют углерод (C) и водород (H). Чтобы определить их количество, используем данные о продуктах сгорания:
Углерод (C): Масса CO₂ = 26,4 г. Молярная масса CO₂ = 44 г/моль. Количество моль CO₂ = 26,4 г / 44 г/моль = 0,6 моль. Каждый моль CO₂ содержит 1 моль углерода, поэтому у нас 0,6 моль углерода. Масса углерода = 0,6 моль × 12 г/моль = 7,2 г.
Водород (H): Масса H₂O = 16,2 г. Молярная масса H₂O = 18 г/моль. Количество моль H₂O = 16,2 г / 18 г/моль = 0,9 моль. Каждый моль воды содержит 2 моль водорода, поэтому у нас 0,9 моль × 2 = 1,8 моль водорода. Масса водорода = 1,8 моль × 1 г/моль = 1,8 г.
Кислород (O): Общая масса вещества = 13,8 г. Масса кислорода в веществе = 13,8 г - (масса углерода + масса водорода) = 13,8 г - 7,2 г - 1,8 г = 4,8 г. Молярная масса O = 16 г/моль. Количество моль O = 4,8 г / 16 г/моль = 0,3 моль.
Таким образом, эмпирическая формула имеет соотношение C:H:O = 0,6:1,8:0,3, что упрощается до C₂H₆O.
Определение молекулярной формулы:
Плотность пара вещества по водороду равна 23. Это означает, что молекулярная масса вещества в 23 раза больше молекулярной массы водорода (1 г/моль), то есть 23 г/моль.
Эмпирическая формула C₂H₆O имеет молекулярную массу:
Видно, что молекулярная масса эмпирической формулы (46 г/моль) не совпадает с рассчитанной по плотности (23 г/моль). Однако, здесь следует учесть, что плотность указана по водороду, а не молекулярная масса, таким образом, произошла ошибка в вычислениях. Перепроверим:
Если молекулярная масса рассчитана как 23 (по плотности водорода), и эмпирическая формула имеет молекулярную массу 46 г/моль, то вероятно, что молекула соответствует формуле C₂H₆O, но плотность была изначально неправильно интерпретирована.
В результате, молекулярная формула вещества — C₂H₆O, что соответствует этанолу.
Для решения данной задачи нужно вычислить количество молей углекислого газа и воды, которые образовались при сгорании органического вещества.
Моль углекислого газа = масса/молярная масса = 26,4 г/44 г/моль = 0,6 моль Моль воды = масса/молярная масса = 16,2 г/18 г/моль = 0,9 моль
Теперь найдем количество молей углерода (C), водорода (H) и кислорода (O) в органическом веществе: Моль углерода = 0,6 моль (из CO2) Моль кислорода = 2 0,6 моль (из CO2) Моль водорода = 2 0,9 моль (из H2O)
Теперь найдем отношение молей углерода, водорода и кислорода в молекуле органического вещества: C:H:O = 0,6 : 1,8 : 1,2 = 1 : 3 : 2
Поскольку отношение молей углерода, водорода и кислорода в молекуле органического вещества равно 1 : 3 : 2, то молекулярная формула вещества будет C1H3O2, что соответствует уксусной кислоте (CH3COOH).
