Номер 7, страница 34, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. При сжигании предельной, одноосновной карбоновой кислоты массой 6 г образовалось 4,48 л (н.у.) $CO_2$. Определите формулу кислоты.

Дано:

$m(\text{предельной одноосновной карбоновой кислоты}) = 6 \text{ г}$

$V(CO_2) = 4.48 \text{ л (н.у.)}$

Найти:

Формулу кислоты - ?

Решение:

1. Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот — $C_nH_{2n}O_2$, где $\text{n}$ — число атомов углерода.

2. Запишем уравнение реакции горения (полного окисления) карбоновой кислоты в общем виде:

$C_nH_{2n}O_2 + \frac{3n-2}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + nH_2O$

3. Найдем количество вещества (моль) углекислого газа ($CO_2$), выделившегося в результате реакции. При нормальных условиях (н.у.) молярный объем любого газа ($V_m$) равен $22.4 \text{ л/моль}$.

$\nu(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{4.48 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} = 0.2 \text{ моль}$

4. Согласно уравнению реакции, при сгорании 1 моль кислоты $C_nH_{2n}O_2$ образуется $\text{n}$ моль $CO_2$. На основе этого можно найти количество вещества сгоревшей кислоты:

$\nu(C_nH_{2n}O_2) = \frac{\nu(CO_2)}{n} = \frac{0.2}{n} \text{ моль}$

5. Молярная масса ($\text{M}$) вещества равна отношению его массы ($\text{m}$) к количеству вещества ($\nu$). Выразим молярную массу кислоты, используя данные задачи:

$M(C_nH_{2n}O_2) = \frac{m(C_nH_{2n}O_2)}{\nu(C_nH_{2n}O_2)} = \frac{6 \text{ г}}{(\frac{0.2}{n}) \text{ моль}} = \frac{6n}{0.2} \text{ г/моль} = 30n \text{ г/моль}$

6. В то же время, молярную массу кислоты можно вычислить через ее общую формулу $C_nH_{2n}O_2$, используя относительные атомные массы элементов ($Ar(C) \approx 12$, $Ar(H) \approx 1$, $Ar(O) \approx 16$):

$M(C_nH_{2n}O_2) = n \cdot 12 + 2n \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 12n + 2n + 32 = 14n + 32 \text{ г/моль}$

7. Теперь у нас есть два выражения для молярной массы кислоты. Приравняем их и найдем значение $\text{n}$:

$30n = 14n + 32$

$30n - 14n = 32$

$16n = 32$

$n = \frac{32}{16} = 2$

8. Значение $n=2$ означает, что в молекуле кислоты содержится 2 атома углерода. Подставим $n=2$ в общую формулу $C_nH_{2n}O_2$:

$C_2H_{2 \cdot 2}O_2 \Rightarrow C_2H_4O_2$

Это молекулярная формула уксусной (этановой) кислоты. Ее структурная формула — $CH_3COOH$.

Ответ: Формула кислоты — $C_2H_4O_2$ (уксусная кислота).