Чтобы найти молекулярную формулу органического вещества, нам нужно выполнить несколько шагов. Начнем с данных задачи:
- Масса органического вещества: 14.8 г.
- Объем органического вещества (при нормальных условиях): 1.73 л.
- Масса вещества, сжигаемого в реакцию: 9.6 г.
- Объем углекислого газа, образующегося при сжигании: 15.68 л.
- Масса воды, образующейся при сжигании: 10.8 г.
Шаг 1: Найдем количество молей углекислого газа и воды.
Используем закон идеальных газов для определения количества молей.
Объем углекислого газа:
- При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22.4 л.
- Количество молей углекислого газа: \[ n_{\text{CO}_2} = \frac{V}{V_{\text{моль}}} = \frac{15.68 \, \text{л}}{22.4 \, \text{л/моль}} \approx 0.70 \, \text{моль} \]
Масса воды:
- Молярная масса воды \(H_2O\) = 18 г/моль.
- Количество молей воды: \[ n_{H_2O} = \frac{m}{M} = \frac{10.8 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} = 0.60 \, \text{моль} \]
Шаг 2: Найдем количество молей углерода и водорода в сгоревшем органическом веществе.
Углекислый газ (\(CO_2\)) содержит один атом углерода на моль:
- Количество углерода: \(n_{C} = n_{\text{CO}_2} = 0.70 \, \text{моль}\).
Вода (\(H_2O\)) содержит два атома водорода на моль:
- Количество водорода: \(n_{H} = 2 \cdot n_{H_2O} = 2 \cdot 0.60 \, \text{моль} = 1.20 \, \text{моль}\).
Шаг 3: Определим количество кислорода в органическом веществе.
Общее уравнение сгорания органического вещества можно записать следующим образом: \[ C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O \] Число моль кислорода, необходимое для реакции:
- Для каждого моль углекислого газа требуется 1 моль \(O_2\).
- Для каждого моль воды требуется 0.5 моль \(O_2\).
Итак, общее количество необходимого кислорода: \[ n_{O} = n_{\text{CO}_2} + 0.5 \cdot n_{H_2O} = 0.70 + 0.5 \cdot 0.60 \approx 0.70 + 0.30 = 1.00 \, \text{моль} \]
Шаг 4: Записываем соотношения атомов для формулы.
Мы нашли:
- Количество углерода (C): 0.70 моль.
- Количество водорода (H): 1.20 моль.
- Количество кислорода (O): 1.00 моль.
Теперь, чтобы выразить формулу, нужно найти целые коэффициенты. Мы можем пропорционально уменьшить значения, чтобы получить целые числа, разделив на наименьшее значение (в данном случае 0.70):
- C: \( \frac{0.70}{0.70} = 1 \)
- H: \( \frac{1.20}{0.70} \approx 1.71 \) (примерно 1.5, помним, что 1.71 можно выразить как 3/2)
- O: \( \frac{1.00}{0.70} \approx 1.43 \) (это около 1.5)
Эти соотношения можно умножить на 2, чтобы избавиться от дробей:
- C: \(1 \cdot 2 = 2\)
- H: \(1.5 \cdot 2 = 3\)
- O: \(1 \cdot 2 = 2\)
Конечная молекулярная формула
Таким образом, мы получаем: \[ C_2H_3O_2 \]
Это молекулярная формула искомого органического вещества, которая также представляет собой уксусную кислоту (\(C_2H_4O_2\)) в очищенном виде.