Номер 8, страница 115 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

8. При сжигании 7,5 г органического вещества (н. у.) образуется 4,5 г водяного пара и 11 г оксида углерода(IV). Найдите молекулярную формулу вещества и назовите его, если известно, что плотность его пара по водороду равна 15.

Дано:

• $m_{орг. в-ва} = 7,5 \text{ г}$
• $m_{H_2O} = 4,5 \text{ г}$
• $m_{CO_2} = 11 \text{ г}$
• $D_{H_2}(\text{орг. в-ва}) = 15$

Найти:

• Молекулярную формулу вещества - ?
• Название вещества - ?

Решение:

1. Определим молярную массу искомого органического вещества, используя его относительную плотность по водороду. Плотность пара по водороду ($D_{H_2}$) — это отношение молярной массы вещества к молярной массе молекулярного водорода ($H_2$).

Молярная масса водорода ($H_2$) равна $M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$.

Молярная масса органического вещества ($M_{орг. в-ва}$) вычисляется по формуле:

$M_{орг. в-ва} = D_{H_2} \cdot M(H_2) = 15 \cdot 2 \text{ г/моль} = 30 \text{ г/моль}$.

2. Найдем количество вещества (в молях) продуктов сгорания - оксида углерода(IV) ($CO_2$) и воды ($H_2O$).

Молярная масса $CO_2$: $M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$.

Молярная масса $H_2O$: $M(H_2O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.

Количество вещества $CO_2$: $n(CO_2) = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} = \frac{11 \text{ г}}{44 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$.

Количество вещества $H_2O$: $n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{4,5 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$.

3. Определим количество вещества и массу атомов углерода (C) и водорода (H), входивших в состав сгоревшего вещества. Весь углерод из органического вещества перешел в $CO_2$, а весь водород - в $H_2O$.

Количество вещества атомов углерода: $n(C) = n(CO_2) = 0,25 \text{ моль}$.

Масса углерода: $m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,25 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 3 \text{ г}$.

Количество вещества атомов водорода: $n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,25 \text{ моль} = 0,5 \text{ моль}$.

Масса водорода: $m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0,5 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0,5 \text{ г}$.

4. Проверим, содержался ли в органическом веществе кислород (O).

Суммарная масса углерода и водорода: $m(C) + m(H) = 3 \text{ г} + 0,5 \text{ г} = 3,5 \text{ г}$.

Масса исходного органического вещества равна 7,5 г. Так как $m(C) + m(H) < m_{орг. в-ва}$, в его состав входил кислород.

Масса кислорода: $m(O) = m_{орг. в-ва} - (m(C) + m(H)) = 7,5 \text{ г} - 3,5 \text{ г} = 4 \text{ г}$.

Количество вещества атомов кислорода: $n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{4 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$.

5. Установим простейшую (эмпирическую) формулу вещества, найдя соотношение количеств атомов C, H и O.

Соотношение индексов x, y, z в формуле $C_xH_yO_z$ равно соотношению молей атомов:

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0,25 : 0,5 : 0,25$

Для нахождения целочисленного соотношения разделим все значения на наименьшее (0,25):

$x : y : z = \frac{0,25}{0,25} : \frac{0,5}{0,25} : \frac{0,25}{0,25} = 1 : 2 : 1$

Таким образом, простейшая формула вещества - $CH_2O$.

6. Найдем истинную (молекулярную) формулу вещества.

Вычислим молярную массу вещества с простейшей формулой $CH_2O$:

$M(CH_2O) = 12 + 2 \cdot 1 + 16 = 30 \text{ г/моль}$.

Сравним ее с истинной молярной массой, найденной в п.1:

$\frac{M_{орг. в-ва}}{M(CH_2O)} = \frac{30 \text{ г/моль}}{30 \text{ г/моль}} = 1$.

Так как отношение равно 1, простейшая формула является и истинной молекулярной формулой.

Молекулярная формула вещества - $CH_2O$.

7. Назовем вещество.

Вещество с формулой $CH_2O$ относится к классу альдегидов и является простейшим его представителем. Систематическое название - метаналь. Тривиальные названия - формальдегид, муравьиный альдегид.

Ответ: Молекулярная формула вещества - $CH_2O$. Название вещества - метаналь (или формальдегид).