Question

При сжигании 9,2 г кислородосодержащего органического вещества получили 17,2 г углекислого газа и 10,8 г воды. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 23. Определите молекулярную формулу вещества.      

Answer 1

Дано:

m (CxHyOz) = 9,2 г ;

m (CO₂) = 17,2 г ;

m (H₂O) = 10,8 г ;

D (по H₂) = 23.

Найти:

x, y, z (формулу вещества) — ?

Решение:

1. Найдём количества веществ CO₂ и H₂O. По формуле: n = m ÷ M; где: n - количество вещества (моль), m - масса (г), M - молярная масса, значения берутся из таблицы Менделеева (г/моль).

M (CO₂) = 12 + 2 × 12 = 44 (г/моль).

M (H₂O) = 2 × 1 + 16 = 18 (г/моль).

n (CO₂) = m ÷ M = 17,2 г ÷ 44 г/моль ≈ 0,4 (моль).

n (H₂O) = m ÷ M = 10,8 г ÷ 18 г/моль = 0,6 (моль).

2. Далее нам нужно узнать количества C и H в соединении CxHyOz. Решаем по правилу:

n (C в CxHyOz) = n (CO₂).

n (H в CxHyOz) = 2n (H₂O).

n (C) ≈ 0,4 (моль).

n (H) = 2 × 0,6 = 1,2 (моль).

3. Далее находим массу этих элементов. По формуле: m = n × M.

m (C) = 0,39 моль × 12 г/моль ≈ 4,5 (г).

m (H) = 1,2 моль × 1 г/моль = 1,2 (г).

Их общая масса = 5,7 (г).

4. Теперь нам нужно найти массу кислорода.

9,2 г – 5,7 г = 3,5 (г) – столько массы CxHyOz приходится на кислород.

5. Теперь узнаем количество кислорода. По формуле: n = m ÷ M.

n (O) = 3,5 г ÷ 16 г/моль ≈ 0,2 (моль).

6. Теперь сделаем соотношения количеств C : H : O.

0,4 : 1,2 : 0,2          | ÷ 0,2

2 : 6 : 1

Таким образом, простейшая формула — C₂H₆O.

M (C₂H₆O) = 2 × 12 + 6 × 1 + 16 = 46 (г/моль).

7. Нам дана плотность по водороду. Мы можем узнать истинную молярную массу соединения. По формуле: M (CxHyOz) = M (H₂) × D (по H₂).

M (CxHyOz) = 2 × 23 = 46 (г/моль).

Молярная масса соответствует простейшей формуле, значит, истинная формула аналогична простейшей — C₂H₆O.

Ответ: C₂H₆O.

Answer 2

Давайте разберемся с этим вопросом. Для начала, давайте найдем количество вещества в каждом из продуктов сгорания (углекислый газ и вода).

1. Углекислый газ (CO2):

   • Молярная масса углекислого газа (CO2) = масса атома углерода (12 г/моль) + 2 * масса атома кислорода (16 г/моль) = 44 г/моль.
   • Моль углекислого газа (n_CO2) = масса CO2 / молярная масса CO2 = 17,2 г / 44 г/моль ≈ 0,391 моль.

2. Вода (H2O):

   • Молярная масса воды (H2O) = 2 * масса атома водорода (1 г/моль) + масса атома кислорода (16 г/моль) = 18 г/моль.
   • Моль воды (n_H2O) = масса H2O / молярная масса H2O = 10,8 г / 18 г/моль ≈ 0,600 моль.

Теперь давайте рассмотрим реакцию сгорания углекислого газа и воды:

perlCopy code
C_xH_yO_z + (x + y/4 - z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O

Сравнивая коэффициенты, мы можем сделать следующие выводы:

1. Моль углерода в исходном соединении (x) равно количеству молей CO2, то есть x = n_CO2 ≈ 0,391 моль.

2. Моль водорода в исходном соединении (y) равно количеству молей H2O, то есть y = 2 * n_H2O ≈ 1,200 моль.

3. Моль кислорода в исходном соединении (z) равно сумме молей CO2 и H2O, поделенной на коэффициент вещества, с которым кислород реагирует (x + y/4 - z/2), то есть z = n_CO2 + n_H2O / (x + y/4 - z/2) ≈ 0,759 моль.

Теперь мы можем рассчитать относительную молекулярную массу (M_r) исходного органического соединения:

makefileCopy code
M_r = x * M_C + y * M_H + z * M_O
   ≈ 0,391 * 12 г/моль + 1,200 * 1 г/моль + 0,759 * 16 г/моль
   ≈ 4,692 г/моль + 1,200 г/моль + 12,144 г/моль
   ≈ 17,036 г/моль

Теперь мы можем найти эмпирическую формулу органического вещества, разделив молекулярную массу на наименьшее количество атомов каждого элемента:

scssCopy code
n = M_r / (масса атома H * количество атомов H) 
  ≈ 17,036 г/моль / (1 г/моль * 1) 
  ≈ 17,036

n = M_r / (масса атома C * количество атомов C) 
  ≈ 17,036 г/моль / (12 г/моль * 0,391) 
  ≈ 3,620

n = M_r / (масса атома O * количество атомов O) 
  ≈ 17,036 г/моль / (16 г/моль * 0,759) 
  ≈ 1,127

Приближенно, мы получаем n = 17, n = 4 и n = 1.

Это означает, что в молекуле присутствуют 17 атомов углерода, 4 атома водорода и 1 атом кислорода. Теперь мы можем записать эмпирическую формулу:

Copy code
C17H4O

Наконец, давайте найдем молекулярную формулу. Мы знаем, что относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 23. Поскольку у водорода молярная масса 1 г/моль, это также означает, что относительная молярная масса вещества равна 23. Таким образом, молекулярная формула вещества равна эмпирической формуле, то есть C17H4O.