Номер 1, страница 133 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

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

a) C-49,3%; Η - 6,85%; Ο - 43,85%;

б) С-34,6%; Н - 3,9%; О - 61,5%. Установите формулу кислоты.

а) Дано:

Массовая доля углерода $ \omega(C) = 49,3\% $

Массовая доля водорода $ \omega(H) = 6,85\% $

Массовая доля кислорода $ \omega(O) = 43,85\% $

Соединение является двухосновной кислотой с неразветвленной цепью атомов углерода.

Найти:

Формулу кислоты.

Решение:

1. Для нахождения простейшей формулы вещества, предположим, что у нас есть 100 г этого вещества. Тогда массы элементов в образце будут равны их массовым долям в процентах:

$m(C) = 49,3$ г

$m(H) = 6,85$ г

$m(O) = 43,85$ г

2. Найдем количество вещества (в молях) для каждого элемента, используя их молярные массы: $M(C) = 12$ г/моль, $M(H) = 1$ г/моль, $M(O) = 16$ г/моль.

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

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

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

3. Определим соотношение атомов в молекуле, разделив количество молей каждого элемента на наименьшее из полученных значений (2,741):

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

$x : y : z = \frac{4,108}{2,741} : \frac{6,85}{2,741} : \frac{2,741}{2,741}$

$x : y : z \approx 1,5 : 2,5 : 1$

4. Чтобы получить целочисленные индексы, умножим все числа в соотношении на 2:

$x : y : z = 1,5 \cdot 2 : 2,5 \cdot 2 : 1 \cdot 2 = 3 : 5 : 2$

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

5. По условию, кислота является двухосновной, то есть содержит две карбоксильные группы (-COOH). Это означает, что в молекуле должно быть 4 атома кислорода. В нашей простейшей формуле их 2. Следовательно, для нахождения истинной молекулярной формулы нужно умножить все индексы в простейшей формуле на 2:

$(C_3H_5O_2)_2 = C_6H_{10}O_4$

Полученная формула $C_6H_{10}O_4$ соответствует общей формуле предельных двухосновных кислот $C_nH_{2n-2}O_4$. Учитывая, что кислота имеет неразветвленную цепь, её структурная формула:

$HOOC-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-COOH$

Это адипиновая кислота.

Ответ: Молекулярная формула кислоты $C_6H_{10}O_4$ (адипиновая кислота).

б) Дано:

Массовая доля углерода $ \omega(C) = 34,6\% $

Массовая доля водорода $ \omega(H) = 3,9\% $

Массовая доля кислорода $ \omega(O) = 61,5\% $

Соединение является двухосновной кислотой с неразветвленной цепью атомов углерода.

Найти:

Формулу кислоты.

Решение:

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

$m(C) = 34,6$ г

$m(H) = 3,9$ г

$m(O) = 61,5$ г

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

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

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

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

3. Определим соотношение атомов, разделив количество молей каждого элемента на наименьшее из полученных значений (2,883):

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

$x : y : z = \frac{2,883}{2,883} : \frac{3,9}{2,883} : \frac{3,844}{2,883}$

$x : y : z \approx 1 : 1,35 : 1,33$

4. Соотношение $1 : 1,35 : 1,33$ близко к $1 : \frac{4}{3} : \frac{4}{3}$. Чтобы получить целочисленные индексы, умножим все числа в соотношении на 3:

$x : y : z = 1 \cdot 3 : 1,33 \cdot 3 : 1,33 \cdot 3 = 3 : 4 : 4$

Простейшая формула вещества — $C_3H_4O_4$.

5. По условию, кислота является двухосновной, т.е. должна содержать 4 атома кислорода. Полученная простейшая формула $C_3H_4O_4$ уже содержит 4 атома кислорода, следовательно, она является и молекулярной.

Формула $C_3H_4O_4$ соответствует общей формуле предельных двухосновных кислот $C_nH_{2n-2}O_4$. Учитывая, что кислота имеет неразветвленную цепь, её структурная формула:

$HOOC-CH_2-COOH$

Это малоновая кислота.

Ответ: Молекулярная формула кислоты $C_3H_4O_4$ (малоновая кислота).