Задача: При сжигании 7,5 г органического вещества образуется 4,5 г водяных паров и 5,6 л оксида углерода (IV) (н.у.). Определите молекулярную формулу вещества, если плотность его паров по водороду составляет 15.
Дано:
m (CxHyOz) = 7,5 г;
m (H₂O) = 4,5 г;
V (CO₂) = 5,6 л.
D (по H₂) = 15.
Найти:
x, y, z (формулу) — ?
1. Найдём количество вещества воды. По формуле:
‣ n = m ÷ M; где: n - количество вещества (моль), m - масса (г), M - молярная масса (г/моль).
n (H₂O) = m ÷ M = 4,5 г : 18 г/моль = 0,25 (моль).
2. Найдём количество вещества углекислого газа. По формуле:
‣ n = V ÷ Vm; где: n - количество вещества (моль), V - объём (л), Vm - молярный объём газов при н.у., постоянная величина, равная 22,4 (л/моль).
n (CO₂) = V ÷ Vm = 5,6 л : 22,4 л/моль = 0,25 (моль).
3. Далее действуем по правилу:
n (C в CxHyOz) = n (CO₂);
n (H в CxHyOz) = 2n (H₂O).
Таким образом:
n (C в CxHyOz) = 0,25 (моль).
n (H в CxHyOz) = 0,5 (моль).
4. Теперь найдём массы углерода и водорода в неизвестном соединении. По формуле:
‣ m = n · M; где: m - масса (г), n - количество вещества (моль), M - молярная масса (г/моль).
m (C в CxHyOz) = n · M = 0,25 моль · 12 г/моль = 3 (г).
m (H в CxHyOz) = n · M = 0,5 моль · 1 г/моль = 0,5 (г).
Если сложить массы C и H в неизвестном соединении, то получится 3,5 г, а в условии дано 7,5 г, это означает, что в соединении присутствует ещё кислород.
Несложно вычислить, что на кислород приходится 4 грамма органического соединения.
Теперь найдём количество вещества кислорода по уже вышеупомянутой формуле.
n (O в CxHyOz) = m : M = 4 г : 16 г/моль = 0,25 (моль).
5. Мы нашли количество вещества каждого элемента в органическом соединении. Теперь соотнесём их, чтобы получить простейшую формулу соединения.
n (C) : n (H) : n (O) = 0,25 моль : 0,5 моль : 0,25 моль = 1 : 2 : 1.
Таким образом, простейшая формула соединения — CH₂O.
Посчитаем его молярную массу на всякий случай, это пригодится нам в дальнейших действиях
M (CH₂O) = 30 (г/моль).
6. Далее вычислим молярную массу неизвестного соединения. Нам дана плотность по водороду, а значит вычислять молярную массу будем по формуле:
‣ M (соед.) = D (по газу) · M (газа); где: M - молярные массы (г/моль), D - относительная плотность (безразмерная величина).
M (CxHyOz) = D (по H₂) · M (H₂) = 15 · 2 = 30 (г/моль).
Это совпало с молярной массой простейшей формулы, найденной ранее. Это значит, что простейшая формула в данной задаче и является истинной.
ответ: CH₂O.
