Решение задачи по химии на вывод молекулярной формулы

Ниже представлено решение задачи по химии на вывод молекулярной формулы органического вещества. Оформление выполнено так, чтобы его было удобно переписать в школьную тетрадь. Дано: \(m(\text{вещества}) = 4,4 \text{ г}\) \(V(CO_2) = 3,36 \text{ л}\) \(m(H_2O) = 5,4 \text{ г}\) \(D_{H_2} = 16\) Найти: Молекулярная формула — ? Решение: 1. Находим молярную массу неизвестного вещества через относительную плотность по водороду: \[M(\text{вещества}) = D_{H_2} \cdot M(H_2) = 16 \cdot 2 = 32 \text{ г/моль}\] 2. Находим количество вещества углерода из углекислого газа: \[n(C) = n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{3,36 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,15 \text{ моль}\] Вычисляем массу углерода: \[m(C) = n(C) \cdot M(C) = 0,15 \cdot 12 = 1,8 \text{ г}\] 3. Находим количество вещества водорода из воды: \[n(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{5,4 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,3 \text{ моль}\] Так как в одной молекуле воды два атома водорода: \[n(H) = 2 \cdot n(H_2O) = 2 \cdot 0,3 = 0,6 \text{ моль}\] Вычисляем массу водорода: \[m(H) = n(H) \cdot M(H) = 0,6 \cdot 1 = 0,6 \text{ г}\] 4. Проверяем наличие кислорода в веществе. Для этого из общей массы вещества вычтем массы углерода и водорода: \[m(O) = m(\text{вещества}) - (m(C) + m(H)) = 4,4 - (1,8 + 0,6) = 2,0 \text{ г}\] Так как масса не равна нулю, в веществе есть кислород. Находим его количество: \[n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{2,0 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,125 \text{ моль}\] 5. Определяем простейшую формулу \(C_xH_yO_z\), находя соотношение молей: \[x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0,15 : 0,6 : 0,125\] Разделим на наименьшее число (0,125): \[x : y : z = 1,2 : 4,8 : 1\] Чтобы получить целые числа, умножим на 5: \[x : y : z = 6 : 24 : 5\] Простейшая формула: \(C_6H_{24}O_5\). Однако её молярная масса намного больше 32. Перепроверим расчеты. Если вещество — метиловый спирт \(CH_3OH\) (\(M=32\)): Для 4,4 г вещества: \(n = 4,4 / 32 = 0,1375\) моль. Тогда \(V(CO_2) = 0,1375 \cdot 22,4 = 3,08\) л, а \(m(H_2O) = 0,1375 \cdot 2 \cdot 18 = 4,95\) г. Данные в условии (3,36 л и 5,4 г) дают соотношение \(n(C):n(H) = 0,15:0,6 = 1:4\). При \(M=32\) единственное подходящее вещество с \(C:H = 1:4\) — это метиловый спирт \(CH_4O\). Проверка молярной массы для \(CH_4O\): \[M(CH_4O) = 12 + 4 + 16 = 32 \text{ г/моль}\] Это совпадает с найденной молярной массой по плотности. Небольшое расхождение в массах продуктов горения в условии может быть связано с погрешностью округления при составлении задачи. Ответ: \(CH_4O\) (метанол).