Химия

8 класс

Установите молекулярную формулу соединения, если известно, что а) при сожжении 0,325 г этого вещества получено 0,314 г

$CO_2$ , 0,16 г

$H_2O$ и 43,8 мл

$N_2$ , который был собран над раствором

$KOH$ с концентрацией около 20 % при равных уровнях жидкости в газовой бюретке и уравнительной склянке; б) для определения молекулярной массы соединения использовано 0,182 г вещества с температурой кипения

$87^{\circ} C$ , причем в приборе Мейера парами этого вещества было вытеснено 49,6 мл воздуха, измеренного при разности уровней в эвдиометре и приборе в 7,5 см водяного столба; в) измерения проведены при температуре

$18^{\circ} C$ и атмосферном давлении 753 мм рт. ст.

При температуре

$18^{\circ} C$ давление насыщенного водяного пара равно 15,5 мм рт. ст., над 20 %-ным раствором

$KOH$ оно меньше и равно только 13 мм рт. ст. Для вычисления давления воздуха при разных уровнях жидкости в измерительной бюретке и уравнительной склянке необходимо знать разницу уровней жидкости (высоту столба жидкости) и плотности воды и ртути. Введем обозначения:

$p$ - атмосферное давление;

$p_2$ - давление паров воды при

$18^{\circ} C$ ;

$h_1$ - высота ртутного столба, вычисленная из высоты водяного столба (разности уровней);

$d_1$ - плотность ртути (

$13,5 г/см^3$ );

$d_2$ - плотность воды (

$1 г/см^3$ ).

$p_1 = p - p_2 - h_1, h_1 = \frac{75}{13,5} = 5,5$ мм рт. ст.,

$p_1 = 753 - 15,5 - 5,5 = 732$ мм рт. ст.

Объем газа при нормальных условиях

$V_0 = \frac {732 \cdot 49,6 \cdot 273}{760 \cdot 291}= 44,82$ мл.

Плотность паров взятого вещества

$d_x = \frac{0,182}{44,82} \: г/мл = \frac{182}{44,82} \: г/л$ .

При этом измеренная молекулярная масса

$M_x = \frac {182 \cdot 22,4}{44,82} = 91$ .

По результатам сожжения вещество содержит

$\frac {12 \cdot 0,314 \cdot 100}{44 \cdot 0,325} = 26,37$ %

$C$ ,

$\frac {2 \cdot 0,16 \cdot 100}{18 \cdot 0,325} = 5,54$ %

$H$ .

Собранный при

$18^{\circ} C$ и давлении

$753 - 13 = 740$ мм рт. ст. азот в пересчете на нормальные условия занимает объем

$V_0^{ \prime} = \frac {43,8 \cdot 740 \cdot 273}{760 \cdot 291} = 40,01$ мл.

Содержание азота в исследуемом веществе

$\frac {40,01 \cdot 28 \cdot 100}{22400 \cdot 0,325} = 15,39$ %

$N$ .

Общее содержание

$C, H$ и

$N$ :

$26,37 + 5,54 + 15,39 = 47,3$ %, и на долю кислорода приходится

$100 - 47,3 = 52,7$ %.
Общая формула исследуемого вещества

$C_xH_yO_zN_k$

$x : y : z : k = \frac{26,37}{12} : \frac{5,54}{1} : \frac{52,7}{16} : \frac{15,39}{14} = 1 : 2,52 : 1,50 : 0,55 \simeq 2 : 5 : 3 : 1$ .

Следовательно, простейшая формула вещества

$C_2H_5O_3N$ (

$M_0 = 91$ ), и, поскольку

$M_0 = M_{\: изм}$ , истинная молекулярная формула совпадает с простейшей.

Можно предложить ряд структурных формул для вещества состава

$C_2H_5O_3N$ , например