Решение: Окисление циклопентана перманганатом
Некоторое вещество было получено при окислении циклического углеводорода, не содержащего заместителей в цикле, перманганатом калия в присутствии серной кислоты. Это вещество содержит 45,45% углерода, 48,48% кислорода и 6,07% водорода по массе.
На основании данных условия задания:
1) проведите необходимые вычисления, указывая единицы измерения физических величин, и установите молекулярную формулу исходного органического вещества;
2) составьте структурную формулу исходного вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение получения этого вещества окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты, используя структурные формулы органических веществ.
Решение по шагам
5 шаговДля расчёта возьмём 100 г вещества. Массы элементов равны: $m(\mathrm{C})=45{,}45$ г, $m(\mathrm{H})=6{,}07$ г, $m(\mathrm{O})=48{,}48$ г.
Найдём количества вещества атомов каждого элемента:
$$n(\mathrm{C})=\frac{45{,}45\ \text{г}}{12\ \text{г/моль}}=3{,}7875\ \text{моль};\quad n(\mathrm{H})=\frac{6{,}07\ \text{г}}{1\ \text{г/моль}}=6{,}07\ \text{моль};\quad n(\mathrm{O})=\frac{48{,}48\ \text{г}}{16\ \text{г/моль}}=3{,}03\ \text{моль}$$Разделим все значения на наименьшее количество вещества, равное $3{,}03$ моль:
$$\frac{n(\mathrm{C})}{3{,}03}:\frac{n(\mathrm{H})}{3{,}03}:\frac{n(\mathrm{O})}{3{,}03}=1{,}25:2:1{,} \text{ или } 5:8:4$$Простейшая и молекулярная формула вещества — $\mathrm{C_5H_8O_4}$. Такое строение соответствует глутаровой кислоте, структурная формула которой $\mathrm{HOOC-(CH_2)_3-COOH}$.
Глутаровая кислота образуется при окислении циклопентана. Уравниваем реакцию в кислой среде:
$$\mathrm{C_5H_{10}+2KMnO_4+3H_2SO_4\rightarrow HOOC-(CH_2)_3-COOH+2MnSO_4+K_2SO_4+4H_2O}$$Молекулярная формула продукта: $\mathrm{C_5H_8O_4}$; исходный циклический углеводород — циклопентан $\mathrm{C_5H_{10}}$; продукт — глутаровая кислота $\mathrm{HOOC-(CH_2)_3-COOH}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают, что для получения целочисленного соотношения индексы нужно умножить на 4.
Путают циклопентан с циклогексаном.
Записывают формулу продукта без двух карбоксильных групп.
Неверно расставляют коэффициенты в уравнении реакции в кислой среде.