В результате сжигания 1,74 г органического соединения
в избытке кислорода получены равные количества (моль)
углекислого газа и воды, а суммарная масса CO2 и H2O
составила 5,58 г. Определите молекулярную формулу
органического вещества, если известно, что относитель-
ная плотность его паров по азоту равна 2,07.
Для решения этой задачи мы будем использовать данные о реакции сгорания органического соединения.
1. **Определим количество углекислого газа (CO₂) и воды (H₂O)**:
Пусть количество молей CO₂ и H₂O равно \( n \). Тогда:
\[
m_{\text{CO}_2} = 44n \quad \text{(молярная масса CO₂ = 44 г/моль)}
\]
\[
m_{\text{H}_2O} = 18n \quad \text{(молярная масса H₂O = 18 г/моль)}
\]
Суммарная масса CO₂ и H₂O равна 5,58 г:
\[
44n + 18n = 5,58
\]
\[
62n = 5,58
\]
\[
n = \frac{5,58}{62} \approx 0,09 \text{ моль}
\]
Таким образом, \( n \approx 0,09 \) моль для каждой из соединений (CO₂ и H₂O).
2. **Число атомов углерода и водорода**:
- Углерод (C): один моль CO₂ содержит 1 моль C, то есть 0,09 моль C.
- Водород (H): один моль H₂O содержит 2 моля H, то есть 0,09 * 2 = 0,18 моль H.
3. **Определим массу углерода и водорода**:
Масса углерода:
\[
m_C = 12 \times 0,09 \approx 1,08 \text{ г} \quad \text{(молярная масса C = 12 г/моль)}
\]
Масса водорода:
\[
m_H = 1 \times 0,18 \approx 0,18 \text{ г} \quad \text{(молярная масса H = 1 г/моль)}
\]
4. **Найдём массу органического соединения**:
Мы знаем, что масса органического вещества равна 1,74 г, следовательно, масса кислорода в продукте сгорания будет равна:
\[
m_O = 1,74 - (m_C + m_H) = 1,74 - (1,08 + 0,18) \approx 0,48 \text{ г}
\]
Теперь определим количество молей кислорода:
\[
n_O = \frac{0,48}{16} \approx 0,03 \text{ моль} \quad \text{(молярная масса O = 16 г/моль)}
\]
5. **Состав органического соединения:**
Итак, у нас есть:
- C: 0,09 моль
- H: 0,18 моль
- O: 0,03 моль
Делим количество каждого элемента на наименьшее (в данном случае на 0,03):
- C: \( \frac{0,09}{0,03} = 3 \)
- H: \( \frac{0,18}{0,03} = 6 \)
- O: \( \frac{0,03}{0,03} = 1 \)
Таким образом, эмпирическая формула соединения — \( C_3H_6O \).
6. **Следующий шаг: определение молекулярной формулы**:
Теперь нам нужно узнать молекулярную массу. Мы используем относительную плотность паров органического вещества по отношению к азоту (N₂). Относительная плотность паров равна 2,07, что означает:
\[
M_{\text{соединения}} = 2,07 \times 28 \text{ г/моль} \quad \text{(молярная масса N₂ = 28 г/моль)}
\]
\[
M_{\text{соединения}} \approx 57,96 \text{ г/моль}
\]
Эмпирическая масса \( C_3H_6O \):
\[
M_{\text{эмпирической формулы}} = 3 \times 12 + 6 \times 1 + 16 = 36 + 6 + 16 = 58 \text{ г/моль}
\]
Это значение близко к 58, значит, молекулярная формула совпадает с эмпирической формулой.
Таким образом, молекулярная формула органического вещества:
\[
\text{C}_3\text{H}_6\text{O}
\]
