Номер 274, страница 67 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

274. В результате ряда превращений из углеводорода А получено органическое вещество Б. Вещество Б массой 14,5 г сожгли в избытке кислорода и получили только углекислый газ объемом 16,8 $dm^3$ (н. у.) и воду массой 13,5 г.

а) Установите молекулярную формулу вещества Б, если известно, что в молекуле Б содержится один атом кислорода.

б) Установите простейшую формулу углеводорода А, если массовая доля углерода в его молекуле равна 85,71 %.

в) Приведите структурную формулу и название вещества А, если известно, что в его молекуле содержится столько же атомов углерода, сколько и в веществе Б, и оно имеет нециклическое строение.

г) *Приведите структурную формулу изомера А и дайте ему название.

а) Установите молекулярную формулу вещества Б, если известно, что в молекуле Б содержится один атом кислорода.

Дано:

m(Б) = 14,5 г
V(CO₂) = 16,8 дм³ (н. у.)
m(H₂O) = 13,5 г
В молекуле Б 1 атом кислорода

m(Б) = 0,0145 кг
V(CO₂) = 0,0168 м³
m(H₂O) = 0,0135 кг

Найти:

Молекулярную формулу Б - CₓHᵧO₂

Решение:

1. Найдем количество вещества углекислого газа и воды, образовавшихся при сгорании вещества Б. Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) $V_m = 22,4$ дм³/моль. Молярная масса воды $M(H₂O) = 18$ г/моль.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{16,8 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,75 \text{ моль}$

$n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{13,5 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,75 \text{ моль}$

2. Определим количество вещества атомов углерода и водорода в сгоревшем веществе Б.

$n(C) = n(CO_2) = 0,75 \text{ моль}$

$n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,75 \text{ моль} = 1,5 \text{ моль}$

3. Найдем массы углерода и водорода в образце вещества Б. Молярные массы: $M(C) = 12$ г/моль, $M(H) = 1$ г/моль.

$m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,75 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 9 \text{ г}$

$m(H) = n(H) \cdot M(H) = 1,5 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 1,5 \text{ г}$

4. Проверим, содержится ли кислород в веществе Б, сравнив сумму масс углерода и водорода с массой исходного вещества.

$m(C) + m(H) = 9 \text{ г} + 1,5 \text{ г} = 10,5 \text{ г}$

Так как $m(C) + m(H) < m(Б)$ ($10,5 \text{ г} < 14,5 \text{ г}$), в веществе Б содержится кислород.

5. Найдем массу и количество вещества кислорода в образце. Молярная масса $M(O) = 16$ г/моль.

$m(O) = m(Б) - m(C) - m(H) = 14,5 \text{ г} - 9 \text{ г} - 1,5 \text{ г} = 4 \text{ г}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{4 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,25 \text{ моль}$

6. Найдем соотношение атомов в молекуле вещества Б.

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0,75 : 1,5 : 0,25$

Разделим все значения на наименьшее (0,25), чтобы получить целочисленное соотношение:

$x = \frac{0,75}{0,25} = 3$

$y = \frac{1,5}{0,25} = 6$

$z = \frac{0,25}{0,25} = 1$

Простейшая формула вещества Б — C₃H₆O. По условию задачи, в молекуле Б содержится один атом кислорода, что совпадает с простейшей формулой. Следовательно, молекулярная формула вещества Б — C₃H₆O.

Ответ: Молекулярная формула вещества Б — C₃H₆O.

б) Установите простейшую формулу углеводорода А, если массовая доля углерода в его молекуле равна 85,71 %.

Дано:

Углеводород А (CₓHᵧ)
ω(C) = 85,71 %

Найти:

Простейшую формулу А

Решение:

1. Углеводород А состоит только из углерода и водорода. Найдем массовую долю водорода в веществе А.

$\omega(H) = 100\% - \omega(C) = 100\% - 85,71\% = 14,29\%$

2. Для нахождения простейшей формулы найдем соотношение индексов x и y. Это соотношение равно соотношению молей атомов, которое можно найти, разделив массовые доли на атомные массы элементов ($A_r(C) = 12$, $A_r(H) = 1$).

$x : y = \frac{\omega(C)}{A_r(C)} : \frac{\omega(H)}{A_r(H)}$

$x : y = \frac{85,71}{12} : \frac{14,29}{1} = 7,1425 : 14,29$

3. Разделим оба числа на наименьшее из них (7,1425) для получения целочисленного соотношения.

$x = \frac{7,1425}{7,1425} = 1$

$y = \frac{14,29}{7,1425} \approx 2$

Простейшая формула углеводорода А — CH₂.

Ответ: Простейшая формула углеводорода А — CH₂.

в) Приведите структурную формулу и название вещества А, если известно, что в его молекуле содержится столько же атомов углерода, сколько и в веществе Б, и оно имеет нециклическое строение.

Решение:

1. Из пункта а) мы знаем, что молекулярная формула вещества Б — C₃H₆O. Следовательно, в молекуле вещества Б содержится 3 атома углерода.

2. По условию, вещество А содержит столько же атомов углерода, то есть 3.

3. Из пункта б) мы знаем, что простейшая формула вещества А — CH₂. Это означает, что его молекулярная формула имеет вид (CH₂)ₙ.

4. Так как число атомов углерода n = 3, молекулярная формула вещества А — (CH₂)₃, то есть C₃H₆.

5. Вещество А с формулой C₃H₆ является углеводородом и имеет нециклическое строение. Общая формула CₙH₂ₙ для нециклических соединений соответствует алкенам (углеводородам с одной двойной связью).

6. Для n=3 существует только один нециклический алкен — пропен.

Структурная формула пропена: $CH_2=CH-CH_3$

Название: пропен.

Ответ: Структурная формула: $CH_2=CH-CH_3$. Название: пропен.

г) *Приведите структурную формулу изомера А и дайте ему название.

Решение:

1. Вещество А имеет молекулярную формулу C₃H₆. Изомеры — это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (т.е. одинаковую молекулярную формулу), но разное строение.

2. Изомером пропена (нециклического соединения) является циклическое соединение с той же молекулярной формулой C₃H₆. Таким соединением является циклопропан.

Структурная формула циклопропана:

CH₂ / \CH₂ - CH₂

Название: циклопропан.

Ответ: Структурная формула: циклопропан (представлена выше в виде схемы). Название: циклопропан.