Химия 10 класс 10-X-4

6. Нахождение молекулярной формулы вещества

Задачи на определение формулы органического вещества бывают нескольких видов:

1) определение формулы вещества по массовым долям химических элементов или по общей формуле вещества;

2) определение формулы вещества по продуктам сгорания;

3) определение формулы вещества по химическим свойствам.

Пример

Разберём решение задачи для определения молекулярной формулы азотсодержащих органических веществ по продуктам их сгорания.

При сгорании `4,12` г органического вещества получается `3,584` л углекислого газа (н. у.), `448` мл азота (н. у.) и `3,24` г воды. При нагревании с соляной кислотой данное вещество подвергается гидролизу, продуктами которого являются соединения состава `"C"_2"H"_6"NO"_2"Cl"` и одноатомный спирт. На основании данных условия задания:

1) произведите вычисления, необходимые для установления молекулярной формулы органического вещества;

2) запишите молекулярную формулу исходного органического вещества;

3) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в молекуле;

4) напишите уравнение реакции гидролиза исходного вещества в присутствии соляной кислоты.

`m("C"_x"H"_y"N"_z"O"_w)=4,12  "г"`

`"V"("CO"_2)=3,584  "л"`

`"V"("N"_2)=448  "мл"`

`ul(m("H"_2"O")=3,24  "г")` 

`"C"_x"H"_y"N"_z"O"_w -?` 

`n` - количества вещества

`n=m//M`

`n="V"//"V"_m`


Решение

1) Вы­чис­лим ко­ли­че­ства ве­ществ уг­ле­кис­ло­го газа, азота и воды, об­ра­зу­ю­щих­ся при сго­ра­нии ор­га­ни­че­ско­го ве­ще­ства, а также ко­ли­че­ства и массы вхо­дя­щих в них эле­мен­тов:   

`n("CO"_2)=3,584//22,4=0,16` моль  

`n("C")=0,16` моль

`m("C")=12*0,16=1,92` г

`n("N"_2)=0,448//22,4=0,02` моль

`n("N")=0,04` моль

`m("N")=0,04*14=0,56` г

`n("H"_2"O")=3,24//18=0,18` моль

`n("H")=0,36` моль

`m("H")=0,36*1=0,36` г

Вы­чис­лим массу и ко­ли­че­ство ве­ще­ства кис­ло­ро­да, вхо­дя­ще­го в со­став ор­га­ни­че­ско­го со­еди­не­ния:

`m("O")=m("C"_x"H"_y"N"_z"O"_w)-m("C")-m("N")-m("H")=`

`=4,12-1,92-0,56-0,36=1,28` г

`n("O")=1,28//16=0,08` моль

Найдём отношение количества вещества элементов, которое равно отношению индексов в формуле вещества:

`x:y:z:w=0,16:0,36:0,04:0,08=4:9:1:2`

2) Мо­ле­ку­ляр­ная фор­му­ла ор­га­ни­че­ско­го со­еди­не­ния `-"C"_4"H"_9"NO"_2`. 

3) По­сколь­ку ис­ход­ное ор­га­ни­че­ское ве­ще­ство под­вер­га­ет­ся гид­ро­ли­зу и при гид­ро­ли­зе в при­сут­ствии со­ля­ной кис­ло­ты об­ра­зу­ет со­еди­не­ние `"C"_2"H"_6"NO"_2"Cl"` (гид­ро­хло­рид ами­но­ук­сус­ной кис­ло­ты) и спирт (эта­нол), то этим со­еди­не­ни­ем яв­ля­ет­ся эти­ло­вый эфир ами­но­ук­сус­ной кис­ло­ты:

H2N-CH2-C||-O-CH2-CH3                         O\begin{array}{l}{\mathrm H}_2\mathrm N-{\mathrm{CH}}_2-\underset{\vert\vert}{\mathrm C}-\mathrm O-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_3\\\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\mathrm O\end{array}

4) В при­сут­ствии со­ля­ной кис­ло­ты эти­ло­вый эфир ами­но­ук­сус­ной кис­ло­ты гид­ро­ли­зу­ет­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем гид­ро­хло­ри­да ами­но­ук­сус­ной кис­ло­ты и эта­но­ла (по­ми­мо гид­ро­ли­за хло­ро­во­до­род об­ра­зу­ет соль с мо­ле­ку­лой гли­ци­на):