номер 5, страница 75 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. В результате сжигания в кислороде органического соединения массой $1,38 \text{ г}$ получено $2,64 \text{ г } \text{CO}_2$ и $1,62 \text{ г}$ воды. Установите молекулярную формулу органического соединения, если известно, что его молекула содержит один атом кислорода. Напишите возможные структурные формулы этого соединения.

Дано:
$m(\text{орг. в-ва}) = 1{,}38\text{ г}$
$m(\text{CO}_2) = 2{,}64\text{ г}$
$m(\text{H}_2\text{O}) = 1{,}62\text{ г}$
$N(\text{O в молекуле}) = 1$

Найти:
Молекулярную формулу вещества;
Возможные структурные формулы.

Решение:

1. Найдем количества вещества продуктов сгорания и соответствующих элементов ($\text{C}$ и $\text{H}$):

$$M(\text{CO}_2) = 12 + 16 \times 2 = 44\text{ г/моль}$$

$$n(\text{CO}_2) = \frac{m(\text{CO}_2)}{M(\text{CO}_2)} = \frac{2{,}64\text{ г}}{44\text{ г/моль}} = 0{,}06\text{ моль}$$

Так как в одной молекуле $\text{CO}_2$ содержится один атом углерода, то:
$n(\text{C}) = n(\text{CO}_2) = 0{,}06\text{ моль}$
$m(\text{C}) = n(\text{C}) \times M(\text{C}) = 0{,}06\text{ моль} \times 12\text{ г/моль} = 0{,}72\text{ г}$

$$M(\text{H}_2\text{O}) = 1 \times 2 + 16 = 18\text{ г/моль}$$

$$n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{1{,}62\text{ г}}{18\text{ г/моль}} = 0{,}09\text{ моль}$$

В одной молекуле воды содержится два атома водорода, следовательно:
$n(\text{H}) = 2 \times n(\text{H}_2\text{O}) = 2 \times 0{,}09\text{ моль} = 0{,}18\text{ моль}$
$m(\text{H}) = n(\text{H}) \times M(\text{H}) = 0{,}18\text{ моль} \times 1\text{ г/моль} = 0{,}18\text{ г}$

2. Проверим наличие кислорода в исходном органическом веществе:

$$m(\text{O}) = m(\text{орг. в-ва}) - m(\text{C}) - m(\text{H}) = 1{,}38\text{ г} - 0{,}72\text{ г} - 0{,}18\text{ г} = 0{,}48\text{ г}$$

Так как $m(\text{O}) > 0$, вещество содержит кислород. Найдем его количество вещества:

$$n(\text{O}) = \frac{m(\text{O})}{M(\text{O})} = \frac{0{,}48\text{ г}}{16\text{ г/моль}} = 0{,}03\text{ моль}$$

3. Установим простейшую формулу вещества $\text{C}_x\text{H}_y\text{O}_z$:

$$x : y : z = n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{O}) = 0{,}06 : 0{,}18 : 0{,}03$$

Разделим каждый член отношения на наименьшее число ($0{,}03$):

$$x : y : z = \frac{0{,}06}{0{,}03} : \frac{0{,}18}{0{,}03} : \frac{0{,}03}{0{,}03} = 2 : 6 : 1$$

Простейшая формула вещества — $(\text{C}_2\text{H}_6\text{O})_n$.

По условию задачи в молекуле содержится ровно один атом кислорода, следовательно, $n = 1$. Молекулярная формула соединения — $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$.

4. Составим возможные структурные формулы изомеров состава $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$:

• Одноатомный спирт (этанол): $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH}$
• Простой эфир (диметиловый эфир): $\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_3$

Ответ: молекулярная формула — $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$; возможные структурные формулы: этанол $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH}$ и диметиловый эфир $\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_3$.