Мил. 11 класс. Вариант
10.02
Органическое вещество Хиспользуется при производстве искусственных
волокон и синтезе лекарственных препаратов. Навеску Xмассой 25,5 г
сожгли в избытке кислорода, при этом образовалось 22,4 л (н. у.) углекислого
газа и 13,5 г воды. Пары вещества в 51 раз тяжелее водорода. Определите
молекулярную формулу вещества X и установите его структуру, если
известно, что оно образуется при обезвоживании вещества, имеющего
кислотные свойства. Напишите уравнение реакции Хсметанолом.
а с задачей.
1. Найдите количество молей углекислого газа (CO2), используя его объем при нормальных условиях (22,4 л) и идеальный газовый закон.
V = nRT, где V - объем газа, n - количество молей газа, R - универсальная газовая постоянная (0,0821 л*атм/(К*моль)), T - температура в кельвинах (нормальные условия - 273 К).
Подставляем значения и находим n:
n = V / RT = 22,4 / (0,0821 * 273) ≈ 0,98 моль.
2. Найдите количество молей воды (H2O) по массе (13,5 г), используя молярную массу воды (H2O), которая равна 18 г/моль.
m(H2O) = n(H2O) * M(H2O), где m - масса, n - количество молей, M - молярная масса.
Подставляем значения и находим n(H2O):
13,5 = n(H2O) * 18,
n(H2O) ≈ 0,75 моль.
3. Установите соотношение между количеством молей образовавшегося CO2 и H2O. Оно должно быть достаточным для определения молекулярной формулы вещества X.
Поскольку оба продукта образовались из обезвоженного вещества X, то мы можем просто сравнить отношение их количества молей.
В данной задаче отношение молей CO2 к молям H2O равно:
n(CO2) : n(H2O) = 0,98 : 0,75 = 1,31 : 1.
4. Найдите отношение молекулярных масс CO2 к H2O.
Для этого нужно знать молярные массы CO2 и H2O.
Молярная масса CO2 равна 44 г/моль, а молярная масса H2O равна 18 г/моль.
Отношение их молярных масс будет:
M(CO2) : M(H2O) = 44 : 18 = 2,44 : 1.
5. Сравните отношение молей CO2 к H2O с отношением молекулярных масс CO2 к H2O, чтобы определить отношение между молекулярными формулами CO2 и H2O.
Оно должно быть таким, чтобы при рассмотрении одной молекулы воды и одной молекулы CO2 их молекулярные массы отличались в 51 раз.
В данной задаче отношение масс Y (масса одной молекулы CO2) к массе Z (масса одной молекулы H2O) равно 51.
Зная, что отношение масс CO2 к H2O равно 2,44 : 1, можно составить пропорцию:
2,44 / Y = 1 / Z,
Y / Z = 2,44.
Таким образом, отношение между молярными массами CO2 и H2O должно быть равно 2,44.
6. Найдите молекулярную формулу вещества X.
В задаче говорится, что пары вещества X в 51 раз тяжелее водорода. По известной информации, мы можем сказать, что молекулярная масса CO2 (44 г/моль) является промежуточным значением между молекулярной массой вещества X и двойной массой воды (H2O).
n(X) / n(H2O) = (M(H2O) / 2) / M(CO2) = (18 / 2) / 44 = 0,2045.
Отсюда получаем n(X) / n(H2O) = 0,2045.
Так как отношение молей CO2 к H2O равно 1,31 : 1, то n(X) / n(H2O) = 0,2045 * (1,31/1) ≈ 0,268.
7. Поскольку отношение молекулярных масс CO2 к H2O должно быть 2,44, а отношение молей X к H2O равно 0,268, решим следующее уравнение:
(2,44 * Y) / Z = 0,268.
Y / Z = 0,268 / 2,44 ≈ 0,11.
8. Округляем это значение до ближайшего целого числа, чтобы получить отношение между молекулярными формулами CO2 и H2O.
Округляя 0,11 до ближайшего целого числа, получаем 0.
Таким образом, отношение между молекулярными формулами CO2 и H2O составляет 0 : 1.
9. Определяем формулу вещества X.
Молярная масса CO2 равна 44 г/моль, а молярная масса H2O равна 18 г/моль.
Поскольку нам известно, что отношение между молью CO2 и молью H2O составляет 1,31 : 1, можем записать формулу вещества X как C1,31H0,98O0,75.
Так как отношение между молью CO2 и молью H2O равно 1 : 1, это значит, что отношение атомов кислорода в CO2 и H2O также 1 : 1. Следовательно, в формуле вещества X кислорода должно быть столько же, сколько водорода, то есть 0,75.
Получаем окончательную формулу вещества X: C1,31H0,98O0,75.
10. Определяем структуру вещества X.
Поскольку вещество X образуется при обезвоживании вещества, имеющего кислотные свойства, и в задаче указано, что этот процесс происходит в избытке кислорода (O2), можно предположить, что вещество X будет образовываться из кислоты, содержащей углерод (C) и водород (H). Поскольку формула вещества X содержит C1,31H0,98, то можно предположить, что вещество X может быть формальной производной уксусной кислоты (CH3COOH). В этом случае вещество X будет пропанолом (C3H7OH).
Ответ: Молекулярная формула вещества X - C1,31H0,98O0,75 и его структура - пропанол (C3H7OH). Уравнение реакции X с метанолом можно записать следующим образом: X + CH3OH -> CH3COOH + H2O.