Номер 18, страница 134 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.18. Определите молекулярную формулу амина, содержащего 53,33% углерода и 31,11% азота (по массе). Составьте структурные формулы возможных изомеров.

Определите молекулярную формулу амина

Дано:
Массовая доля углерода $ \omega(C) = 53,33\% $
Массовая доля азота $ \omega(N) = 31,11\% $

Найти:
Молекулярную формулу амина ($C_xH_yN_z$) - ?

Решение:
Амины — это органические соединения, содержащие атомы углерода, водорода и азота. Сумма массовых долей всех элементов в соединении равна 100%. Найдем массовую долю водорода:

$ \omega(H) = 100\% - \omega(C) - \omega(N) = 100\% - 53,33\% - 31,11\% = 15,56\% $

Для нахождения простейшей формулы вещества, найдем соотношение числа атомов элементов в молекуле. Для этого предположим, что у нас есть 100 г вещества. Тогда массы элементов будут равны их массовым долям в граммах:

$ m(C) = 53,33 $ г
$ m(N) = 31,11 $ г
$ m(H) = 15,56 $ г

Соотношение индексов в формуле $C_xH_yN_z$ равно соотношению количеств веществ (в молях) этих элементов:

$ x : y : z = \frac{m(C)}{A_r(C)} : \frac{m(H)}{A_r(H)} : \frac{m(N)}{A_r(N)} $

Где $A_r$ — относительные атомные массы элементов: $A_r(C) \approx 12$, $A_r(H) \approx 1$, $A_r(N) \approx 14$.

$ x : y : z = \frac{53,33}{12} : \frac{15,56}{1} : \frac{31,11}{14} $

$ x : y : z = 4,444 : 15,56 : 2,222 $

Чтобы получить целочисленные индексы, разделим все значения на наименьшее из них (2,222):

$ x : y : z = \frac{4,444}{2,222} : \frac{15,56}{2,222} : \frac{2,222}{2,222} $

$ x : y : z = 2 : 7 : 1 $

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула амина — $C_2H_7N$. Для предельных одноатомных аминов общая формула $C_nH_{2n+3}N$. При n=2 число атомов водорода равно $2 \cdot 2 + 3 = 7$. Наша формула удовлетворяет этому условию, следовательно, простейшая формула является и молекулярной.

Ответ: Молекулярная формула амина — $C_2H_7N$.

Составьте структурные формулы возможных изомеров

Для молекулярной формулы $C_2H_7N$ возможны изомеры, относящиеся к разным классам аминов (первичные и вторичные). Изомерия аминов связана как со строением углеродного скелета, так и с положением аминогруппы.

1. Первичный амин. Аминогруппа ($-NH_2$) связана с одним атомом углерода. Углеродный скелет состоит из двух атомов углерода (этильный радикал).

Этиламин: $CH_3-CH_2-NH_2$

2. Вторичный амин. Атом азота связан с двумя углеводородными радикалами. В данном случае это два метильных радикала.

Диметиламин: $CH_3-NH-CH_3$

Третичный амин для данной формулы невозможен, так как для его образования необходимо как минимум три углеродных радикала, что требует не менее трёх атомов углерода.

Ответ: Для амина с формулой $C_2H_7N$ существуют два изомера:
1. Этиламин (первичный амин): $CH_3-CH_2-NH_2$
2. Диметиламин (вторичный амин): $CH_3-NH-CH_3$