Решение: Формула калиевой соли
Органическое вещество содержит 2,06% водорода, 24,74% углерода, 32,99% кислорода и 40,21% калия по массе. Известно, что при нагревании этого вещества с избытком гидроксида калия образуется предельный углеводород. На основании данных условия задания: 1) проведите необходимые вычисления, указывая единицы измерения физических величин, и установите молекулярную формулу исходного вещества; 2) составьте возможную структурную формулу исходного вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции, протекающей при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида калия.
Решение по шагам
7 шаговРассмотрим $100\ \text{г}$ вещества. Массы элементов равны: $m(\mathrm{H})=2{,}06\ \text{г}$, $m(\mathrm{C})=24{,}74\ \text{г}$, $m(\mathrm{O})=32{,}99\ \text{г}$, $m(\mathrm{K})=40{,}21\ \text{г}$.
Вычислим количества вещества элементов:
$$n(\mathrm{H})=\frac{2{,}06}{1}=2{,}06\ \text{моль};\quad n(\mathrm{C})=\frac{24{,}74}{12}=2{,}0617\ \text{моль};\quad n(\mathrm{O})=\frac{32{,}99}{16}=2{,}0619\ \text{моль};\quad n(\mathrm{K})=\frac{40{,}21}{39}=1{,}031\ \text{моль}$$Делим все значения на наименьшее количество вещества, примерно $1{,}031\ \text{моль$}:
$$\mathrm{K:C:H:O}=1:2:2:2$$Следовательно, по приведённым массовым долям формула вещества должна быть $\mathrm{KC_2H_2O_2}$. Её молярная масса равна $M=39+2\cdot12+2\cdot1+2\cdot16=97\ \text{г/моль}$.
Проверим условие реакции. При нагревании калиевой соли карбоновой кислоты с гидроксидом калия образуется углеводород по схеме декарбоксилирования. Для образования предельного углеводорода из соединения с двумя атомами углерода исходным веществом должен быть ацетат калия $\mathrm{CH_3COOK}$.
Уравнение реакции для ацетата калия:
$$\mathrm{CH_3COOK + KOH \xrightarrow{t} CH_4 + K_2CO_3}$$Но формула ацетата калия $\mathrm{C_2H_3KO_2}$, а не $\mathrm{C_2H_2KO_2}$. Кроме того, массовая доля водорода в ацетате калия составляет примерно $2{,}34\%$, а не $2{,}06\%$. Поэтому все три пункта задания одновременно выполнить невозможно: в исходных данных, вероятно, допущена опечатка.
По массовым долям получается формула $\mathrm{KC_2H_2O_2}$, но она не согласуется с условием о получении предельного углеводорода. Для ожидаемой реакции исходным веществом должен быть ацетат калия $\mathrm{CH_3COOK}$: $\mathrm{CH_3COOK + KOH \xrightarrow{t} CH_4 + K_2CO_3}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Игнорирование несоответствия между рассчитанной формулой и уравнением реакции.
Запись формулы ацетата калия $\mathrm{CH_3COOK}$ при массовой доле водорода $2{,}06\%$ без проверки.
Неправильное уравнивание реакции декарбоксилирования.
Отсутствие единиц измерения при вычислении количеств вещества.