Определение формулы вещества по продуктам сгорания
При сгорании образца органического вещества А, не содержащего кислорода, массой 5,05 г получено 4,48 л (н. у.) смеси углекислого газа и хлороводорода и 1,8 мл воды. При обработке вещества А ацетиленидом динатрия в соотношении 2:1 образуется углеводород симметричного строения. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу органического вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции взаимодействия вещества А с ацетиленидом динатрия (используйте структурные формулы органических веществ).
Дано
`m(A) = 5.05 text{ г}`
`V(CO_2 + HCl) = 4.48 text{ л}`
`m(H_2O) = 1.8 text{ г}`
Вещество А не содержит кислорода.
При реакции с ацетиленидом динатрия в соотношении 2:1 образуется углеводород симметричного строения.
Найти
1) Молекулярную формулу вещества А
2) Структурную формулу вещества А
3) Уравнение реакции с ацетиленидом динатрия
Решение
Найдём количество вещества воды:
`n(H_2O) = (m(H_2O))/(M(H_2O)) = 1.8/18 = 0.1 text{ моль}`
Количество атомов водорода в веществе А:
`n(H) = 2*n(H_2O) = 2*0.1 = 0.2 text{ моль}`
Найдём массу водорода:
`m(H) = n(H)*M(H) = 0.2*1 = 0.2 text{ г}`
Пусть в смеси продуктов сгорания содержится x моль CO₂ и y моль HCl. Тогда:
`x + y = (V(CO_2 + HCl))/V_m = 4.48/22.4 = 0.2 text{ моль}`
Масса углерода:
`m(C) = 12*x`
Масса хлора:
`m(Cl) = 35.5*y`
Общая масса вещества А:
`m(A) = m(C) + m(H) + m(Cl) = 12*x + 0.2 + 35.5*y = 5.05`
Решим систему уравнений:
`{(x + y = 0.2),(12*x + 35.5*y = 5.05 - 0.2 = 4.85):}`
`{(y = 0.2 - x),(12*x + 35.5*(0.2 - x) = 4.85):}`
`12*x + 7.1 - 35.5*x = 4.85`
`-23.5*x = -2.25`
`x = 0.09574 text{ моль}`
`y = 0.2 - 0.09574 = 0.1043 text{ моль}`
Найдём массы элементов:
`m(C) = 12*x = 12*0.09574 = 1.149 text{ г}`
`m(Cl) = 35.5*y = 35.5*0.1043 = 3.703 text{ г}`
Проверим сумму масс:
`m(C) + m(H) + m(Cl) = 1.149 + 0.2 + 3.703 = 5.052 text{ г}` (совпадает с массой вещества А).
Найдём количества атомов:
`n(C) = x = 0.09574 text{ моль}`
`n(Cl) = y = 0.1043 text{ моль}`
`n(H) = 0.2 text{ моль}`
Найдём мольное соотношение C : H : Cl:
`n(C) : n(H) : n(Cl) = 0.09574 : 0.2 : 0.1043`
Разделим на наименьшее (0.09574):
`n(C) : n(H) : n(Cl) = 1 : 2.089 : 1.089 ≈ 1 : 2 : 1`
Простейшая формула — `CH_2Cl`.
Найдём молярную массу простейшей формулы:
`M(CH_2Cl) = 12 + 2*1 + 35.5 = 49.5 text{ г/моль}`
Найдём количество вещества А:
`n(A) = (m(A))/(M(A))`
Молярная масса вещества А должна быть целым кратным 49.5. Проверим для n=2:
`M(A) = 2*49.5 = 99 text{ г/моль}`
`n(A) = 5.05/99 = 0.05101 text{ моль}`
Проверим соотношение элементов на 1 моль А:
`n(C) = 0.09574/0.05101 = 1.877 ≈ 2`
`n(H) = 0.2/0.05101 = 3.921 ≈ 4`
`n(Cl) = 0.1043/0.05101 = 2.045 ≈ 2`
Молекулярная формула вещества А: C₂H₄Cl₂.
Так как при реакции с ацетиленидом динатрия в соотношении 2:1 образуется симметричный углеводород, то вещество А — 1,2-дихлорэтан (Cl-CH₂-CH₂-Cl).
Ответ
1) Молекулярная формула вещества А:
`C_2H_4Cl_2`
2) Структурная формула:
`Cl-CH_2-CH_2-Cl`
3) Уравнение реакции:
`2Cl-CH2-CH2-Cl + Na-C≡C-Na → Cl-CH2-CH2-C≡C-CH2-CH2-Cl + 2NaCl`