Определение формулы вещества по продуктам сжигания
В результате сжигания 9,76 г органического вещества в избытке кислорода образовалось 10,08 г воды и 8,96 л (н. у.) смеси углекислого газа с азотом с плотностью по кислороду 1,275. Предложите структурную формулу сожжённого вещества, если известно, что его молярная масса меньше 80 г/моль.
Дано
`m(в-ва) = 9.76 text{ г}`
`m(H_2O) = 10.08 text{ г}`
`V(газов) = 8.96 text{ л}`
`D_(O_2)(газов) = 1.275`
`M(в-ва) < 80 text{ г/моль}`
Найти
Структурную формулу вещества
Решение
Найдём молярную массу смеси газов:
`M(смеси) = D_(O_2)(смеси) * M(O_2) = 1.275 * 32 = 40.8 text{ г/моль}`
Найдём количество вещества смеси газов:
`n(смеси) = (V(смеси))/V_m = 8.96/22.4 = 0.4 text{ моль}`
Найдём массу смеси газов:
`m(смеси) = n(смеси)*M(смеси) = 40.8 * 0.4 = 16.32 text{ г}`
Пусть в смеси:
`n(CO_2) = x text{ моль}`
`n(N_2) = y text{ моль}`
Тогда:
`n(смеси) = x + y = 0.4`
`m(смеси) = 44*x + 28*y = 16.32`
Решим систему уравнений:
`{(x + y = 0.4),(44*x + 28*y = 16.32):}`
`{(y = 0.4 - x),(44*x + 28*(0.4 - x) = 16.32):}`
`44*x + 11.2 - 28*x = 16.32`
`16*x = 5.12`
`x = 0.32 text{ моль}`
`y = 0.4 - 0.32 = 0.08 text{ моль}`
Найдём количество вещества углерода:
`n(C) = n(CO_2) = 0.32 text{ моль}`
Найдём количество вещества азота:
`n(N) = 2*n(N_2) = 2*0.08 = 0.16 text{ моль}`
Найдём количество вещества водорода:
`n(H_2O) = (m(H_2O))/(M(H_2O)) = 10.08/18 = 0.56 text{ моль}`
`n(H) = 2*n(H_2O) = 2*0.56 = 1.12 text{ моль}`
Найдём массы элементов:
`m(C) = n(C)*M(C) = 0.32*12 = 3.84 text{ г}`
`m(H) = n(H)*M(H) = 1.12*1 = 1.12 text{ г}`
`m(N) = n(N)*M(N) = 0.16*14 = 2.24 text{ г}`
Проверим, есть ли в веществе кислород:
`m(O) = m(в-ва) - m(C) - m(H) - m(N) = 9.76 - 3.84 - 1.12 - 2.24 = 2.56 text{ г}`
Найдём количество вещества кислорода:
`n(O) = (m(O))/(M(O)) = 2.56/16 = 0.16 text{ моль}`
Найдём соотношение атомов C : H : O : N:
`n(C) : n(H) : n(O) : n(N) = 0.32 : 1.12 : 0.16 : 0.16`
Разделим на наименьшее (0.16):
`n(C) : n(H) : n(O) : n(N) = 2 : 7 : 1 : 1`
Простейшая формула — `C_2H_7ON`.
Молярная масса простейшей формулы:
`M(C_2H_7ON) = 2*12 + 7*1 + 16 + 14 = 61 text{ г/моль}`
Так как молярная масса вещества меньше 80 г/моль, то молекулярная формула совпадает с простейшей:
`C_2H_7ON`
Ответ
`HO-CH_2-CH_2-NH_2`.