Номер 169, страница 50 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

169. При сгорании бескислородного органического вещества образовалось 4,48 $дм^3$ (н. у.) углекислого газа, 3,6 г воды и 3,65 г хлороводорода. Определите молекулярную формулу сгоревшего соединения и предложите его возможную структурную формулу.

Дано:

Объем углекислого газа $V(\text{CO}_2) = 4,48 \text{ дм}^3$ (н. у.)

Масса воды $m(\text{H}_2\text{O}) = 3,6 \text{ г}$

Масса хлороводорода $m(\text{HCl}) = 3,65 \text{ г}$

Перевод в СИ:

$V(\text{CO}_2) = 4,48 \text{ дм}^3 = 4,48 \times 10^{-3} \text{ м}^3$

$m(\text{H}_2\text{O}) = 3,6 \text{ г} = 3,6 \times 10^{-3} \text{ кг}$

$m(\text{HCl}) = 3,65 \text{ г} = 3,65 \times 10^{-3} \text{ кг}$

Найти:

Молекулярную формулу ($C_xH_yCl_z$) — ?

Структурную формулу — ?

Решение:

Из условия задачи следует, что исходное органическое вещество не содержит кислород. Продукты сгорания — углекислый газ ($CO_2$), вода ($H_2O$) и хлороводород ($HCl$) — указывают на то, что в состав исходного вещества входили атомы углерода (C), водорода (H) и хлора (Cl). Общая формула этого соединения — $C_xH_yCl_z$.

Сначала определим количество вещества (в молях) каждого из продуктов сгорания. Для расчетов будем использовать молярный объем газа при нормальных условиях ($V_m = 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$) и молярные массы веществ.

Количество вещества углекислого газа:

$\nu(\text{CO}_2) = \frac{V(\text{CO}_2)}{V_m} = \frac{4,48 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Молярная масса воды $M(\text{H}_2\text{O}) = 18 \text{ г/моль}$. Количество вещества воды:

$\nu(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{3,6 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$

Молярная масса хлороводорода $M(\text{HCl}) = 36,5 \text{ г/моль}$. Количество вещества хлороводорода:

$\nu(\text{HCl}) = \frac{m(\text{HCl})}{M(\text{HCl})} = \frac{3,65 \text{ г}}{36,5 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Теперь найдем количество вещества каждого элемента в исходном соединении. Весь углерод перешел в $CO_2$, поэтому:

$\nu(\text{C}) = \nu(\text{CO}_2) = 0,2 \text{ моль}$

Весь хлор перешел в $HCl$, поэтому:

$\nu(\text{Cl}) = \nu(\text{HCl}) = 0,1 \text{ моль}$

Водород из исходного вещества распределился между водой и хлороводородом. Общее количество вещества атомов водорода равно сумме атомов водорода в $H_2O$ и $HCl$:

$\nu(\text{H}) = 2 \cdot \nu(\text{H}_2\text{O}) + 1 \cdot \nu(\text{HCl}) = 2 \cdot 0,2 + 0,1 = 0,5 \text{ моль}$

Найдем соотношение индексов $x, y, z$ в формуле $C_xH_yCl_z$, которое равно соотношению количеств веществ элементов:

$x : y : z = \nu(\text{C}) : \nu(\text{H}) : \nu(\text{Cl}) = 0,2 : 0,5 : 0,1$

Для получения простейших целых чисел разделим все значения на наименьшее (0,1):

$x : y : z = \frac{0,2}{0,1} : \frac{0,5}{0,1} : \frac{0,1}{0,1} = 2 : 5 : 1$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула вещества — $C_2H_5Cl$. Эта формула соответствует устойчивому насыщенному соединению (хлорэтану). В отсутствие дополнительных данных (например, молярной массы) принимаем, что эмпирическая формула является и молекулярной.

Для молекулярной формулы $C_2H_5Cl$ существует единственная возможная структурная формула — хлорэтан, в которой атом хлора связан с одним из атомов углерода в этановом скелете.

Ответ:

Молекулярная формула сгоревшего соединения: $C_2H_5Cl$.

Возможная структурная формула: $CH_3-CH_2-Cl$ (хлорэтан).