Номер 2, страница 29, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Вещество состава $ \omega(C) = 54,55\% $, $ \omega(H) = 9,09\% $, $ \omega(O) = 36,36\% $ с плотностью по водороду 22 легко восстанавливает оксид серебра, образуя кислоту. Выведите структурную формулу этого вещества.

Ответ: этаналь.

Дано:

ω(C) = 54,55%

ω(H) = 9,09%

ω(O) = 36,36%

$D_{H_2}(\text{вещества}) = 22$

Вещество легко восстанавливает оксид серебра, образуя кислоту.

Найти:

Структурную формулу вещества.

Решение:

1. Определение простейшей формулы вещества.

Для удобства расчетов примем массу образца вещества равной 100 г. Тогда массы элементов в нем будут:

m(C) = 54,55 г

m(H) = 9,09 г

m(O) = 36,36 г

Найдем количество вещества (в молях) каждого элемента, разделив его массу на молярную массу:

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{54,55 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} \approx 4,546 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{9,09 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 9,09 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{36,36 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 2,273 \text{ моль}$

Найдем соотношение атомов в молекуле, для чего разделим полученные количества вещества на наименьшее из них (2,273):

C : H : o = $n(C) : n(H) : n(O) = 4,546 : 9,09 : 2,273$

C : H : o = $\frac{4,546}{2,273} : \frac{9,09}{2,273} : \frac{2,273}{2,273} \approx 2 : 4 : 1$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула вещества — $C_2H_4O$.

2. Определение молекулярной формулы вещества.

Молярная масса вещества (M) связана с его плотностью по водороду ($D_{H_2}$) соотношением:

$M(\text{вещества}) = D_{H_2} \cdot M(H_2)$

Зная, что молярная масса водорода $M(H_2) = 2$ г/моль, находим молярную массу искомого вещества:

$M(\text{вещества}) = 22 \cdot 2 \text{ г/моль} = 44 \text{ г/моль}$

Теперь рассчитаем молярную массу вещества с простейшей формулой $C_2H_4O$:

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

Поскольку молярная масса, рассчитанная по плотности по водороду, совпадает с молярной массой простейшей формулы, то молекулярная формула вещества также $C_2H_4O$.

3. Установление структурной формулы вещества.

В условии задачи указано, что вещество легко восстанавливает оксид серебра, образуя кислоту. Эта реакция, известная как реакция "серебряного зеркала", является качественной реакцией на альдегидную группу (-CHO).

Следовательно, искомое вещество является альдегидом. Для молекулярной формулы $C_2H_4O$ существует только одна возможная структура альдегида — этаналь (уксусный альдегид).

Упрощенное уравнение реакции окисления этаналя оксидом серебра:

$CH_3CHo + Ag_2o \xrightarrow{t} CH_3COOH + 2Ag\downarrow$

В ходе реакции этаналь окисляется до уксусной кислоты ($CH_3COOH$), что полностью соответствует условию задачи. Другие изомеры состава $C_2H_4O$ (например, виниловый спирт или оксиран) в данную реакцию не вступают.

Таким образом, искомое вещество — этаналь.

Ответ:

Структурная формула вещества: $CH_3-CHO$.