Номер 839, страница 198 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

839. Некоторое органическое соединение, помимо углерода и водорода, содержит азот, массовая доля которого 31,1 %. Молекула соединения не содержит циклов, но содержит два углеводородных радикала и один атом азота. Установите структурную формулу вещества. Напишите уравнение его реакции с уксусной кислотой.

Дано:

Органическое соединение $C_xH_yN_z$

$ω(N) = 31,1\% = 0,311$

$z=1$ (один атом азота)

Содержит два углеводородных радикала

Молекула не содержит циклов

Найти:

1. Структурную формулу вещества

2. Уравнение реакции с уксусной кислотой

Решение:

1. Установление структурной формулы

Обозначим общую формулу соединения как $C_xH_yN_1$, так как по условию в молекуле содержится один атом азота.

Молярную массу соединения $M(C_xH_yN)$ можно найти, используя массовую долю азота $ω(N)$. Атомная масса азота $Ar(N)$ равна 14 г/моль.

$ω(N) = \frac{1 \cdot Ar(N)}{M(C_xH_yN)}$

$M(C_xH_yN) = \frac{Ar(N)}{ω(N)} = \frac{14}{0,311} \approx 45,016 \text{ г/моль}$.

Округляем молярную массу до целого значения: $M(C_xH_yN) = 45 \text{ г/моль}$.

Молярная масса также равна сумме атомных масс всех атомов в молекуле ( $Ar(C) = 12 \text{ г/моль}$, $Ar(H) = 1 \text{ г/моль}$):

$M(C_xH_yN) = x \cdot Ar(C) + y \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N)$

$12x + y + 14 = 45$

$12x + y = 31$

Подберем целые положительные значения $x$ и $y$, удовлетворяющие этому уравнению.

Если $x=1$, то $12 \cdot 1 + y = 31 \Rightarrow y = 19$. Формула $CH_{19}N$ невозможна, так как для одного атома углерода максимальное число атомов водорода в ациклическом амине равно $2n+3 = 2(1)+3 = 5$.

Если $x=2$, то $12 \cdot 2 + y = 31 \Rightarrow 24 + y = 31 \Rightarrow y = 7$. Молекулярная формула - $C_2H_7N$. Эта формула соответствует общей формуле насыщенных аминов $C_nH_{2n+3}N$.

Если $x=3$, то $12 \cdot 3 + y = 31 \Rightarrow 36 + y = 31 \Rightarrow y = -5$, что невозможно.

Следовательно, молекулярная формула вещества - $C_2H_7N$.

По условию, молекула содержит один атом азота и два углеводородных радикала. Такое строение характерно для вторичных аминов ($R_1-NH-R_2$). Для формулы $C_2H_7N$ единственным вариантом с двумя радикалами является диметиламин, где оба радикала - метильные группы ($-CH_3$).

Его изомер, этиламин ($CH_3-CH_2-NH_2$), является первичным амином и содержит только один углеводородный радикал (этил), что не соответствует условию задачи.

Ответ: Структурная формула вещества - диметиламин: $CH_3-NH-CH_3$.

2. Уравнение реакции с уксусной кислотой

Диметиламин является основанием (за счет неподеленной электронной пары у атома азота) и реагирует с кислотами с образованием солей. При взаимодействии с уксусной кислотой ($CH_3COOH$) происходит реакция нейтрализации, в результате которой образуется соль — ацетат диметиламмония.

Ответ: $CH_3-NH-CH_3 + CH_3COOH \rightarrow [CH_3-NH_2^+-CH_3][CH_3COO]^-$.