Номер 4, страница 34, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. По данным элементного анализа двухосновная кислота, в которой атомы углерода связаны в неразветвленную цепь, содержит:

a) C-49,3%; H-6,85%; О - 43,85%;

б) С-34,6%; Н-3,9%; О-61,5%. Установитемолекулярную формулукислоты.

а) Дано:

$\omega(C) = 49,3\%$

$\omega(H) = 6,85\%$

$\omega(O) = 43,85\%$

Кислота является двухосновной с неразветвленной цепью атомов углерода.

Найти:

Молекулярную формулу кислоты - $C_xH_yO_z$

Решение:

1. Для нахождения простейшей формулы предположим, что масса образца кислоты составляет 100 г. Тогда массы элементов в образце будут равны их массовым долям в процентах, выраженным в граммах:

$m(C) = 49,3 \text{ г}$

$m(H) = 6,85 \text{ г}$

$m(O) = 43,85 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества (в молях) каждого элемента, разделив массу на молярную массу ($M(C) \approx 12 \text{ г/моль}$, $M(H) \approx 1 \text{ г/моль}$, $M(O) \approx 16 \text{ г/моль}$).

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{49,3 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} \approx 4,108 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{6,85 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 6,85 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{43,85 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 2,741 \text{ моль}$

3. Найдём соотношение числа атомов элементов в молекуле. Для этого разделим полученные количества вещества на наименьшее из них (2,741 моль):

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) \approx 4,108 : 6,85 : 2,741$

C: $\frac{4,108}{2,741} \approx 1,5$

H: $\frac{6,85}{2,741} \approx 2,5$

O: $\frac{2,741}{2,741} = 1$

Получено соотношение $C : H : o = 1,5 : 2,5 : 1$. Чтобы получить целочисленные индексы, умножим все значения на 2:

$1,5 \cdot 2 = 3$

$2,5 \cdot 2 = 5$

$1 \cdot 2 = 2$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула кислоты — $C_3H_5O_2$.

4. По условию, кислота является двухосновной, что означает наличие в её молекуле двух карбоксильных групп (-COOH) и, следовательно, 4 атомов кислорода. Молекулярная формула будет иметь вид $(C_3H_5O_2)_k$.

Число атомов кислорода в молекуле равно $2k=4$, отсюда коэффициент $k=2$.

Следовательно, истинная молекулярная формула кислоты: $(C_3H_5O_2)_2 = C_6H_{10}O_4$.

Данная формула соответствует адипиновой кислоте $HOOC-(CH_2)_4-COOH$, которая является двухосновной карбоновой кислотой с неразветвленной углеродной цепью.

Ответ: $C_6H_{10}O_4$.

б) Дано:

$\omega(C) = 34,6\%$

$\omega(H) = 3,9\%$

$\omega(O) = 61,5\%$

Кислота является двухосновной с неразветвленной цепью атомов углерода.

Найти:

Молекулярную формулу кислоты - $C_xH_yO_z$

Решение:

1. Аналогично предыдущему пункту, примем массу образца за 100 г. Тогда массы элементов:

$m(C) = 34,6 \text{ г}$

$m(H) = 3,9 \text{ г}$

$m(O) = 61,5 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества каждого элемента:

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{34,6 \text{ г}}{12 \text{ г/моль}} \approx 2,883 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{3,9 \text{ г}}{1 \text{ г/моль}} = 3,9 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{61,5 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} \approx 3,844 \text{ моль}$

3. Найдём соотношение числа атомов, разделив на наименьшее значение (2,883 моль):

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) \approx 2,883 : 3,9 : 3,844$

C: $\frac{2,883}{2,883} = 1$

H: $\frac{3,9}{2,883} \approx 1,35$

O: $\frac{3,844}{2,883} \approx 1,33$

Получено соотношение $C : H : o \approx 1 : 1,35 : 1,33$. Заметим, что $1,33 \approx \frac{4}{3}$. Умножим все значения на 3, чтобы получить целочисленные индексы:

$1 \cdot 3 = 3$

$1,35 \cdot 3 = 4,05 \approx 4$

$1,33 \cdot 3 = 3,99 \approx 4$

Таким образом, простейшая формула вещества — $C_3H_4O_4$.

4. Согласно условию, кислота является двухосновной, то есть содержит 4 атома кислорода. Так как в простейшей формуле уже содержится 4 атома кислорода, то она является и молекулярной.

Молекулярная формула кислоты — $C_3H_4O_4$.

Эта формула соответствует малоновой кислоте $HOOC-CH_2-COOH$, которая является двухосновной кислотой с неразветвленной цепью.

Ответ: $C_3H_4O_4$.