Задача: при сгорании органического вещества массой 2,175 г образовались углекислый газ и вода массой 4,95 г и 2,025 г соответственно. Относительная плотность паров вещества по воздуху равна 2. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано:
m (CxHyOz) = 2,175 г;
m (CO₂) = 4,95 г;
m (H₂O) = 2,025 г;
D (возд.) = 2.
Найти:
x,y,z — ?
1. Найдём количества веществ углекислого газа и воды. По формуле: n = m ÷ M; где: n - количество вещества (моль), m - масса (г), M - молярная масса, значения берутся из таблицы Менделеева (г/моль).
n (CO₂) = 4,95 г ÷ 44 г/моль = 0,1125 (моль).
n (H₂O) = 2,025 г ÷ 18 г/моль = 0,1125 (моль).
2. Теперь нужно вычислить количество вещества каждого элемента в углеводороде. Решаем далее по данному правилу:
n (C в CxHyOz) = n (CO₂) ⇒ 0,1125 (моль).
n (H в CxHyOz) = 2n (H₂O) ⇒ 0,225 (моль).
P.S. Водород умножили на 2, так как в формуле воды 2 атома водорода.
3. Так как количество вещества углерода и водорода найдено, мы по вышенаписанной формуле (выражаем m) можем найти массу каждого элемента.
m (C в CxHyOz) = n · M= 0,1125 моль · 12 г/моль = 1,35 (г).
m (H в CxHyOz) = n · M = 0,225 моль · 1 г/моль = 0,225 (г).
4. Если сложить массы углерода и водорода, то получится 1,575 г. А в задании сказано, что масса органического соединения = 2,175 г. Это означает, что в соединении присутствует кислород. Узнаем его массу.
2,175 г - 1,575 г = 0,6 (г).
5. Найдём количество вещества кислорода. По всё той же формуле, выражая через массу.
n (O в CxHyOz) = m ÷ M = 0,6 г ÷ 16 г/моль = 0,0375 (моль).
6. Мы знаем количество вещества каждого элемента в органическом соединении. Нам нужно их соотнести друг с другом, чтобы получить простейшую формулу неизвестного соединения.
C : H : O = 0,1125 : 0,225 : 0,0375 | ÷ 0,0375
C : H : O = 3 : 6 : 1
Таким образом, простейшая формула соединения — C₃H₆O.
M (C₃H₆O) = 3 · 12 + 6 + 16 = 58 (г/моль).
7. Нам в задаче дана плотность по воздуху = 2. Это для того, чтобы мы проверили, совпадает ли простейшая формула с истинной.
M (воздуха) = 29. Решаем по формуле: D = M (газа) ÷ M (воздуха).
M (CxHyOz) = 29 г/моль · 2 = 58 (г/моль) - совпадает. А значит, простейшая формула и является истинной.
Задача: при сгорании органического вещества массой 2,175 г образовались углекислый газ и вода массой 4,95 г и 2,025 г соответственно. Относительная плотность паров вещества по воздуху равна 2. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано:
m (CxHyOz) = 2,175 г;
m (CO₂) = 4,95 г;
m (H₂O) = 2,025 г;
D (возд.) = 2.
Найти:
x,y,z — ?
1. Найдём количества веществ углекислого газа и воды. По формуле: n = m ÷ M; где: n - количество вещества (моль), m - масса (г), M - молярная масса, значения берутся из таблицы Менделеева (г/моль).
n (CO₂) = 4,95 г ÷ 44 г/моль = 0,1125 (моль).
n (H₂O) = 2,025 г ÷ 18 г/моль = 0,1125 (моль).
2. Теперь нужно вычислить количество вещества каждого элемента в углеводороде. Решаем далее по данному правилу:
n (C в CxHyOz) = n (CO₂) ⇒ 0,1125 (моль).
n (H в CxHyOz) = 2n (H₂O) ⇒ 0,225 (моль).
P.S. Водород умножили на 2, так как в формуле воды 2 атома водорода.
3. Так как количество вещества углерода и водорода найдено, мы по вышенаписанной формуле (выражаем m) можем найти массу каждого элемента.
m (C в CxHyOz) = n · M= 0,1125 моль · 12 г/моль = 1,35 (г).
m (H в CxHyOz) = n · M = 0,225 моль · 1 г/моль = 0,225 (г).
4. Если сложить массы углерода и водорода, то получится 1,575 г. А в задании сказано, что масса органического соединения = 2,175 г. Это означает, что в соединении присутствует кислород. Узнаем его массу.
2,175 г - 1,575 г = 0,6 (г).
5. Найдём количество вещества кислорода. По всё той же формуле, выражая через массу.
n (O в CxHyOz) = m ÷ M = 0,6 г ÷ 16 г/моль = 0,0375 (моль).
6. Мы знаем количество вещества каждого элемента в органическом соединении. Нам нужно их соотнести друг с другом, чтобы получить простейшую формулу неизвестного соединения.
C : H : O = 0,1125 : 0,225 : 0,0375 | ÷ 0,0375
C : H : O = 3 : 6 : 1
Таким образом, простейшая формула соединения — C₃H₆O.
M (C₃H₆O) = 3 · 12 + 6 + 16 = 58 (г/моль).
7. Нам в задаче дана плотность по воздуху = 2. Это для того, чтобы мы проверили, совпадает ли простейшая формула с истинной.
M (воздуха) = 29. Решаем по формуле: D = M (газа) ÷ M (воздуха).
M (CxHyOz) = 29 г/моль · 2 = 58 (г/моль) - совпадает. А значит, простейшая формула и является истинной.
ответ: C₃H₆O.
Дано:
m (N₂) = 42 г;
m (NH₃) = 51 г.
Найти:
m (H₂) — ?
Эту задачу можно решить в одно действие, применив закон сохранения массы. 51 г - 42 г = 9 г.
Но сейчас мы распишем по действиям и таким образом сделаем проверку закона сохранения массы.
1. Составим уравнение реакции.
3H₂ + N₂ = 2NH₃.
2. Узнаем количество вещества азота и аммиака. По формуле:
‣ n = m ÷ M; где: n - количество вещества (моль), m - масса (г), M - молярная масса (г/моль).
n (N₂) = 42 г ÷ 28 г/моль = 1,5 (моль). - недостаток.
n (NH₃) = 51 г ÷ 17 г/моль = 3 (моль). - избыток.
3. Мы видим, что азот в недостатке. Считаем всегда по недостатку.
Продолжаем вычисления дальше. По уравнению реакции мы видим, что азот и водород находятся в соотношении 3 к 1. Значит:
n (H₂) = 3n (N₂) = 3 · 1,5 моль = 4,5 (моль) - водорода.
4. Теперь узнаем массу водорода. По формуле:
‣ m = n · M; где: m - масса (г), n - количество вещества (моль), M - молярная масса (г/моль).
m (H₂) = 4,5 моль · 2 г/моль = 9 (г).
Как видим, всё сошлось. Закон сохранения массы работает.
ответ: 9 г.