Вопрос школьника
При сжигании органического вещества, массой 4,8 г получили оксид углерода-IV массой 6,6 г и воду массой 5,4 г. Относительная плотность этого соединения по водороду равна 16. Найдите молекулярную формулу вещества
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо определить количество углерода и водорода в исходном органическом веществе, а затем по этим данным найти молекулярную формулу.
1. Определим количество углерода в исходном веществе. Для этого воспользуемся уравнением реакции сгорания органического вещества:
CₓHₓ + O₂ → CO₂ + H₂O
Масса полученного оксида углерода-IV равна 6,6 г. По таблице молекулярных масс, молярная масса CO₂ равна 44 г/моль. Следовательно, количество углерода в полученном оксиде равно:
n(C) = m(CO₂) / M(CO₂) = 6,6 г / 44 г/моль = 0,15 моль
Так как в молекуле CO₂ один атом углерода, то количество углерода в исходном веществе также равно 0,15 моль.
2. Определим количество водорода в исходном веществе. Для этого воспользуемся массой полученной воды:
m(H₂O) = 5,4 г
По таблице молекулярных масс, молярная масса H₂O равна 18 г/моль. Следовательно, количество водорода в полученной воде равно:
n(H) = m(H₂O) / M(H₂O) = 5,4 г / 18 г/моль = 0,3 моль
Так как в молекуле H₂O два атома водорода, то количество водорода в исходном веществе равно 0,6 моль.
3. Определим отношение количества углерода к количеству водорода в исходном веществе:
C/H = 0,15 / 0,6 = 0,25
4. Определим массовую долю углерода в исходном веществе:
m(C) = n(C) * M(C) = 0,15 моль * 12 г/моль = 1,8 г
m(H) = n(H) * M(H) = 0,6 моль * 1 г/моль = 0,6 г
m(органического вещества) = m(C) + m(H) = 1,8 г + 0,6 г = 2,4 г
Доля углерода в исходном веществе равна:
x(C) = m(C) / m(органического вещества) = 1,8 г / 2,4 г = 0,75
5. Определим количество кислорода в исходном веществе:
n(O) = n(CO₂) = 0,15 моль
6. Определим молекулярную формулу вещества. Для этого необходимо определить отношение молекулярной массы к массе молекулы водорода:
D(H) = M / 2 = 16 / 2 = 8
где M — молекулярная масса соединения.
Отношение массы молекулы водорода к массе молекулы соединения равно:
D(H) / (D(C) + D(O)) = 16 / (12 + 16) = 0,57
Так как отношение количества углерода к количеству водорода в исходном веществе равно 0,25, то молекулярная формула вещества имеет вид:
C₃H₈O
Проверим, что данная формула удовлетворяет условию задачи. Молекулярная масса соединения равна:
M = 3 * 12 + 8 * 1 + 16 = 44 г/моль
Отношение массы молекулы водорода к массе молекулы соединения равно:
D(H) / (D(C) + D(O)) = 16 / (3 * 12 + 8 * 1 + 16) = 16 / 44 = 0,36
Относительная плотность соединения по водороду равна:
D(H) / D(H₂O) = 16 / 18 = 0,89
Таким образом, молекулярная формула C₃H₈O удовлетворяет всем условиям задачи.
