Решение: Определение формулы амина
При сгорании 9 г органического вещества, не содержащего кислорода, получили углекислый газ, 12,6 г воды и 2,24 л азота (н.у.).
Известно, что это вещество может быть получено восстановлением соответствующего нитросоединения водородом в присутствии катализатора.
На основании данных условия задания:
1) проведите необходимые вычисления, указывая единицы измерения искомых физических величин, и установите молекулярную формулу органического вещества;
2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения данного вещества восстановлением соответствующего нитросоединения водородом в присутствии катализатора, используя структурную формулу органического вещества.
Решение по шагам
7 шаговОпределим количество вещества воды:
$$n(\mathrm{H_2O})=\dfrac{12{,}6\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}}=0{,}7\ \text{моль}$$В 0,7 моль воды содержится 1,4 моль атомов водорода, поэтому масса водорода в исходном веществе равна:
$$n(\mathrm{H})=2n(\mathrm{H_2O})=1{,}4\ \text{моль};\quad m(\mathrm{H})=1{,}4\ \text{г}$$Определим количество вещества и массу азота. При сгорании образовалось 0,1 моль молекул азота, то есть 0,2 моль атомов азота:
$$n(\mathrm{N_2})=\dfrac{2{,}24\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}}=0{,}1\ \text{моль};\quad n(\mathrm{N})=0{,}2\ \text{моль};\quad m(\mathrm{N})=0{,}2\cdot14=2{,}8\ \text{г}$$Так как исходное вещество не содержит кислорода, масса углерода равна разности между массой вещества и массами водорода и азота:
$$m(\mathrm{C})=9-1{,}4-2{,}8=4{,}8\ \text{г};\quad n(\mathrm{C})=\dfrac{4{,}8\ \text{г}}{12\ \text{г/моль}}=0{,}4\ \text{моль}$$Найдём соотношение количеств атомов элементов:
$$n(\mathrm{C}):n(\mathrm{H}):n(\mathrm{N})=0{,}4:1{,}4:0{,}2=2:7:1$$Следовательно, молекулярная формула вещества — $\mathrm{C_2H_7N}$. С учётом указания на получение восстановлением нитросоединения выбираем первичный амин этиламин:
$$\mathrm{CH_3-CH_2-NH_2}$$Этиламин получают восстановлением нитроэтана водородом в присутствии катализатора:
$$\mathrm{CH_3-CH_2-NO_2+3H_2\xrightarrow{催化тор}\ CH_3-CH_2-NH_2+2H_2O}$$$\mathrm{C_2H_7N}$; структурная формула: $\mathrm{CH_3-CH_2-NH_2}$. Уравнение: $\mathrm{CH_3-CH_2-NO_2+3H_2\xrightarrow{Ni}\ CH_3-CH_2-NH_2+2H_2O}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
При расчёте количества азота учитывают 0,1 моль молекул $\mathrm{N_2}$ вместо 0,2 моль атомов азота.
Забывают, что масса углерода определяется по разности, поскольку исходное вещество не содержит кислорода.
Записывают формулу $\mathrm{C_2H_7N}$ без структурной формулы.
Неправильно расставляют коэффициенты в реакции восстановления нитроэтана.