Решение: Определение формулы вещества А
Вещество А содержит 9,30% углерода, 5,43% водорода, 49,62% кислорода, 10,85% азота и 24,80% серы по массе. Известно, что вещество А образуется при восстановлении вещества Б цинком в присутствии серной кислоты.
На основании данных условия задачи:
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, протекающей при восстановлении вещества Б цинком в присутствии серной кислоты, используя структурные формулы органических веществ.
Решение по шагам
6 шаговПримем массу вещества А равной $100\ \text{г}$. Тогда массы элементов численно равны их массовым долям: $m(\mathrm{C})=9{,}30\ \text{г}$, $m(\mathrm{H})=5{,}43\ \text{г}$, $m(\mathrm{O})=49{,}62\ \text{г}$, $m(\mathrm{N})=10{,}85\ \text{г}$, $m(\mathrm{S})=24{,}80\ \text{г}$.
Вычислим количества веществ элементов: $n(\mathrm{C})=\dfrac{9{,}30}{12}=0{,}775\ \text{моль}$; $n(\mathrm{H})=\dfrac{5{,}43}{1}=5{,}43\ \text{моль}$; $n(\mathrm{O})=\dfrac{49{,}62}{16}=3{,}10125\ \text{моль}$; $n(\mathrm{N})=\dfrac{10{,}85}{14}=0{,}775\ \text{моль}$; $n(\mathrm{S})=\dfrac{24{,}80}{32}=0{,}775\ \text{моль}$.
Разделим все количества веществ на наименьшее значение $0{,}775\ \text{моль}$: $\mathrm{C:H:N:O:S}=1:7:1:4:1$. Следовательно, простейшая и молекулярная формула вещества А — $\mathrm{CH_7NO_4S}$.
Формулу можно представить как ионное соединение метиламмония и гидросульфат-иона: $[\mathrm{CH_3NH_3}]^+[\mathrm{HSO_4}]^-$. Структурная запись: $\mathrm{CH_3-NH_3^+\ [HSO_4]^-}$.
При восстановлении нитрогруппы нитрометан превращается в метиламмоний. Балансируем реакцию цинком в серной кислоте: одна молекула нитрометана принимает шесть электронов, которые отдают три атома цинка.
Уравнение реакции: $\mathrm{CH_3-NO_2 + 3Zn + 4H_2SO_4 \rightarrow [CH_3-NH_3][HSO_4] + 3ZnSO_4 + 2H_2O}$.
$\mathrm{A: CH_7NO_4S = [CH_3NH_3][HSO_4]}$; $\mathrm{B: CH_3NO_2}$; $\mathrm{CH_3-NO_2 + 3Zn + 4H_2SO_4 \rightarrow [CH_3-NH_3][HSO_4] + 3ZnSO_4 + 2H_2O}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывать, что вещество А является ионным соединением метиламмония и гидросульфата.
Получить эмпирическое соотношение атомов, но не проверить соответствие структурной формуле.
Неверно подобрать коэффициент перед цинком.
Записать восстановление нитрометана до метиламина без учёта образования соли в присутствии серной кислоты.
Нарушить баланс атомов водорода, кислорода или серы в уравнении реакции.