При сжигании 7,26 г органического вещества Х получено 5,38 л (при н.у.) углекислого газа и 4,38 г хлороводорода. Известно, что при нитровании вещества Х смесью азотной и серной кислот образуется единственное мононитропроизводное. На основании данных задачи: 1. Проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу неизвестного вещества Х. Указывайте единицы измерения искомых физических величин. 2. Составьте структурную формулу вещества Х, которая однозначно отражает порядок связи атомов в ее молекуле. 3. Запишите уравнение реакции нитрования вещества Х, используя структурную формулу вещества.
1. Для начала нам необходимо установить молекулярную формулу неизвестного вещества Х.
Известно, что при сжигании 7,26 г вещества Х получено 5,38 л (при н.у.) углекислого газа. Это означает, что объем углекислого газа пропорционален количеству вещества Х.
Чтобы найти количество вещества Х, используем уравнение состояния идеального газа: PV = nRT, где P - давление газа, V - объем газа, n - количество вещества, R - газовая постоянная, T - температура.
5,38 л углекислого газа при н.у. можно перевести в молы, зная, что 1 моль газа при н.у. занимает 22,4 литра.
n (углекислый газ) = 5,38 л / 22,4 л/моль
n (углекислый газ) = 0,240 моль
Так как молярное соотношение между углекислым газом и веществом Х составляет 1:1, то количество вещества Х также составляет 0,240 моль.
Молярная масса Х = масса Х / количество вещества Х
Молярная масса Х = 7,26 г / 0,240 моль
Молярная масса Х ≈ 30,25 г/моль
Теперь, чтобы найти молекулярную формулу вещества Х, нам нужно узнать, сколько атомов углерода и водорода в каждой молекуле Х. Для этого мы можем использовать информацию о сжигании вещества Х.
В реакции сжигания органического вещества Х с кислородом образуется углекислый газ и вода:
Х + O₂ → CO₂ + H₂O
Мы знаем, что при сжигании 7,26 г Х образуется 5,38 л (при н.у.) углекислого газа и 4,38 г хлороводорода.
Масса углерода в полученном углекислом газе равна массе сжигаемого вещества Х, поэтому масса углерода в CO₂ составляет 7,26 г. Количество атомов углерода в каждой молекуле CO₂ равно количеству атомов углерода в молекуле Х.
Масса одного моля CO₂ = молярная масса CO₂ = 12 г/моль + 2 * 16 г/моль = 44 г/моль
Количество молей С = масса С / молярная масса С = 7,26 г / 44 г/моль
Таким образом, количество атомов углерода в молекуле Х равно количеству молей С, которое мы только что вычислили.
Количество атомов углерода = 7,26 г / 44 г/моль = примерно 0,165 моль
Теперь нам нужно узнать количество атомов водорода в молекуле Х. По условию задачи, при сжигании вещества Х получено 4,38 г хлороводорода. Зная, что массовая доля водорода в HCl равна 1/36, мы можем найти массу водорода в 4,38 г HCl.
Масса водорода в HCl = 4,38 г * (1/36)
Масса водорода в HCl ≈ 0,122 г
Теперь, используя молярную массу водорода (1 г/моль), можно найти количество атомов водорода в молекуле Х:
Количество атомов водорода = 0,122 г / 1 г/моль = примерно 0,122 моль
Таким образом, у нас есть примерно 0,165 моль углерода и 0,122 моль водорода в каждой молекуле Х.
Теперь давайте сравним отношение количества атомов углерода и водорода с элементарной составляющей вещества Х. Исходя из этих данных, мы можем сказать, что молекулярная формула вещества Х имеет эмпирическую формулу CH₂.
2. Теперь составим структурную формулу вещества Х, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле.
Согласно эмпирической формуле CH₂, вещество Х состоит из одного атома углерода, связанного с двумя атомами водорода.
3. Наконец, запишем уравнение реакции нитрования вещества Х, используя структурную формулу вещества.
Вещество Х имеет формулу CH₂. При нитровании CH₂ смесью азотной и серной кислот образуется единственное мононитропроизводное. Уравнение реакции нитрования выглядит следующим образом:
CH₂ + HNO₃ → CH(NO₂)₂ + H₂O
В результате этой реакции образуется динитропропан (CH(NO₂)₂) и вода (H₂O).
Таким образом, ответы на задачу:
1. Молекулярная формула вещества Х: CH₂
2. Структурная формула вещества Х: H-C-H
3. Уравнение реакции нитрования вещества Х: CH₂ + HNO₃ → CH(NO₂)₂ + H₂O