Решение: Определение формулы органического вещества
При сгорании 42 г органического вещества А образуется 35,84 л (н.у.) углекислого газа, 39,6 г воды и 4,48 л (н.у.) азота. Известно, что вещество А взаимодействует с водным раствором гидроксида калия при нагревании, при этом образуются два продукта, содержащие одинаковое количество атомов углерода.
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 формульной единице;
3) напишите уравнение реакции вещества А с водным раствором гидроксида калия при нагревании, используя структурные формулы органических веществ.
Решение по шагам
8 шаговВычислим количество вещества углекислого газа:
$$n(\mathrm{CO_2})=\dfrac{35{,}84\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=1{,}6\ \mathrm{моль}$$Следовательно, количество вещества атомов углерода в навеске равно $1{,}6$ моль. Найдём количество вещества воды и атомов водорода:
$$n(\mathrm{H_2O})=\dfrac{39{,}6\ \mathrm{г}}{18\ \mathrm{г/моль}}=2{,}2\ \mathrm{моль};\quad n(\mathrm{H})=2n(\mathrm{H_2O})=4{,}4\ \mathrm{моль}$$Количество вещества азота в виде молекул $\mathrm{N_2}$ составляет $0{,}2$ моль, поэтому количество вещества атомов азота равно $0{,}4$ моль:
$$n(\mathrm{N_2})=\dfrac{4{,}48\ \mathrm{л}}{22{,}4\ \mathrm{л/моль}}=0{,}2\ \mathrm{моль};\quad n(\mathrm{N})=0{,}4\ \mathrm{моль}$$Определим массы углерода, водорода и азота в навеске:
$$m(\mathrm{C})=1{,}6\cdot12=19{,}2\ \mathrm{г};\quad m(\mathrm{H})=4{,}4\cdot1=4{,}4\ \mathrm{г};\quad m(\mathrm{N})=0{,}4\cdot14=5{,}6\ \mathrm{г}$$Масса кислорода в веществе и его количество вещества:
$$m(\mathrm{O})=42-19{,}2-4{,}4-5{,}6=12{,}8\ \mathrm{г};\quad n(\mathrm{O})=\dfrac{12{,}8}{16}=0{,}8\ \mathrm{моль}$$Отношение количеств атомов элементов:
$$1{,}6:4{,}4:0{,}4:0{,}8=4:11:1:2$$Следовательно, молекулярная формула вещества: $\mathrm{C_4H_{11}NO_2}$. Она соответствует этилamмоний ацетату, состоящему из ионов этилamмония и ацетата:
$$[\mathrm{CH_3CH_2NH_3}]^+[\mathrm{CH_3COO}]^-$$При действии гидроксида калия образуются этиламин и ацетат калия. В каждом продукте содержится по два атома углерода:
$$[\mathrm{CH_3CH_2NH_3}]^+[\mathrm{CH_3COO}]^-+\mathrm{KOH}\xrightarrow{t}\mathrm{CH_3CH_2NH_2}+\mathrm{CH_3COOK}+\mathrm{H_2O}$$$\mathrm{C_4H_{11}NO_2}$; структурная формула $[\mathrm{CH_3CH_2NH_3}]^+[\mathrm{CH_3COO}]^-$; $[\mathrm{CH_3CH_2NH_3}]^+[\mathrm{CH_3COO}]^-+\mathrm{KOH}\xrightarrow{t}\mathrm{CH_3CH_2NH_2}+\mathrm{CH_3COOK}+\mathrm{H_2O}$.
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 из одной молекулы азота образуются два атома азота.
Определяют количество атомов водорода без умножения количества воды на два.
Записывают формулу этилового эфира уксусной кислоты, хотя она не содержит атома азота.
Не проверяют, что в двух продуктах реакции должно быть одинаковое число атомов углерода.