Какова молекулярная формула соединения, если при сжигании 6,2 г соединения получено 12 г диоксида кремния и 5,4 г воды

Сквозь_Туман

38

Чтобы определить молекулярную формулу соединения, нам необходимо проанализировать данные и использовать законы сохранения массы и составить уравнения реакции для сжигания данного соединения.

Из условия задачи известно, что при сжигании 6,2 г данного соединения образуется 12 г диоксида кремния и 5,4 г воды. Мы также знаем, что плотность соединения по воздуху составляет 2,14 г/см³.

Давайте начнем с расчета количества вещества, использованного в реакции. Для этого используем формулу:

\[n = \frac{m}{M}\]

Где:
- n - количество вещества (в молях)
- m - масса вещества (в граммах)
- M - молярная масса вещества (в г/моль)

Молярную массу каждого из продуктов реакции мы можем найти в таблице периодических элементов. M(SiO2) = 60 г/моль, M(H2O) = 18 г/моль.

Переведем массы продуктов реакции в количество вещества:

\[
n_{SiO2} = \frac{12}{60} = 0,2 \, \text{моль} \quad \text{(диоксид кремния)}
\]
\[
n_{H2O} = \frac{5,4}{18} \approx 0,3 \, \text{моль} \quad \text{(вода)}
\]

Теперь, используя уравнение реакции со сжиганием данного соединения, мы можем выразить количество вещества начального соединения:

\[
\text{С}x\text{Hy} + z\text{O}_2 \rightarrow a\text{SiO}_2 + b\text{H}_2\text{O}
\]

Из уравнения следует, что для образования 1 моль диоксида кремния и 1 моль воды участвует a моль начального соединения. Таким образом, для 0,2 моль диоксида кремния и 0,3 моль воды у нас будет:

\[
0,2a = 0,3b
\]

Для нахождения отношения между a и b, нам необходимо знать молекулярные массы всех соединений. Для этого найдем молярные массы из таблиц периодических элементов: M(C) = 12 г/моль, M(H) = 1 г/моль, M(Si) = 28 г/моль, M(O) = 16 г/моль.

Итак, масса начального соединения m(CxHy) состоит из массы углерода и водорода:

\[
m(CxHy) = m_C + m_H
\]

\[
m_C = 12 \cdot x
\]

\[
m_H = 1 \cdot y
\]

Так как все массы заданы в граммах, нам нужно рассчитать массу соединения в граммах при помощи плотности:

\[
m(CxHy) = \text{плотность} \times \text{объем}
\]

Мы не знаем объем, поэтому воспользуемся молярным объемом газа при нормальных условиях (22,4 л/моль) для вычисления объема в моль:

\[
\text{объем} = \frac{n}{\text{плотность}}
\]

Теперь мы получили все необходимые данные для решения уравнений и нахождения молекулярной формулы.

Найдем значение x, выразив x через y:

\[
m(CxHy) = 12x + 1y
\]

\[
m(CxHy) = \text{плотность} \times \frac{n_{CxHy}}{\text{плотность}} = n_{CxHy} = 2.14 \cdot \frac{n}{2.14} = n
\]

\[
12x + y = n
\]

Теперь найдем значение a и b через x и y:

\[
0.2a = 0.3b
\]

Учитывая, что хотим найти минимальную молекулярную формулу соединения, мы можем нормализовать уравнение, поделив обе стороны на наименьшее из чисел, а именно 0,2:

\[
a = \frac{0.3b}{0.2} = 1.5b
\]

Теперь мы можем подставить выражение для a в уравнение, содержащее x и y:

\[
12x + y = n = 1.5b
\]

Зная, что начальное соединение состоит из углерода и водорода, мы можем предположить, что масса водорода будет равна массе воды, равной 5,4 г. Значит, y = 5.4 г.

Подставим это значение в уравнение:

\[
12x + 5.4 = 1.5b
\]

Теперь мы должны найти соотношения между x и b. Для этого используем таблицу периодических элементов. Масса атома водорода в 12 раз меньше массы атома углерода. Поэтому:

\[
12x + 5.4 = 1.5b = 108x + 5.4 = 1.5b
\]

Поделим обе стороны на 1.5:

\[
72x + 3.6 = b
\]

Теперь, зная значение b, мы можем вернуться к уравнению для a и b:

\[
a = 1.5b = 1.5(72x + 3.6) = 108x + 5.4
\]

Таким образом, молекулярная формула соединения будет выглядеть следующим образом: C\(_{108}\)H\(_5.4\).