Вопрос:

• Имеется органическое вещество с массой 2,95 г, которое при реакции выделяет 2,24 л углекислого газа (CO2) и 0,56 л азота (N2), а также образует 2,25 г воды (H2O). В молекуле вещества содержится 1 атом азота, и оно реагирует с кислотами и щелочами при нагревании. Как можно определить молекулярную формулу этого вещества?

Химия 11 класс Органическая химия молекулярная формула органическое вещество химическая реакция углекислый газ азот вода атом азота реакции с кислотами реакции с щелочами нагревание вещества Новый

Для определения молекулярной формулы органического вещества, нам необходимо провести несколько шагов, используя данные о массе вещества и объемах выделившихся газов. Давайте разберем процесс поэтапно.

Шаг 1: Определение количества углерода и водорода

Сначала нам нужно определить количество углерода и водорода в нашем веществе, основываясь на продуктах реакции.

• Углекислый газ (CO2) содержит один атом углерода на молекулу. Мы знаем, что 1 моль газа занимает 22,4 л при нормальных условиях.
• Объем углекислого газа, который выделился, составляет 2,24 л. Чтобы найти количество молей CO2, мы используем формулу:

Количество молей CO2 = Объем CO2 (л) / 22,4 л/моль = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль.

Так как каждый моль CO2 содержит 1 моль углерода, то в нашем органическом веществе содержится 0,1 моль углерода.

Теперь найдем количество водорода. Вода (H2O) содержит два атома водорода на молекулу. Мы знаем, что образовалось 2,25 г воды. Сначала найдем количество молей воды:

• Молярная масса H2O = 2*1 + 16 = 18 г/моль.
• Количество молей H2O = Масса H2O (г) / Молярная масса H2O (г/моль) = 2,25 г / 18 г/моль = 0,125 моль.

Так как в 1 моле H2O содержится 2 моля водорода, то количество водорода в нашем веществе:

Количество водорода = 0,125 моль H2O * 2 = 0,25 моль.

Шаг 2: Определение количества азота

По условию задачи, в молекуле вещества содержится 1 атом азота. Значит, мы имеем 1 моль азота.

Шаг 3: Определение массы элементов

Теперь мы можем найти массу углерода, водорода и азота в нашем веществе.

• Масса углерода = Количество углерода (моль) * Молярная масса углерода (г/моль) = 0,1 моль * 12 г/моль = 1,2 г.
• Масса водорода = Количество водорода (моль) * Молярная масса водорода (г/моль) = 0,25 моль * 1 г/моль = 0,25 г.
• Масса азота = 1 моль * 14 г/моль = 14 г.

Шаг 4: Определение общей массы и нахождение массы углерода

Теперь складываем массы всех элементов:

Общая масса = Масса углерода + Масса водорода + Масса азота = 1,2 г + 0,25 г + 14 г = 15,45 г.

Однако, масса нашего органического вещества составляет 2,95 г. Это означает, что мы имеем дело с некоторым кратным соотношением, и нам нужно найти молекулярную формулу.

Шаг 5: Нахождение соотношения

Теперь мы можем найти, во сколько раз масса нашего вещества меньше общей массы элементов:

Коэффициент = Общая масса (г) / Масса вещества (г) = 15,45 г / 2,95 г ≈ 5,23.

Округляя, мы можем предположить, что это 5. Значит, молекулярная формула вещества будет в 5 раз больше, чем эмпирическая формула, которую мы получили:

Эмпирическая формула:

• C: 0,1 моль (что соответствует 1 атому углерода)
• H: 0,25 моль (что соответствует 1 атому водорода)
• N: 1 моль (что соответствует 1 атому азота)

Таким образом, эмпирическая формула = C1H1N1.

Шаг 6: Определение молекулярной формулы

Теперь, умножая каждый индекс на 5, мы получаем молекулярную формулу:

C5H5N5.

Таким образом, молекулярная формула данного органического вещества - C5H5N5.