Номер 19, страница 134 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.19. Определите молекулярную формулу амина, содержащего 65,69% углерода и 19,15% азота (по массе). Составьте структурные формулы возможных изомеров.

Дано:

$w(C) = 65,69\%$

$w(N) = 19,15\%$

Найти:

Молекулярную формулу амина ($C_xH_yN_z$) и структурные формулы его изомеров.

Решение:

1. Определение молекулярной формулы амина

Амины являются органическими соединениями, содержащими атомы углерода (C), водорода (H) и азота (N). Сумма массовых долей всех элементов в веществе равна 100%. Найдем массовую долю водорода в составе амина:

$w(H) = 100\% - w(C) - w(N) = 100\% - 65,69\% - 19,15\% = 15,16\%$

Для определения простейшей формулы амина $C_xH_yN_z$ найдем соотношение числа атомов элементов. Предположим, что у нас есть 100 г вещества. Тогда массы элементов будут равны их массовым долям в граммах:

$m(C) = 65,69$ г

$m(H) = 15,16$ г

$m(N) = 19,15$ г

Найдем соотношение количеств вещества (в молях) каждого элемента, разделив их массы на молярные массы. Будем использовать округленные значения атомных масс: $Ar(C) = 12$ г/моль, $Ar(H) = 1$ г/моль, $Ar(N) = 14$ г/моль.

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

$x : y : z = \frac{65,69}{12} : \frac{15,16}{1} : \frac{19,15}{14}$

$x : y : z = 5,474 : 15,16 : 1,368$

Чтобы получить простейшие целочисленные индексы, разделим все полученные значения на наименьшее из них (1,368):

$x = \frac{5,474}{1,368} \approx 4$

$y = \frac{15,16}{1,368} \approx 11$

$z = \frac{1,368}{1,368} = 1$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула амина: $C_4H_{11}N$.

Общая формула для предельных (насыщенных) аминов — $C_nH_{2n+3}N$. Если подставить $n=4$ в общую формулу, получим $C_4H_{2 \cdot 4 + 3}N = C_4H_{11}N$.

Так как найденная простейшая формула соответствует общей формуле предельных аминов, она является и молекулярной формулой искомого вещества.

Ответ: Молекулярная формула амина — $C_4H_{11}N$.

2. Составление структурных формул возможных изомеров

Для амина с молекулярной формулой $C_4H_{11}N$ существует 8 структурных изомеров. Они различаются строением углеродного скелета, положением аминогруппы, а также классом амина (первичный, вторичный, третичный).

Первичные амины (класс $R-NH_2$):

1. Бутан-1-амин (н-бутиламин):

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2$

2. Бутан-2-амин (втор-бутиламин):

$CH_3-CH_2-CH(NH_2)-CH_3$

3. 2-Метилпропан-1-амин (изобутиламин):

$CH_3-CH(CH_3)-CH_2-NH_2$

4. 2-Метилпропан-2-амин (трет-бутиламин):

$(CH_3)_3C-NH_2$

Вторичные амины (класс $R-NH-R'$):

5. N-Метилпропан-1-амин (метилпропиламин):

$CH_3-CH_2-CH_2-NH-CH_3$

6. N-Метилпропан-2-амин (метилизопропиламин):

$(CH_3)_2CH-NH-CH_3$

7. Диэтиламин:

$CH_3-CH_2-NH-CH_2-CH_3$

Третичные амины (класс $R-N(R')-R''$):

8. N,N-Диметилэтиламин:

$CH_3-CH_2-N(CH_3)_2$

Ответ: Существует 8 структурных изомеров состава $C_4H_{11}N$: 4 первичных, 3 вторичных и 1 третичный. Их структурные формулы представлены выше.