Номер 162, страница 49 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

162. При полном сгорании 6,9 г вещества образуется 13,2 г углекислого газа и 8,1 г воды. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,59. Установите молекулярную формулу вещества. Предложите его возможную структурную формулу.

Дано:

$m(вещества) = 6,9 \ г$

$m(CO_2) = 13,2 \ г$

$m(H_2O) = 8,1 \ г$

$D_{воздух}(вещества) = 1,59$

Найти:

Молекулярную формулу вещества - $C_xH_yO_z$?

Структурную формулу вещества?

Решение:

1. Определим элементный состав вещества. Так как при сгорании образуются углекислый газ и вода, вещество содержит атомы углерода (C), водорода (H) и, возможно, кислорода (O). Общая формула вещества $C_xH_yO_z$.

2. Найдем количество вещества (моль) продуктов сгорания, используя их молярные массы:

$M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \ г/моль$

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

$n(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{13,2 \ г}{44 \ г/моль} = 0,3 \ моль$

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{8,1 \ г}{18 \ г/моль} = 0,45 \ моль$

3. Рассчитаем количество вещества и массу элементов в исходном веществе.

Весь углерод перешел в $CO_2$, поэтому количество атомов углерода равно количеству молекул $CO_2$:

$n(C) = n(CO_2) = 0,3 \ моль$

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,3 \ моль \cdot 12 \ г/моль = 3,6 \ г$

Весь водород перешел в $H_2O$. В каждой молекуле воды 2 атома водорода:

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,45 \ моль = 0,9 \ моль$

$m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0,9 \ моль \cdot 1 \ г/моль = 0,9 \ г$

4. Проверим наличие кислорода в веществе, сравнив сумму масс C и H с исходной массой вещества:

$m(C) + m(H) = 3,6 \ г + 0,9 \ г = 4,5 \ г$

Эта масса меньше исходной массы вещества ($6,9 \ г$), следовательно, в веществе содержится кислород. Найдем его массу и количество вещества:

$m(O) = m(вещества) - (m(C) + m(H)) = 6,9 \ г - 4,5 \ г = 2,4 \ г$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{2,4 \ г}{16 \ г/моль} = 0,15 \ моль$

5. Установим простейшую формулу вещества. Для этого найдем соотношение количеств веществ элементов:

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0,3 : 0,9 : 0,15$

Разделим все значения на наименьшее (0,15), чтобы получить целочисленное соотношение:

$x = \frac{0,3}{0,15} = 2$

$y = \frac{0,9}{0,15} = 6$

$z = \frac{0,15}{0,15} = 1$

Простейшая (эмпирическая) формула вещества: $C_2H_6O$.

6. Определим истинную молекулярную формулу. Сначала найдем молярную массу вещества по его относительной плотности паров по воздуху (средняя молярная масса воздуха $M_{воздуха} \approx 29 \ г/моль$):

$M(вещества) = D_{воздух} \cdot M_{воздуха} = 1,59 \cdot 29 \ г/моль \approx 46,11 \ г/моль \approx 46 \ г/моль$

Теперь рассчитаем молярную массу для простейшей формулы $C_2H_6O$:

$M(C_2H_6O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 24 + 6 + 16 = 46 \ г/моль$

Так как вычисленная молярная масса ($46 \ г/моль$) совпадает с молярной массой простейшей формулы, то простейшая формула является и молекулярной.

Установите молекулярную формулу вещества.

На основе проведенных расчетов установлено, что молекулярная формула вещества совпадает с его простейшей формулой.

Ответ: $C_2H_6O$.

Предложите его возможную структурную формулу.

Молекулярной формуле $C_2H_6O$ соответствуют два основных структурных изомера: этиловый спирт (этанол) и диметиловый эфир.

Ответ: Возможные структурные формулы: $CH_3-CH_2-OH$ (этанол) или $CH_3-O-CH_3$ (диметиловый эфир).