Вопрос школьника
При сжигании 7,5 г органического вещества образуется 4,5 г водяных паров и 11 г оксида углерода (IV). Найдите молекулярную формулу вещества и назовите его, если известно, что плотность его паров по водороду равна 15
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо использовать закон сохранения массы. Согласно этому закону, масса продуктов сгорания должна быть равна массе исходного вещества.
Масса вещества, сгоревшего до водяных паров и оксида углерода (IV), равна:
7,5 г — (4,5 г + 11 г) = -8 г
Отрицательное значение массы говорит о том, что в задаче допущена ошибка. Возможно, вместо 11 г оксида углерода (IV) имелось в виду 1,1 г. В этом случае масса сгоревшего вещества будет равна:
7,5 г — (4,5 г + 1,1 г) = 2 г
Далее необходимо найти количество вещества, соответствующее массе 2 г. Для этого воспользуемся формулой:
n = m / M
где n — количество вещества в молях, m — масса вещества в граммах, M — молярная масса вещества.
Плотность паров по водороду позволяет определить молярную массу вещества. Для этого необходимо найти отношение массы вещества к объему его паров при стандартных условиях (0 °C, 1 атм):
d = m / V = M / V * R * T
где d — плотность паров по водороду, V — объем паров, R — универсальная газовая постоянная, T — температура.
Подставляя известные значения, получаем:
15 г/л = M / (22,4 л/моль) * 0,082 л * атм / (моль * К) * 273 К
M = 60 г/моль
Теперь можно найти количество вещества:
n = 2 г / 60 г/моль = 0,033 моль
Для определения молекулярной формулы необходимо знать состав вещества. Поскольку в задаче не указано, какие элементы входят в состав вещества, предположим, что это углерод, водород и, возможно, кислород.
Массовая доля углерода в веществе равна:
11 г / 44 г/моль * 100% = 25%
Массовая доля водорода в веществе равна:
4,5 г / 18 г/моль * 100% = 25%
Массовая доля кислорода в веществе равна:
(2 г — 11 г — 4,5 г) / 32 г/моль * 100% = 0%
Таким образом, вещество состоит только из углерода и водорода. Для определения молекулярной формулы необходимо найти отношение количества атомов углерода к количеству атомов водорода в молекуле.
n(C) / n(H) = m(C) / M(C) / (m(H) / M(H))
где m(C) и m(H) — массы углерода и водорода в 2 г вещества, M(C) и M(H) — атомные массы углерода и водорода.
Подставляя известные значения, получаем:
n(C) / n(H) = 0,25 / (2 г / 1 г/моль) / (0,25 / (2 г / 1 г/моль)) = 1
Таким образом, в молекуле вещества содержится один атом углерода и один атом водорода. Молекулярная формула вещества — CH. Это метан, главный компонент природного газа.
