Номер 4, страница 76 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Дано:

$m(\text{орг. вещества}) = 0.22 \text{ г}$

$D_{\text{воздуху}}(\text{орг. вещества}) = 1.517$

$V(CO_2) = 224 \text{ мл}$

$m(H_2O) = 0.18 \text{ г}$

Найти:

Молекулярную формулу вещества - ?

Решение:

1. Общая формула органического вещества может быть представлена как $C_xH_yO_z$. Продукты сгорания, оксид углерода(IV) ($CO_2$) и вода ($H_2O$), указывают на наличие в его составе атомов углерода и водорода. Наличие или отсутствие кислорода предстоит выяснить.

2. Сначала определим истинную молярную массу органического вещества, используя его относительную плотность паров по воздуху. Средняя молярная масса воздуха ($M(\text{воздуха})$) принимается равной $29 \text{ г/моль}$.

$M(\text{орг. вещества}) = D_{\text{воздуху}} \cdot M(\text{воздуха}) = 1.517 \cdot 29 \text{ г/моль} \approx 44 \text{ г/моль}$.

3. Далее найдем количество вещества (в молях) углерода и водорода, содержащихся в исходной навеске вещества, по продуктам сгорания.

Найдем количество вещества $CO_2$, образовавшегося при сгорании (объем дан для нормальных условий, н.у., молярный объем $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$):

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{0.224 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.01 \text{ моль}$.

Весь углерод из сгоревшего вещества перешел в $CO_2$. В одной молекуле $CO_2$ содержится один атом углерода, следовательно:

$n(C) = n(CO_2) = 0.01 \text{ моль}$.

Теперь найдем массу углерода в исходной навеске:

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0.01 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 0.12 \text{ г}$.

Найдем количество вещества воды ($M(H_2O) = 18 \text{ г/моль}$):

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{0.18 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0.01 \text{ моль}$.

Весь водород из сгоревшего вещества перешел в воду. В одной молекуле $H_2O$ содержится два атома водорода, следовательно:

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0.01 \text{ моль} = 0.02 \text{ моль}$.

Масса водорода в исходной навеске:

$m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0.02 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0.02 \text{ г}$.

4. Проверим наличие кислорода в веществе. Для этого сложим массы углерода и водорода и сравним с исходной массой органического вещества.

$m(C) + m(H) = 0.12 \text{ г} + 0.02 \text{ г} = 0.14 \text{ г}$.

Полученная масса ($0.14 \text{ г}$) меньше исходной массы вещества ($0.22 \text{ г}$), следовательно, в состав вещества входит кислород. Найдем его массу:

$m(O) = m(\text{орг. вещества}) - m(C) - m(H) = 0.22 \text{ г} - 0.14 \text{ г} = 0.08 \text{ г}$.

Найдем количество вещества кислорода ($M(O) = 16 \text{ г/моль}$):

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{0.08 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0.005 \text{ моль}$.

5. Теперь мы можем определить простейшую (эмпирическую) формулу вещества. Для этого найдем соотношение количеств вещества атомов $C$, $H$ и $O$:

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0.01 : 0.02 : 0.005$.

Для получения целочисленных индексов разделим все значения в соотношении на наименьшее из них (0.005):

$x : y : z = \frac{0.01}{0.005} : \frac{0.02}{0.005} : \frac{0.005}{0.005} = 2 : 4 : 1$.

Таким образом, простейшая формула вещества: $C_2H_4O$.

6. На последнем этапе определим истинную (молекулярную) формулу вещества. Для этого сравним молярную массу вещества, вычисленную по относительной плотности паров, с молярной массой простейшей формулы.

Молярная масса, соответствующая простейшей формуле $C_2H_4O$:

$M(C_2H_4O) = 2 \cdot M(C) + 4 \cdot M(H) + 1 \cdot M(O) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 16 = 44 \text{ г/моль}$.

Ранее мы нашли, что истинная молярная масса вещества также равна $44 \text{ г/моль}$. Так как молярная масса, вычисленная по простейшей формуле, совпадает с истинной молярной массой, то молекулярная формула вещества совпадает с простейшей.

Ответ: Молекулярная формула вещества - $C_2H_4O$.