Решение: Установление формулы органического вещества
При сгорании $3{,}1\ \text{г}$ вещества А состава $\mathrm{C_xH_yO_zN_x}$ получено $1{,}8\ \text{г}$ воды. При взаимодействии вещества А этой же массы с избытком раствора гидроксида калия при нагревании (в мольном соотношении $1:2$) выделяется $0{,}85\ \text{г}$ аммиака и образуется органическое вещество Б, не содержащее азота.
1) Проведите необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин, и установите молекулярную формулу вещества А. 2) Составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле. 3) Напишите уравнение реакции вещества А с избытком раствора гидроксида калия при нагревании, используя структурные формулы органических веществ.
Решение по шагам
7 шаговВычислим количество вещества воды:
$$n(\mathrm{H_2O})=\frac{1{,}8\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}}=0{,}10\ \text{моль}$$Вычислим количество вещества аммиака:
$$n(\mathrm{NH_3})=\frac{0{,}85\ \text{г}}{17\ \text{г/моль}}=0{,}050\ \text{моль}$$По указанному в условии мольному соотношению $n(А):n(\mathrm{KOH})=1:2$ принимаем $n(А)=0{,}025\ \text{моль}$. Тогда молярная масса вещества А равна:
$$M(А)=\frac{3{,}1\ \text{г}}{0{,}025\ \text{моль}}=124\ \text{г/моль}$$Количество атомов водорода в одной молекуле определяется по воде:
$$y=\frac{2n(\mathrm{H_2O})}{n(А)}=\frac{2\cdot0{,}10}{0{,}025}=8$$Из количества аммиака следует, что в молекуле вещества А содержатся два атома азота. Так как в условии число атомов азота задано как $x$, получаем $x=2$. Из молярной массы:
$$12\cdot2+8+16z+14\cdot2=124,\quad z=4$$Формальная расчётная формула вещества А — $\mathrm{C_2H_8N_2O_4}$. Однако её индекс ненасыщенности равен нулю, поэтому в ней отсутствуют карбонильные группы. Следовательно, она не может давать при щелочном гидролизе два моля аммиака с образованием азотсодержащего органического производного без азота.
Таким образом, по приведённым числовым данным невозможно однозначно составить структурную формулу А и корректное уравнение реакции. Вероятно, в условии допущена опечатка в массе воды, массе аммиака, составе вещества или мольном соотношении.
Формальные расчёты дают $\mathrm{C_2H_8N_2O_4}$, но условие внутренне противоречиво, поэтому структурную формулу и уравнение реакции однозначно установить нельзя.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Записывают формулу оксамида $\mathrm{H_2NCOCONH_2}$, хотя её молекулярная формула $\mathrm{C_2H_4N_2O_2}$ не соответствует данным задачи.
Игнорируют то, что в условии состав вещества задан как $\mathrm{C_xH_yO_zN_x}$.
Составляют реакцию гидролиза для соединения с карбонильными группами, хотя расчётная формула $\mathrm{C_2H_8N_2O_4}$ имеет нулевую степень ненасыщенности.