Химия

Неизвестное соединение сгорает с образованием $CO_2, H_2O$ и нелетучего остатка; следовательно, в состав исходного вещества входят углерод, водород и какой-то элемент, образующий нелетучий оксид или соль, разлагающуюся при действии серной кислоты с выделением газа. Такое поведение, так же как разложение с образованием горючих веществ, характерно для органических соединений, содержащих металлы,- солей, алкоголятов и т. д.

При действии избытка натрия на водный раствор вещества выделился водород, который при нормальных условиях занимает объем

$V_0 = \frac{VpT_0}{p_0T} = \frac {1235 \cdot 740 \cdot 273}{760 \cdot 293} = 1120$ мл $H_2$ (0,05 моля).

Вода, использованная как растворитель, реагирует с натрием, при этом выделяется водород

$H_2O + Na = NaOH + 1/2H_2$.

Из 1,8 г, т. е. из 0,1 моля, $H_2O$ ($M = 18$) выделится 0,05 моля, или 1120 мл, $H_2$. Следовательно, весь водород выделился за счет воды, имевшейся в растворе, а не в результате реакции исходного вещества с натрием.

Нелетучий остаток, образовавшийся при сожжении, мог быть карбонатом или оксидом. Однако выделение газа возможно только из карбоната, причем это должен быть карбонат щелочного металла (остальные карбонаты в условиях сожжения разлагаются с образованием оксидов). Объем выделившегося углекислого газа в пересчете на нормальные условия

$V_0^{ \prime} = \frac{p^{ \prime}V^{ \prime}T_0}{p_0T^{ \prime}} = \frac {247 \cdot 740 \cdot 273}{760 \cdot 293} = 224$ мл, т.е. 0,01 моль, $CO_2$.

При сожжении 1,64 г вещества получено $1,32 : 44 = 0,03 \: моля CO_2$, $0,54 : 18 = 0,03$ моля $H_2O$ и 1,06 г карбоната, выделившего 0,01 моля $CO_2$. Отсюда следует, что в 1,64 г вещества входило 0,04 моля углерода ($12 \cdot 0,04 = 0,48$ г) и 0,06 моля атомов водорода ($1 \cdot 0,06 = 0,06$), а на долю неизвестного металла и кислорода приходилось $1,64 - 0,48 - 0,06 = 1,10$ г.

При реакции карбоната М2С03 был получен 0,01 моль $CO_2$

$M_2CO_3 + H_2SO_4 = M_2SO_4 + CO_2 + H_2O$,

следовательно, 1,06 г карбоната также представляют собой 0,01 моля, и $М_{M_2CO_3} = 1,06 : 0,01 = 106$, откуда $M_{M_2CO_3} = 2A + 12 + 48 = 106$ и $A = 46 : 2 = 23$, что совпадает с атомной массой натрия. (Если бы при сожжении неожиданно получился бы карбонат двухвалентного металла, то аналогичный расчет по уравнению

$MCO_3 + H_2SO_4 = MSO_4 + CO_2 + H_2O$

не привел бы к какому-либо правдоподобному выводу). В 1,06 г (0,01 моля) $Na_2CO_3$ содержится $2 \cdot 23-0,01 = 0,46$ г (0,02 моля) натрия.

Таким образом, исследуемое вещество содержит 0,04 моля углерода, 0,06 моля водорода, 0,02 моля натрия и $1,64 - 0,48 - 0,06 - 0,46 = 0,64$ г, или $0,64 : 16 = 0,04$ моля атомов, кислорода

$C : H : O : Na = 0,04 : 0,06 : 0,04 : 0,02 = 2 : 3 : 2 : 1$.

Простейшая формула вещества $C_2H_3O_2Na$ отвечает молекулярной формуле ацетата натрия $CH_3COONa$.

При исследовании вещества были проведены следующие реакции:

$2CH_3COONa + 4O_2 \rightarrow Na_2CO_3 + 3CO_2 + 3H_2O$,
$Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + CO_2 + H_2O$,
$2CH_3COONa \rightarrow CH_3COCH_3 + Na_2CO_3$,
$2CH_3COONa \rightarrow CH_4 + Na_2CO_3 + H_2O + 2C$.

(В решении не рассматривается случай, когда при сожжении соли малоактивного металла, например серебра, несгораемый остаток представляет свободный металл-серебро,

$4CH_3COOAg + 7O_2 \rightarrow 8CO_2 + 6H_2O + 4Ag$,
$2Ag + 2H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + 2H_2O$.

При действии концентрированной серной кислоты на серебро будет выделяться $SO_2$, однако такой случай в данном примере не подтверждается расчетными данными.)