Образец органического вещества А массой 5,31 г сожгли в избытке кислорода. В результате реакции получили 7,92 г углекислого газа и 2,43 г воды. Известно, что вещество А имеет…
Образец органического вещества А массой 5,31 г сожгли в избытке кислорода. В результате реакции получили 7,92 г углекислого газа и 2,43 г воды. Известно, что вещество А имеет линейное строение и может быть получено окислением циклического углеводорода перманганатом калия в кислой среде. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
Для решения данной задачи начнем с вычислений.
Шаг 1: Вычисление числа молей углекислого газа и воды
Определим число молей углекислого газа (CO₂): \[ \text{Молярная масса CO₂} = 12 \, \text{г/моль} + 2 \cdot 16 \, \text{г/моль} = 44 \, \text{г/моль} \] \[ n_{\text{CO}_{2}} = \frac{m_{\text{CO}_{2}}}{M_{\text{CO}_{2}}} = \frac{7,92 \, \text{г}}{44 \, \text{г/моль}} \approx 0,18 \, \text{моль} \]
Определим число молей воды (H₂O): \[ \text{Молярная масса H₂O} = 2 \cdot 1 \, \text{г/моль} + 16 \, \text{г/моль} = 18 \, \text{г/моль} \] \[ n_{\text{H}_2O} = \frac{m_{\text{H}_2O}}{M_{\text{H}_2O}} = \frac{2,43 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} \approx 0,135 \, \text{моль} \]
Шаг 2: Определение числа атомов углерода и водорода в веществе А
- Из уравнения сжигания вещества можно определить количество атомов углерода (C) и водорода (H):
Из 1 моля CO₂ образуется 1 моль C, следовательно: \[ n_C = n_{\text{CO}_{2}} = 0,18 \, \text{моль} \]
Из 1 моля H₂O образуется 2 моля H, следовательно: \[ n_H = 2 \cdot n_{\text{H}_2O} = 2 \cdot 0,135 \, \text{моль} \approx 0,27 \, \text{моль} \]
Шаг 3: Определение эмпирической формулы вещества А
- Эмпирическая формула определяется как отношение количества атомов:
- C : H = 0,18 : 0,27 = 2 : 3
- Таким образом, эмпирическая формула вещества А: \[ \text{C}_2\text{H}_3 \]
Шаг 4: Определение молярной массы и молекулярной формулы
Рассчитаем массу вещества на основе его структуры.
- Молярная масса C₂H₃ = 2(12) + 3(1) = 24 + 3 = 27 г/моль
Найдем молекулярную формулу вещества А, зная массу образца (5,31 г) и массу одинарной единицы (27 г/моль): \[ n_A = \frac{m_A}{M_A} = \frac{5,31}{\text{M}} \quad (\text{где M — искомая молекулярная масса}) \]
Поскольку 5,31 г не позволяет установить целое число моль, предположим, что M = 54 г/моль (2C₂H₃, например): \[ \text{Molecular Formula} = C_4H_6 \quad (то есть 2 \cdot C_2H_3) \]
Шаг 5: Структурная формула вещества А
Вещество с формулой C₄H₆ может быть, например, 1,3-бутадиеном, который имеет линейное строение. Его структурная формула:
H2C=CH-CH=CH2
Это соответствует условиям задачи: линейное строение и возможность получения окислением циклического углеводорода.
Таким образом, молекулярная формула вещества А — C₄H₆, а структурная формула — приведенная выше.
