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.
Этанол с бромной водой не реагирует, поэтому, зная массу осадка трибромфенола образовавшегося в результате взаимодействия фенола с бромом, можно найти массу фенола:
C6H5OH + 3Br2 = C6H2Br3OH + 3HBr
m(C6H5OH) = Mn, где М - молярная масса (г/моль), n - количество вещества (моль)
По уравнению реакции, количество вещества фенола равно количеству вещества трибромфенола:
n(C6H5OH) = n(C6H2Br3OH) = m(C6H2Br3OH)/M(C6H2Br3OH) = 33,1 г : (6*12 + 3*1 + 3*80 + 16) г/моль = 0,1 моль
m(C6H5OH) = (6*12 + 6*1 + 16) г/моль * 0,1 моль = 9,4 г
Натрий реагирует и с фенолом, и с этанолом с образованием соответственно фенолята натрия и этилата натрия:
1) C6H5OH + Na = C6H5ONa + 1/2H2
2) C2H5OH + Na = C2H5ONa + 1/2H2
Согласно этим уравнениям, и этанол, и фенол реагируют с натрием в эквимолярных количествах:
n(C6H5OH) = n1(Na); n(C2H5OH) = n2(Na)
Найдем общее количество вещества прореагировавшего натрия: n(Na) = m/M = 13,8 г : 23 г/моль = 0,6 моль
По условию реакции, с натрием реагирует то же количество исходной смеси, что и с бромом. Значит, количество вещества фенола в смеси тоже составляет 0,1 моль (см. выше). Таким образом, количество вещества натрия, затраченное на взаимодействие с фенолом, равно:
n1(Na) = n(C6H5OH) = 0,1 моль
Тогда количество вещества натрия, затраченное на взаимодействие с этанолом, равно: n2(Na) = n - n1 = 0,6 моль - 0,1 моль = 0,5 моль
Следовательно, количество вещества этанола, прореагировавшего с натрием, также равно 0,5 моль.
Теперь можно найти массу этанола в смеси:
m(C2H5OH) = Mn = 46 г/моль * 0,5 моль = 23 г
Масса смеси равна: 9,4 г + 23 г = 32,4 г
Наконец, найдем массовую долю фенола и этанола в смеси:
w(C2H5OH) = m(C2H5OH)*100%/m(смеси) = 23 г * 100% : 32,4 г = 70,99%
w(C6H5OH) = 100% - 70,99% = 29,01%
