Вопрос школьника
При горении 24,0 г некоторого органического вещества образовалось 28,8 г воды и 26,88 л(н.у) углекислого газа. Определите молекулярную формулу органического вещества.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон Лавуазье-Лапласа, который утверждает, что при горении органического вещества количество выделившегося углекислого газа пропорционально количеству углерода в молекуле вещества.
Сначала найдем количество углерода в органическом веществе. Для этого рассчитаем количество углекислого газа в молях:
n(CO2) = V(STP) * P(STP) / R * T(STP) = 26,88 л / 22,4 л/моль * 1 атм / 0,0821 л*атм/(моль*К) * 273 К / 1 атм = 1,2 моль
Так как каждая молекула углекислого газа содержит один атом углерода, то количество углерода в органическом веществе равно 1,2 моль.
Затем найдем количество воды в молях:
n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 28,8 г / 18 г/моль = 1,6 моль
Так как каждая молекула воды содержит два атома водорода, то количество атомов водорода в органическом веществе равно 3,2 моль.
Найдем количество атомов кислорода в органическом веществе, используя закон сохранения массы:
m(C) + m(H) + m(O) = 24 г
n(C) * M(C) + n(H) * M(H) + n(O) * M(O) = m(C) + 2 * m(H) + m(O) = m(C) + m(H2O) = 24 г
m(C) = 24 г — m(H2O) = 24 г — 28,8 г = -4,8 г
Отрицательное значение массы углерода говорит о том, что в органическом веществе присутствует кислород, который компенсирует избыток массы. Найдем количество атомов кислорода, используя найденные ранее количества углерода и водорода:
m(O) = 24 г — m(C) — 2 * m(H) = 24 г + 4,8 г — 2 * 1,6 г = 24 г — 3,2 г = 20,8 г
n(O) * M(O) = m(O) = 20,8 г
n(O) = 20,8 г / 16 г/моль = 1,3 моль
Таким образом, в органическом веществе содержится 1,2 моль углерода, 3,2 моль водорода и 1,3 моль кислорода. Для нахождения молекулярной формулы необходимо разделить количество атомов каждого элемента на их наименьшее целое значение.
n(C) / 1,2 ≈ 1
n(H) / 1,2 ≈ 2,7
n(O) / 1,2 ≈ 1,1
Ближайшие целые значения соответствуют формуле CH2O. Проверим, что эта формула удовлетворяет условию задачи:
m(CH2O) = M(C) + 2 * M(H) + M(O) = 12 г/моль + 2 * 1 г/моль + 16 г/моль = 30 г/моль
n(CH2O) = m / M = 24 г / 30 г/моль = 0,8 моль
n(CO2) = n(C) = 1,2 моль
n(H2O) = 2 * n(C) + n(O) = 2,4 моль + 1,2 моль = 3,6 моль
m(CO2) = n(CO2) * M(CO2) = 1,2 моль * 44 г/моль = 52,8 г
m(H2O) = n(H2O) * M(H2O) = 3,6 моль * 18 г/моль = 64,8 г
m(CO2) + m(H2O) = 52,8 г + 64,8 г = 117,6 г
Отношение массы выделившегося углекислого газа к массе органического вещества равно:
m(CO2) / m = 52,8 г / 24 г = 2,2
Это значение близко к теоретическому значению для формулы CH2O, которое равно 2. Таким образом, молекулярная формула органического вещества CH2O.
