Какую молекулярную формулу имело сгоревшее органическое вещество, если при его сгорании образовалось 15,68 л оксида

Muravey

4

Задача: Какую молекулярную формулу имело сгоревшее органическое вещество, если при его сгорании образовалось 15,68 л оксида углерода газообразного состояния и 5,4 г воды? Плотность паров вещества по кислороду составляет 3,3125. При исследовании свойств вещества было обнаружено, что оно легко окисляется водным раствором перманганата калия. Основываясь на предоставленных данных, выполним следующие задачи:

1) Вычисление молекулярной формулы органического вещества:

В данной задаче информация о количестве образовавшегося оксида углерода поможет нам определить количество атомов углерода и кислорода в молекуле.

Сначала определим количество моль газообразного оксида углерода. Для этого воспользуемся уравнением идеального газа:

\[V = n \cdot V_m\]

где
\(V\) - объем газа,
\(n\) - количество молей газа,
\(V_m\) - молярный объем газа при заданных условиях.

Молярный объем углекислого газа при нормальных условиях составляет около 22,4 л/моль. Поскольку мы имеем дело не с нормальными условиями, нам также необходимо учесть плотность паров вещества по кислороду (\(D\)). Формула для нахождения молярного объема будет выглядеть следующим образом:

\[V_m = \frac{{D \cdot M_{CO_2}}}{{P_{\text{станд}}}}\]

где
\(M_{CO_2}\) - молярная масса углекислого газа,
\(P_{\text{станд}}\) - стандартное давление.

Молярная масса оксида углерода (а также углекислого газа) составляет 44 г/моль.

Теперь мы можем вычислить количество моль газа:

\[n = \frac{V}{{V_m}}\]

Подставим известные значения:

\[n = \frac{{15,68}}{{\frac{{3,3125 \cdot 44}}{{101,325}}}}\]

После вычислений получаем \(n \approx 0,748\) моль.

Так как между оксидом углерода и водой существует соотношение 1:1, количество молей кислорода в воде также равно 0,748.

Теперь рассмотрим массу воды. Положим, что масса полученной воды составляет 5,4 г. Рассчитаем количество молей воды по формуле:

\[n_{\text{воды}} = \frac{m_{\text{воды}}}{M_{\text{воды}}}\]

где
\(m_{\text{воды}}\) - масса воды,
\(M_{\text{воды}}\) - молярная масса воды.

Молярная масса воды составляет 18 г/моль.

Подставим данную информацию:

\[n_{\text{воды}} = \frac{5,4}{18}\]

Получаем \(n_{\text{воды}} \approx 0,3\) моль.

Таким образом, в сгоревшем органическом веществе присутствуют 0,748 моль углерода и 0,3 моль кислорода.

2) Определение молекулярной формулы исходного органического вещества:

Теперь можно определить, какая органическая молекула может содержать такие соотношения между углеродом и кислородом.

Молярная масса углерода равна 12 г/моль, а кислорода - 16 г/моль.

Отношение масс углерода и кислорода в органическом веществе будет следующим:

\[\frac{m_{\text{углерода}}}{m_{\text{кислорода}}} = \frac{n_{\text{углерода}} \cdot M_{\text{углерода}}}{n_{\text{кислорода}} \cdot M_{\text{кислорода}}}\]

Подставим известные значения:

\[\frac{m_{\text{углерода}}}{m_{\text{кислорода}}} = \frac{0,748 \cdot 12}{0,3 \cdot 16}\]

Выполняем вычисления и получаем:

\[\frac{m_{\text{углерода}}}{m_{\text{кислорода}}} \approx 2,49\]

Таким образом, отношение масс углерода к массам кислорода в органическом веществе составляет примерно 2,49:1.

Одно возможное соответствующее значение такого отношения обнаруживается при молекулярной формуле углеводорода \(C_2H_5O\).

3) Составление структурной формулы:

На основе молекулярной формулы \(C_2H_5O\) можно составить структурную формулу, где атомы связаны химическими связями.

Молекула этого органического вещества содержит 2 атома углерода, 5 атомов водорода и 1 атом кислорода. Структурная формула такого вещества выглядит следующим образом:

\[H - C - C - O - H\]

где "-" обозначает химическую связь.

Таким образом, молекулярная формула сгоревшего органического вещества - \(C_2H_5O\), а его структурная формула - \(H - C - C - O - H\).