Номер 161, страница 49 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

161. При полном сгорании 3,6 г органического вещества получено 5,4 г воды и углекислого газа в количестве 0,25 моль. Относительная плотность этого вещества по водороду равна 36. Установите молекулярную формулу вещества. Напишите структурные формулы всех возможных веществ, удовлетворяющих условию задачи.

Дано:

$m(\text{орг. вещества}) = 3,6 \text{ г}$

$m(H_2O) = 5,4 \text{ г}$

$n(CO_2) = 0,25 \text{ моль}$

$D_{H_2}(\text{вещества}) = 36$

Найти:

Молекулярную формулу вещества - ?

Структурные формулы всех возможных изомеров - ?

Решение:

Установите молекулярную формулу вещества.

1. Найдем молярную массу органического вещества, используя его относительную плотность по водороду ($D_{H_2}$):

$M(\text{вещества}) = D_{H_2} \cdot M(H_2) = 36 \cdot 2 \text{ г/моль} = 72 \text{ г/моль}$

2. Найдем количество вещества и массу элементов, входящих в состав сгоревшего вещества.

Продукты сгорания - вода ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$), следовательно, вещество состоит из углерода (C), водорода (H) и, возможно, кислорода (O). Общая формула $C_xH_yO_z$.

Найдем количество вещества и массу углерода (C):

$n(C) = n(CO_2) = 0,25 \text{ моль}$

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,25 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 3,0 \text{ г}$

Найдем количество вещества и массу водорода (H):

$M(H_2O) = 1 \cdot 2 + 16 = 18 \text{ г/моль}$

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{5,4 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

В одной молекуле воды 2 атома водорода, поэтому:

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,3 \text{ моль} = 0,6 \text{ моль}$

$m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0,6 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0,6 \text{ г}$

3. Проверим, содержится ли в веществе кислород (O):

$m(C) + m(H) = 3,0 \text{ г} + 0,6 \text{ г} = 3,6 \text{ г}$

Сумма масс углерода и водорода равна массе исходного органического вещества ($3,6 \text{ г}$). Это означает, что кислород в его составе отсутствует.

4. Найдем простейшую формулу вещества (углеводорода $C_xH_y$):

Соотношение индексов в формуле равно соотношению количеств веществ элементов:

$x : y = n(C) : n(H) = 0,25 : 0,6$

Для получения целочисленного соотношения разделим на наименьшее значение (0,25):

$x : y = \frac{0,25}{0,25} : \frac{0,6}{0,25} = 1 : 2,4$

Умножим полученные значения на 5, чтобы получить целые числа:

$x : y = 1 \cdot 5 : 2,4 \cdot 5 = 5 : 12$

Простейшая формула вещества - $C_5H_{12}$.

5. Установим истинную (молекулярную) формулу вещества. Для этого сравним молярную массу, рассчитанную по простейшей формуле, с молярной массой, найденной из относительной плотности.

$M(C_5H_{12}) = 5 \cdot 12 + 12 \cdot 1 = 72 \text{ г/моль}$

Так как $M(\text{простейшая}) = M(\text{истинная}) = 72 \text{ г/моль}$, простейшая и молекулярная формулы совпадают.

Ответ: Молекулярная формула вещества - $C_5H_{12}$.

Напишите структурные формулы всех возможных веществ, удовлетворяющих условию задачи.

Молекулярной формуле $C_5H_{12}$ соответствует класс алканов (общая формула $C_nH_{2n+2}$). Для пентана ($n=5$) существует три структурных изомера:

1. н-пентан (пентан)

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

2. 2-метилбутан (изопентан)

$CH_3$ $|$ $CH_3-CH-CH_2-CH_3$

3. 2,2-диметилпропан (неопентан)

$CH_3$ $|$ $CH_3-C-CH_3$ $|$ $CH_3$

Ответ:

Структурные формулы возможных веществ:

н-пентан: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

2-метилбутан: $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

2,2-диметилпропан: $C(CH_3)_4$