Номер 1, страница 138, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Определите неизвестное вещество, если о нем известно следующее: массовая доля углерода в нем 40%, водорода — 6,7%, кислорода — 53,3%. Плотность его паров по гелию равна 15.

а) установите молекулярную формулу данного вещества;

б) данное вещество реагирует с натрием, гидроксидом и карбонатом натрия, а с этаноломобразует соединение с плотностью паров по водороду 44;

в) на основе данных пункта б) установите истинную структурную формулу неизвестного вещества.

г) напишите уравнения приведенных реакций.

Дано:

$ω(C) = 40\%$

$ω(H) = 6,7\%$

$ω(O) = 53,3\%$

$D_{He}(вещество) = 15$

$D_{H_2}(продукт\;с\;этанолом) = 44$

Найти:

а) Молекулярную формулу вещества ($C_xH_yO_z$)

в) Структурную формулу вещества

г) Уравнения реакций

Решение:

а) установите молекулярную формулу данного вещества;

1. Найдем молярную массу неизвестного вещества. Плотность паров по гелию ($D_{He}$) связана с молярной массой ($\text{M}$) соотношением:

$D_{He} = \frac{M(вещества)}{M(He)}$

Молярная масса гелия $M(He) = 4$ г/моль. Тогда молярная масса вещества:

$M(вещества) = D_{He} \cdot M(He) = 15 \cdot 4 = 60$ г/моль.

2. Определим простейшую формулу вещества ($C_xH_yO_z$). Для этого найдем соотношение числа атомов, приняв массу вещества за 100 г. Тогда массы элементов будут равны их массовым долям в граммах: $m(C) = 40$ г, $m(H) = 6,7$ г, $m(O) = 53,3$ г.

Найдем количество вещества каждого элемента:

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{40}{12} \approx 3,33$ моль

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{6,7}{1} = 6,7$ моль

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{53,3}{16} \approx 3,33$ моль

Соотношение индексов в формуле равно соотношению количеств веществ:

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 3,33 : 6,7 : 3,33$

Разделим все значения на наименьшее (3,33):

$x : y : z = \frac{3,33}{3,33} : \frac{6,7}{3,33} : \frac{3,33}{3,33} \approx 1 : 2 : 1$

Таким образом, простейшая формула вещества — $CH_2O$.

3. Найдем истинную молекулярную формулу. Молярная масса, соответствующая простейшей формуле:

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

Сравним молярную массу истинной формулы с молярной массой простейшей:

$\frac{M(истинная)}{M(простейшая)} = \frac{60}{30} = 2$

Следовательно, все индексы в простейшей формуле нужно умножить на 2. Молекулярная формула вещества: $(CH_2O)_2$, то есть $C_2H_4O_2$.

Ответ: Молекулярная формула вещества — $C_2H_4O_2$.

б) данное вещество реагирует с натрием, гидроксидом и карбонатом натрия, а с этанолом образует соединение с плотностью паров по водороду 44;

Это условие содержит информацию о химических свойствах вещества, которая необходима для установления его строения в следующем пункте.

Ответ: Данные о химических свойствах будут использованы для установления структуры вещества.

в) на основе данных пункта б) установите истинную структурную формулу неизвестного вещества.

Молекулярной формуле $C_2H_4O_2$ могут соответствовать несколько изомеров, например, уксусная кислота ($CH_3COOH$), метиловый эфир муравьиной кислоты (метилформиат, $HCOOCH_3$) и гидроксоальдегид ($HOCH_2-CHO$).

Проанализируем химические свойства, указанные в пункте б):

1. Реакция с натрием, гидроксидом натрия и, что особенно важно, с карбонатом натрия, указывает на наличие карбоксильной группы ($-COOH$). Только карбоновые кислоты обладают достаточной кислотностью, чтобы реагировать со всеми тремя реагентами, в том числе вытеснять угольную кислоту из ее солей (реакция с $Na_2CO_3$ с выделением $CO_2$).

Единственная карбоновая кислота с формулой $C_2H_4O_2$ — это уксусная (этановая) кислота.

2. Реакция с этанолом с образованием продукта, плотность паров которого по водороду равна 44. Проверим это предположение для уксусной кислоты. Это реакция этерификации:

$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

Продукт реакции — этилацетат ($CH_3COOC_2H_5$). Его молекулярная формула $C_4H_8O_2$.

Найдем молярную массу этилацетата:

$M(C_4H_8O_2) = 4 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 48 + 8 + 32 = 88$ г/моль.

Вычислим плотность его паров по водороду ($M(H_2) = 2$ г/моль):

$D_{H_2} = \frac{M(C_4H_8O_2)}{M(H_2)} = \frac{88}{2} = 44$.

Это значение полностью совпадает с данным в условии, что окончательно подтверждает, что неизвестное вещество — уксусная кислота.

Ответ: Истинная структурная формула вещества — $CH_3-COOH$ (уксусная кислота).

г) напишите уравнения приведенных реакций.

1. Реакция с натрием:

$2CH_3COOH + 2Na \rightarrow 2CH_3COONa + H_2\uparrow$

2. Реакция с гидроксидом натрия:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

3. Реакция с карбонатом натрия:

$2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2o + CO_2\uparrow$

4. Реакция с этанолом (этерификация):

$CH_3COOH + CH_3CH_2OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_2CH_3 + H_2O$

Ответ:

$2CH_3COOH + 2Na \rightarrow 2CH_3COONa + H_2\uparrow$

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

$2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2o + CO_2\uparrow$

$CH_3COOH + CH_3CH_2OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_2CH_3 + H_2O$