Номер 5, страница 134, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Неизвестное органическое вещество имеет следующий процентный состав (по массе): углерода — 40%, водорода - 6,7% и кислорода - 53,3%. Определите молекулярную формулу вещества, если:

а) молекулярная масса данного вещества равна 30;

б) молекулярная масса данного вещества равна 60;

в) молекулярная масса данного вещества равна 180.

Определите, какие функциональные группы могут содержать данные вещества.

Дано:

ω(C) = 40%

ω(H) = 6,7%

ω(O) = 53,3%

а) M = 30 г/моль

б) M = 60 г/моль

в) M = 180 г/моль

Найти:

Молекулярные формулы веществ и их возможные функциональные группы.

Решение:

1. Определим простейшую (эмпирическую) формулу вещества. Для этого найдем соотношение числа атомов элементов в молекуле. Допустим, масса вещества равна 100 г, тогда массы элементов будут:

m(C) = 40 г

m(H) = 6,7 г

m(O) = 53,3 г

2. Найдем количество вещества (в молях) каждого элемента:

$n(C) = m(C) / M(C) = 40 г / 12 г/моль ≈ 3,33 моль$

$n(H) = m(H) / M(H) = 6,7 г / 1 г/моль = 6,7 моль$

$n(O) = m(O) / M(O) = 53,3 г / 16 г/моль ≈ 3,33 моль$

3. Найдем соотношение индексов в формуле, разделив количество молей каждого элемента на наименьшее из полученных значений (3,33):

$C : H : o = 3,33/3,33 : 6,7/3,33 : 3,33/3,33 = 1 : 2 : 1$

Таким образом, простейшая формула вещества — $CH_2O$.

Молярная масса, соответствующая простейшей формуле: $M(CH_2O) = 12 + 2 \cdot 1 + 16 = 30 г/моль$.

Теперь определим молекулярную формулу для каждого случая.

а) Молекулярная масса вещества равна 30 г/моль.

Найдем отношение истинной молярной массы к молярной массе простейшей формулы: $n = M_{ист} / M_{прост} = 30 / 30 = 1$.

Молекулярная формула совпадает с простейшей — $CH_2O$. Это вещество — формальдегид (метаналь). Оно содержит альдегидную функциональную группу ($-CHO$).

Ответ: Молекулярная формула — $CH_2O$. Вещество может содержать альдегидную группу.

б) Молекулярная масса вещества равна 60 г/моль.

Найдем отношение молярных масс: $n = M_{ист} / M_{прост} = 60 / 30 = 2$.

Молекулярная формула — $(CH_2O)_2$, то есть $C_2H_4O_2$. Такой формуле могут соответствовать несколько веществ:

• Уксусная (этановая) кислота, $CH_3COOH$. Содержит карбоксильную группу ($-COOH$).
• Метилформиат, $HCOOCH_3$. Содержит сложноэфирную группу ($-COO-$).
• Гидроксиацетальдегид, $HO-CH_2-CHO$. Содержит гидроксильную ($-OH$) и альдегидную ($-CHO$) группы.

Ответ: Молекулярная формула — $C_2H_4O_2$. Вещество может содержать карбоксильную, сложноэфирную, гидроксильную, альдегидную группы.

в) Молекулярная масса вещества равна 180 г/моль.

Найдем отношение молярных масс: $n = M_{ист} / M_{прост} = 180 / 30 = 6$.

Молекулярная формула — $(CH_2O)_6$, то есть $C_6H_{12}O_6$. Это общая формула для моносахаридов (гексоз), например, глюкозы или фруктозы.

• Глюкоза является альдогексозой, её молекула содержит одну альдегидную группу ($-CHO$) и пять гидроксильных групп ($-OH$).
• Фруктоза является кетогексозой, её молекула содержит одну кетонную группу ($>C=O$) и пять гидроксильных групп ($-OH$).

Ответ: Молекулярная формула — $C_6H_{12}O_6$. Вещества могут содержать гидроксильные группы, а также альдегидную или кетонную группу.