При сгорании 10,5 г органического вещества получили 16,8 л углекислого газа (н. у.) и 13,5 г воды. Плотность паров этого вещества (н. у.) составляет 1,875 г/л. Известно, что в…
При сгорании 10,5 г органического вещества получили 16,8 л углекислого газа (н. у.) и 13,5 г воды. Плотность паров этого вещества (н. у.) составляет 1,875 г/л. Известно, что в результате присоединения хлороводорода к этому веществу образуется только одно монохлорпроизводное. На основании данных условия задачи: 1) приведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического веществ; 2) составьте возможную структурную формулу веществ, которая однозначно отражает порядок связи атомов в молекуле; 3) напишите уравнение реакции данного вещества с хлороводородом (используйте структурные формулы для органических веществ)
Давайте подробно решим задачу по шагам, объясняя все понятным языком. Мы будем вести расчеты, исходя из данных:
- Масса органического вещества: 10,5 г
- Объем CO₂ (н.у.): 16,8 л
- Масса воды: 13,5 г
- Плотность паров вещества (н.у.): 1,875 г/л
- Образуется только монохлорпроизводное при реакции с HCl
Шаг 1. Определяем количество веществ (число молей)
1.1. Молярный объем газа в н.у. — 22,4 л/моль
1.2. Вычисляем число молей CO₂:
\[ n_{\mathrm{CO}_2} = \frac{V_{\mathrm{CO}_2}}{22,4\, \mathrm{л/моль}} = \frac{16,8\, \mathrm{л}}{22,4\, \mathrm{л/моль}} = 0,75\, \text{моль} \]
Шаг 2. Определяем количество атомов углерода в веществе
Так как при сгорании 1 моль вещества получается 1 моль CO₂, то:
\[ \text{число атомов C} = n_{\mathrm{CO}_2} = 0,75\, \textоль} \]
Масса углерода в веществе:
\[ m_C = n_C \times M_C = 0,75\, \text{моль} \times 12\, \text{г/моль} = 9\, \textг \]
или, по-другому, в веществе содержится 9 г углерода.
Шаг 3. Определяем массу водорода
Общий расход воды:
\[ m_{H_2O} = 13,5\, \text{г} \]
Масса водорода в воде:
Вода — H₂O, молярная масса 18 г/моль.
Количество водорода:
\[ n_{H} = 2 \times n_{H_2O} = 2 \times \frac{13,5\, \text{г}}{18\, \text{г/моль}} = 1,5\, \text{моль} \]
Масса водорода:
\[ m_H = n_{H} \times 1\, \text{г/моль} = 1,5\, \text{г} \]
Шаг 4. Определяем состав и молекулярную формулу органического вещества
Общая масса вещества: 10,5 г
Масса углерода — 9 г, водорода — 1,5 г, остается:
\[ m_{\text{остальное}} = 10,5 - 9 - 1,5 = 0\, \text{г} \]
Это означает, что других элементов не содержится, либо их содержание очень мало. Итак, предполагаем, что молекула состоит из C и H только.
Массовое отношение:
\[ \frac{m_C}{12} : \frac{m_H}{1} = \frac{9}{12} : \frac{1,5}{1} = 0.75 : 1.5 \]
Или:
\[ \frac{m_C / 12}{m_H / 1} = 0.75 : 1.5 = 1 : 2 \]
Следовательно, молекула содержит в соотношении:
\[ \text{C} : \text{H} = 1 : 2 \]
Молекулярная формула (возможно, кратная), которая соответствует этому соотношению — это CH₂.
Шаг 5. Определяем молекулярную массу вещества
Объем вещества в н.у.:
\[ V = \frac{m}{\rho} = \frac{10,5\, \textг}{1,875\, \text{г/л}} = 5,6\, \text{л} \]
Число молей вещества:
\[ n_{\text{вещества}} = \frac{V}{22,4\, \text{л/моль}} = \frac{5,6}{22,4} = 0,25\, \textяз} \]
Молекулярная масса:
\[ M = \frac{\text{масса}}{\text{число молей}} = \frac{10,5\, \textг}{0,25\, \text{моль}} = 42\, \text{г/моль} \]
Поскольку молекула CH₂ имеет молярную массу:
\[ M_{CH_2} = 12 + 2 = 14\, \text{г/моль} \]
Аналогичная молекула должна быть кратной, и:
\[ 42 / 14 = 3 \]
Следовательно, молекула — это C₃H₆.
Итог 1-я задача: Молекулярная формула
\[ \boxed{\text{C}_3\text{H}_6} \]
Шаг 6. Структурная формула
Это — алкен, так как формула C₃H₆, это возможно:
- Пропен (\(\mathrm{CH_2=CH-CH_3}\))
- или изомеры, но поскольку речь идет о веществе, которое при реакции с HCl образует одноставное монохлорпроизводное, оптимально выбрать структурную формулу пропена.
Пропен (2-метилэтен):
\[ \text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 \]
или
\[ \text{CH}_2=CH-CH_3 \]
Обозначим так — пропен
Шаг 7. Уравнение реакции с HCl
Реакция алкена с HCl — электрофильное присоединение:
\[ \text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3\text{-CHCl-CH}_3 \]
Или, структурно:
\[ \text{CH}_3\text{-CH=CH}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3\text{-CHCl-CH}_3 \]
Полученный продукт — 2-хлорпропан.
Итог 3-я часть: Уравнение реакции
Структурное уравнение:
\[ \mathrm{CH}_3-\mathrm{CH=CH}_2 + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CH}_3-\mathrm{CHCl}-\mathrm{CH}_3 \]
Итंबरный ответ
Молекулярная формула: \(\boxed{\mathrm{C}_3\mathrm{H}_6}\)
Структурная формула:
— \(\mathrm{CH}_2=CH-CH_3\) (пропен)Уравнение реакции с HCl:
\[ \mathrm{CH}_3-\mathrm{CH=CH}_2 + \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CH}_3-\mathrm{CHCl}-\mathrm{CH}_3 \]
Если нужен более точный помощник или дополнительные пояснения — обращайтесь!
