Номер 8, страница 125 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

8. При анализе вещества нашли, что в его состав входят углерод, водород и кислород, массовые доли которых равны соответственно 0,4, 0,0666 и 0,5334. Найдите молекулярную формулу и назовите это вещество, если известно, что плотность его паров по воздуху равна 2,07.

Дано:

$\omega(C) = 0,4$
$\omega(H) = 0,0666$
$\omega(O) = 0,5334$
$D_{воздух}(\text{вещества}) = 2,07$

Найти:

Молекулярную формулу вещества ($C_xH_yO_z$) и его название.

Решение:

1. Сначала определим простейшую (эмпирическую) формулу вещества. Пусть формула вещества $C_xH_yO_z$. Соотношение индексов атомов в формуле пропорционально соотношению их количеств вещества, которое можно найти, разделив массовую долю каждого элемента на его молярную массу:

$x : y : z = \frac{\omega(C)}{M(C)} : \frac{\omega(H)}{M(H)} : \frac{\omega(O)}{M(O)}$

Используем молярные массы элементов: $M(C) = 12$ г/моль, $M(H) = 1$ г/моль, $M(O) = 16$ г/моль.

$x : y : z = \frac{0,4}{12} : \frac{0,0666}{1} : \frac{0,5334}{16}$

$x : y : z = 0,0333 : 0,0666 : 0,0333$

Для нахождения целочисленного соотношения разделим все полученные значения на наименьшее из них (0,0333):

$x = \frac{0,0333}{0,0333} = 1$

$y = \frac{0,0666}{0,0333} = 2$

$z = \frac{0,0333}{0,0333} = 1$

Таким образом, простейшая формула вещества — $CH_2O$.

2. Далее найдем истинную (молекулярную) формулу. Для этого нам нужна молярная масса вещества. Мы можем найти ее, зная относительную плотность паров вещества по воздуху ($D_{воздух}$).

Молярная масса вещества ($M_{вещ}$) связана с относительной плотностью по воздуху и средней молярной массой воздуха ($M_{воздуха} \approx 29$ г/моль) следующим соотношением:

$M_{вещ} = D_{воздух} \times M_{воздуха}$

$M_{вещ} = 2,07 \times 29 \text{ г/моль} = 60,03 \text{ г/моль} \approx 60 \text{ г/моль}$

3. Теперь сравним молярную массу простейшей формулы с истинной молярной массой вещества.

Молярная масса простейшей формулы $CH_2O$:

$M(CH_2O) = 12 + 2 \times 1 + 16 = 30$ г/моль.

Найдем, во сколько раз истинная молярная масса больше молярной массы простейшей формулы:

$n = \frac{M_{вещ}}{M(CH_2O)} = \frac{60 \text{ г/моль}}{30 \text{ г/моль}} = 2$

Это значит, что истинная формула содержит в 2 раза больше атомов каждого элемента, чем простейшая. Умножим индексы в простейшей формуле на 2:

Молекулярная формула: $(CH_2O)_2 \rightarrow C_2H_4O_2$.

4. Назовем вещество. Формуле $C_2H_4O_2$ соответствуют несколько изомеров. Наиболее известными являются:

- Уксусная (этановая) кислота: $CH_3COOH$.

- Метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты): $HCOOCH_3$.

В контексте стандартных задач по химии наиболее вероятным ответом является уксусная кислота.

Ответ: Молекулярная формула вещества — $C_2H_4O_2$. Название вещества — уксусная кислота (или его изомер, например, метилформиат).