Решение: Формула органического вещества
Органическое вещество содержит 2,47% водорода, 29,63% углерода, 39,5% кислорода и 28,4% натрия по массе. Известно, что при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида натрия образуется предельный углеводород.
На основании данных условия задания:
1) проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу исходного вещества;
2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции, протекающей при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида натрия, используя структурные формулы органических веществ.
Решение по шагам
7 шаговРассчитаем количества вещества элементов в 100 г соединения:
$$n(\mathrm{C})=\frac{29{,}63}{12}=2{,}469;\quad n(\mathrm{H})=\frac{2{,}47}{1}=2{,}47;\quad n(\mathrm{O})=\frac{39{,}5}{16}=2{,}469;\quad n(\mathrm{Na})=\frac{28{,}4}{23}=1{,}235$$Делим все значения на наименьшее значение $1{,}235$ и получаем отношение атомов:
$$\mathrm{C:H:O:Na}=2:2:2:1$$Следовательно, по данным массовых долей эмпирическая формула имеет вид:
$$\mathrm{C_2H_2O_2Na}$$Проверим возможность построения структурной формулы. Для соли карбоновой кислоты, которая при нагревании с избытком гидроксида натрия даёт алкан, должна выполняться реакция декарбоксилирования: $\mathrm{RCOONa+NaOH\rightarrow RH+Na_2CO_3}$. Формула соли должна содержать группу $\mathrm{-COONa}$.
Формула $\mathrm{C_2H_2O_2Na}$ не позволяет построить нейтральную структурную формулу соли карбоновой кислоты: при двух атомах углерода и двух атомах кислорода должна была бы получиться соль уксусной кислоты $\mathrm{CH_3COONa}$, имеющая состав $\mathrm{C_2H_3O_2Na}$.
Для ацетата натрия реакция с гидроксидом натрия записывается так:
$$\mathrm{CH_3COONa+NaOH\xrightarrow{t}CH_4+Na_2CO_3}$$Но массовые доли в ацетате натрия равны примерно 3,66% водорода, 29,27% углерода, 39,02% кислорода и 28,05% натрия, а не значениям, приведённым в условии.
По приведённым массовым долям получается соотношение $\mathrm{C:H:O:Na}=2:2:2:1$ и формула $\mathrm{C_2H_2O_2Na}$, но она химически несовместима с требуемой реакцией. Вероятная исправленная формула исходного вещества — $\mathrm{CH_3COONa}$; тогда $\mathrm{CH_3COONa+NaOH\xrightarrow{t}CH_4+Na_2CO_3}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Принимать формулу $\mathrm{C_2H_2O_2Na}$ за формулу ацетата натрия.
Не проверять валентность и электронейтральность полученной формулы.
Записывать для ацетата натрия неверное количество атомов водорода.
Игнорировать расхождение между рассчитанными и указанными массовыми долями.