Чтобы решить эту задачу, давай запишем и разберем данные:
- Масса вещества А ( m(A) = 1,87 ) г.
- Вещество изображает следующие химические вещества: 3,74 г диоксида углерода, 0,900 г молекулярного водорода и 5,30 г карбоната натрия.
Сначала определим молекулярную формулу вещества А. Чтобы это сделать, нам нужно найти молекулярную массу (М):
[ n(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{3,74 г}{44 г/моль} ≈ 0,085 моль ]
[ n(H_2) = \frac{m(H_2)}{M(H_2)} = \frac{0,900 г}{2 г/моль} = 0,45 моль ]
[ n(Na_2CO_3) = \frac{m(Na_2CO_3)}{M(Na_2CO_3)} = \frac{5,30 г}{106 г/моль} ≈ 0,05 моль ]
Поскольку диоксид углерода содержит углерод и кислород, а водород - водород, то исходя из полученных молей и коэффициентов, мы можем определить молярное соотношение этих элементов в веществе А. Так как в ( CO_2 ) и ( Na_2CO_3 ) содержится карбонат, то кислород входит в состав карбонатной группы.
Мы знаем, что отношение молей ( CO_2 ) и ( Na_2CO_3 ) позволяет нам определить, что в каждой молекуле карбоната натрия есть один атом углерода, а значит, углерода в веществе А столько же:
[ n(C) = n(CO_2) = 0,085 моль ]
Теперь посчитаем количество атомов кислорода. В одной молекуле карбоната натрия три атома кислорода, следовательно:
[ n(O) = 3 \times n(Na_2CO_3) = 3 \times 0,05 моль = 0,15 моль ]
Теперь мы знаем, что молярная масса вещества А равна:
[ M(A) = \frac{m(A)}{n(A)} ]
Но у нас пока нет ( n(A) ), зато мы знаем, что:
[ n(C) = n(A) ]
[ 0,085 моль = n(A) ]
Теперь находим молярную массу:
[ M(A) = \frac{1,87 г}{0,085 моль} ≈ 22 г/моль ]
Это не соответствует молекулярной массе, т.к. углерод имеет молекулярную массу 12 г/моль. Теперь проверим водород:
Количество водорода в моль:
[ n(H) = 2 \times n(H_2) = 2 \times 0,45 моль = 0,9 моль ]
Мы знаем, что в веществе присутствует фенильная группа (бензольный кольцо, ( C_6H_5- )), которое имеет массу ( 77 г/моль ) и представляет собой ( n(C) = 6 ) моль и ( n(H) = 5 ) моль карбоновых атомов и водорода соответственно.
Из данных задачи следует: масса фенильной группы составляет ( 6 \times 12 г/моль + 5 \times 1 г/моль = 77 г/моль ), то есть у нас есть одна фенильная группа на молекулу вещества А.
Итак, у нас уже есть ( C_6H_5 ), что занимает нам ( n(C) = 6 \times 0,085 моль ) и ( n(H) = 5 \times 0,085 моль ). Теперь найдем оставшиеся атомы углерода и водорода в молекуле А. Мы отняли от общего числа молей углерода и водорода использованные для фенильной группы:
[ n(C_{ost}) = 0,085 моль - 6 \times 0,085 моль = 1 \times 0,085 моль ]
[ n(H_{ost}) = 0,9 моль - 5 \times 0,085 моль ]
Теперь считаем:
[ n(H_{ost}) = 0,9 моль - 0,425 моль = 0,475 моль ]
Таким образом, остается 0,085 моль углерода и 0,475 моль водорода отдельно от фенильной группы.
Из заданных условий, мы также знаем, что в молекуле А присутствует один атом углерода, связанный с углеродом фенильной группы, следовательно, это может быть ( CH_2 ). У нас остается ( 0,475 - (2 \times 0,085) = 0,305 ) моль водорода - это может быть метильная ( CH_3 ) группа ( (0,305 / 0,085) \approx 3,6 ), так мы получаем три метильные группы.
Теперь мы знаем, что в молекуле присутствуют ( OH ) (гидроксил) группы. Так как у нас есть ( n(O) = 0,15 моль ) и ( n(CO_2) = 0,085 моль ), мы отнимаем кислород в карбонате натрия:
[ n(O_{ost}) = 0,15 моль - 0,085 моль = 0,065 моль ]
Так как гидроксил группа ( OH ) содержит один атом кислорода, то количество гидроксил групп тоже ( n(OH) = 0,065 моль ) и число гидроксил равно ( 0,065 моль / 0,085 моль \approx 0,76 ), что близко к одному. Получается, что у нас одна гидроксил группа.
Принимая во внимание галоген в молекуле, получаем:
[ Вещество А - C_6H_5-CH_2-CH_3-CH_3-CH_3-OH-X ]
Теперь, чтобы найти галоген, мы можем воспользоваться информацией о плотности и молярной массе галогенированного вещества:
[ d = \frac{m}{V} ]
Используем формулу для нахождения объема:
[ V = \frac{m}{d} = \frac{1,87 г}{1,87 г/л} = 1 л ]
Теперь мы можем использовать закон Авогадро, который говорит, что ( V = n \times 22,4 л/моль ):
[ n = \frac{V}{22,4 л/моль} = \
