Номер 7, страница 258 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

7. При сгорании 0,45 г органического вещества выделилось 0,448 л (н. у.) углекислого газа, 0,63 г воды и 0,112 л (н. у.) азота. Относительная плотность паров органического вещества по азоту ($D_{\text{N}_2}$) равна 1,607. Установите молекулярную формулу этого вещества.

Дано:

$m(\text{орг. в-ва}) = 0,45 \text{ г}$

$V(CO_2) = 0,448 \text{ л (н. у.)}$

$m(H_2O) = 0,63 \text{ г}$

$V(N_2) = 0,112 \text{ л (н. у.)}$

$D_{N_2}(\text{орг. в-ва}) = 1,607$

Найти:

Молекулярную формулу органического вещества.

Решение:

1. Определим количество вещества (моль) продуктов сгорания. Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) $V_m = 22,4$ л/моль.

Количество вещества углекислого газа:

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{0,448 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

Количество вещества воды (молярная масса $M(H_2O) = 18$ г/моль):

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{0,63 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,035 \text{ моль}$

Количество вещества азота:

$n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m} = \frac{0,112 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,005 \text{ моль}$

2. Найдем количество вещества атомов углерода, водорода и азота в исходном веществе.

Весь углерод из органического вещества перешел в $CO_2$:

$n(C) = n(CO_2) = 0,02 \text{ моль}$

Весь водород перешел в $H_2O$:

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,035 \text{ моль} = 0,07 \text{ моль}$

Весь азот перешел в $N_2$:

$n(N) = 2 \cdot n(N_2) = 2 \cdot 0,005 \text{ моль} = 0,01 \text{ моль}$

3. Вычислим массы элементов в навеске органического вещества.

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,02 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 0,24 \text{ г}$

$m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0,07 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0,07 \text{ г}$

$m(N) = n(N) \cdot M(N) = 0,01 \text{ моль} \cdot 14 \text{ г/моль} = 0,14 \text{ г}$

4. Проверим, содержится ли в веществе кислород. Для этого сложим массы найденных элементов и сравним с исходной массой вещества.

$m(C) + m(H) + m(N) = 0,24 \text{ г} + 0,07 \text{ г} + 0,14 \text{ г} = 0,45 \text{ г}$

Полученная масса равна исходной массе органического вещества ($0,45 \text{ г}$), следовательно, кислород в составе вещества отсутствует.

5. Установим простейшую формулу вещества $C_xH_yN_z$. Для этого найдем соотношение индексов, которое равно соотношению количеств веществ элементов:

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(N) = 0,02 : 0,07 : 0,01$

Чтобы получить целочисленные индексы, разделим все значения на наименьшее (0,01):

$x = \frac{0,02}{0,01} = 2$

$y = \frac{0,07}{0,01} = 7$

$z = \frac{0,01}{0,01} = 1$

Таким образом, простейшая (эмпирическая) формула вещества — $C_2H_7N$.

6. Установим истинную (молекулярную) формулу вещества. Для этого найдем его молярную массу.

Молярная масса азота $M(N_2) = 2 \cdot 14 = 28$ г/моль.

Относительная плотность паров вещества по азоту $D_{N_2} = \frac{M(\text{орг. в-ва})}{M(N_2)}$.

$M(\text{орг. в-ва}) = D_{N_2} \cdot M(N_2) = 1,607 \cdot 28 \text{ г/моль} \approx 45 \text{ г/моль}$

Вычислим молярную массу вещества с простейшей формулой $C_2H_7N$:

$M(C_2H_7N) = 2 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 1 \cdot 14 = 24 + 7 + 14 = 45 \text{ г/моль}$

Так как молярная масса, рассчитанная по относительной плотности, совпадает с молярной массой простейшей формулы, то молекулярная формула вещества соответствует простейшей.

Ответ: Молекулярная формула органического вещества — $C_2H_7N$.