Номер 50, страница 13 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

50. Согласно данным химического анализа, массовые доли углерода, водорода и кислорода в органическом веществе соответственно равны 37,49; 12,58; 49,93 %. Относительная плотность его паров по азоту равна 1,143. Установите молекулярную формулу этого вещества и приведите его структурную формулу.

Дано:

$\omega(C) = 37,49 \% $

$\omega(H) = 12,58 \% $

$\omega(O) = 49,93 \% $

$D_{N_2}(\text{вещества}) = 1,143$

Найти:

Молекулярная формула - ?

Структурная формула - ?

Решение:

Установите молекулярную формулу этого вещества

1. Найдем простейшую (эмпирическую) формулу вещества. Обозначим ее как $C_xH_yO_z$. Соотношение индексов $x:y:z$ равно соотношению количеств вещества (в молях) атомов элементов. Для удобства расчетов примем массу органического вещества равной 100 г. В этом случае массы элементов будут численно равны их массовым долям.

$m(C) = 37,49 \text{ г}$

$m(H) = 12,58 \text{ г}$

$m(O) = 49,93 \text{ г}$

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

$n(C) = \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{37,49}{12} \approx 3,124 \text{ моль}$

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{12,58}{1} = 12,58 \text{ моль}$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{49,93}{16} \approx 3,121 \text{ моль}$

Составим соотношение количеств веществ:

$x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 3,124 : 12,58 : 3,121$

Для нахождения целочисленных индексов разделим все значения на наименьшее из них (3,121):

$x : y : z = \frac{3,124}{3,121} : \frac{12,58}{3,121} : \frac{3,121}{3,121} \approx 1 : 4 : 1$

Таким образом, простейшая формула вещества — $CH_4O$.

2. Определим истинную (молекулярную) формулу. Для этого вычислим молярную массу вещества ($M_{вещ}$), используя его относительную плотность паров по азоту ($D_{N_2}$).

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

Молярная масса искомого вещества вычисляется по формуле:

$M_{вещ} = D_{N_2}(\text{вещества}) \times M(N_2) = 1,143 \times 28 \text{ г/моль} \approx 32$ г/моль.

3. Сравним молярную массу вещества с молярной массой простейшей формулы.

Молярная масса простейшей формулы $CH_4O$:

$M(CH_4O) = 12 + 4 \times 1 + 16 = 32$ г/моль.

Поскольку молярная масса вещества совпадает с молярной массой его простейшей формулы ($32 \text{ г/моль} \approx 32 \text{ г/моль}$), молекулярная формула вещества идентична простейшей.

Ответ: Молекулярная формула вещества – $CH_4O$.

приведите его структурную формулу

Молекулярная формула $CH_4O$ соответствует единственному устойчивому органическому соединению — метиловому спирту (метанолу). В его молекуле атом углерода связан с тремя атомами водорода и гидроксильной группой ($-OH$).

Сокращенная структурная формула:

$CH_3-OH$

Развернутая структурная формула:

$\qquad H$

$\qquad |$

$H - C - O - H$

$\qquad |$

$\qquad H$

Ответ: Структурная формула вещества – $CH_3-OH$.