При полном сгорании 5,8 г органического вещества образуется 6,72 дм3 (н. у.) углекислого газа и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2. Установите молекулярную формулу вещества и пред- ложите его возможную структурную формулу.
Для того чтобы установить молекулярную формулу органического вещества, давайте начнем с расчета количества углерода (C) и водорода (H), которые образуются при полном сгорании.
Рассчитаем количество углерода (C): Из условия задачи известно, что при сгорании образуется 6,72 дм³ углекислого газа (CO₂). В нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 дм³. Используя эту информацию, можем найти количество моль CO₂:
\[ n_{CO2} = \frac{V_{CO2}}{V_{m}} = \frac{6,72 \, \text{дм}³}{22,4 \, \text{дм}³/\text{моль}} \approx 0,3 \, \text{моля} \]
Каждый моль CO₂ содержит 1 моль углерода, значит:
\[ n_C = n_{CO2} \approx 0,3 \, \text{моля} \]
Рассчитаем количество водорода (H): Образуется 5,4 г воды (H₂O). Для нахождения количества моль H₂O используем молярную массу H₂O (18 г/моль):
\[ n_{H2O} = \frac{m_{H2O}}{M_{H2O}} = \frac{5,4 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} \approx 0,3 \, \text{моля} \]
Каждый моль H₂O содержит 2 моля водорода, поэтому:
\[ n_H = 2 \times n_{H2O} \approx 0,6 \, \text{моля} \]
Атомные ratios: Теперь у нас есть 0,3 моля углерода и 0,6 моля водорода. Таким образом, соотношение C:H составляет 1:2.
Определим молекулярную формулу: Таким образом, относительная формула – это CH₂. Мы теперь можем найти молекулярную массу. Для этого найдем молярную массу углерода и водорода:
\[ M_C = 12 \, \text{г/моль}, \quad M_H = 1 \, \text{г/моль} \]
Молярная масса CH₂:
\[ M_{CH2} = 12 + 2 \times 1 = 14 \, \text{г/моль} \]
Далее мы можем использовать информацию о плотности паров. Плотность паров по воздуху равна 2, то есть:
\[ \text{Плотность} = \frac{M}{V} = 2 \cdot 1.29 \, \text{г/л} = 2.58 \, \text{г/л} \]
Учитывая, что масса паров вещества в 2 раза больше, чем у воздуха (где 1,29 г/л – плотность воздуха), мы можем найти молекулярную массу:
\[ M_{что} = 2 \times 28.8 = 28.8 \, \text{г/моль} \]
Это может дать нам указание на фактическую молекулярную формулу. Если взять коэффициент 2 для CH₂, то удваиваем, и получаем C2H4.
Возможные структурные формулы: Исходя из молекулярной формулы C₂H₄, возможна структура этилена (двойная связь между двумя атомами углерода):
\[ H_2C=CH_2 \]
Таким образом, молекулярная формула вещества – C₂H₄, а возможная структурная формула – этилен, H₂C=CH₂.
