Номер 136, страница 29 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

136. Массовые доли водорода и кислорода в органическом веществе равны соответственно 6,714 и 52,29 %, а плотность его паров при н. у. равна $2,681 \text{ г/дм}^3$. Установите формулу вещества и приведите его название.

Дано:

$ \omega(\text{H}) = 6,714 \% $

$ \omega(\text{O}) = 52,29 \% $

$ \rho = 2,681 \text{ г/дм}^3 $ (при нормальных условиях, н. у.)

Перевод в СИ:

$ \rho = 2,681 \frac{\text{г}}{\text{дм}^3} = 2,681 \frac{10^{-3} \text{ кг}}{10^{-3} \text{ м}^3} = 2,681 \text{ кг/м}^3 $

Найти:

Молекулярная формула вещества — ?

Название вещества — ?

Решение:

1. Поскольку вещество является органическим, оно содержит углерод. Сумма массовых долей всех элементов равна 100%, поэтому массовая доля углерода ($ \omega(\text{C}) $) составляет:

$ \omega(\text{C}) = 100\% - \omega(\text{H}) - \omega(\text{O}) = 100\% - 6,714\% - 52,29\% = 40,996\% $

2. Молярную массу ($ M $) вещества можно определить по плотности его паров при нормальных условиях. Молярный объем любого газа при н. у. ($ V_m $) составляет $ 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль} $.

$ M = \rho \cdot V_m $

$ M = 2,681 \text{ г/дм}^3 \cdot 22,4 \text{ дм}^3/\text{моль} \approx 60,05 \text{ г/моль} $

Для дальнейших расчетов примем молярную массу равной 60 г/моль.

3. Зная молярную массу и массовые доли элементов, можно найти истинную (молекулярную) формулу вещества $ \text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z $. Индексы $ x, y, z $ рассчитываются по формуле: $ \text{индекс} = \frac{M \cdot \omega(\text{элемента})}{A_r(\text{элемента})} $.

Для углерода ($ A_r(\text{C}) = 12 \text{ г/моль} $):

$ x = \frac{60 \text{ г/моль} \cdot 0,40996}{12 \text{ г/моль}} \approx 2,05 \approx 2 $

Для водорода ($ A_r(\text{H}) = 1 \text{ г/моль} $):

$ y = \frac{60 \text{ г/моль} \cdot 0,06714}{1 \text{ г/моль}} \approx 4,03 \approx 4 $

Для кислорода ($ A_r(\text{O}) = 16 \text{ г/моль} $):

$ z = \frac{60 \text{ г/моль} \cdot 0,5229}{16 \text{ г/моль}} \approx 1,96 \approx 2 $

Таким образом, молекулярная формула вещества — $ \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 $.

4. Проверим молярную массу для формулы $ \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 $:

$ M(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль} $.

Значение совпадает с вычисленным ранее, что подтверждает правильность формулы.

5. Определим название вещества. Общей формуле $ \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 $ соответствует несколько структурных изомеров. Наиболее известными из них являются уксусная (этановая) кислота, $ \text{CH}_3\text{COOH} $, и метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты), $ \text{HCOOCH}_3 $. Учитывая контекст образовательных задач, наиболее вероятным ответом является уксусная кислота.

Ответ: молекулярная формула вещества — $ \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 $, название — уксусная кислота (или этановая кислота).