Дано:
- Масса органического вещества: m_вещества = 2,2 г.
- Плотность вещества по воздуху: ρ = 1,034 г/мл.
- Объем углекислого газа, образовавшегося при сгорании: V_CO2 = 3,36 л = 3,36 * 10⁻³ м³ (при нормальных условиях).
- Масса воды, образовавшейся при сгорании: m_воды = 3,6 г.
Найти:
- Формулу органического вещества.
Решение:
1. Определим количество вещества углекислого газа (CO2) и воды (H2O).
Для CO2 используем уравнение состояния идеального газа:
n_CO2 = (P * V) / (R * T),
где P — давление (при нормальных условиях P = 1 атм), V — объем углекислого газа, R — универсальная газовая постоянная (R = 8,31 Дж/(моль·К)), T — температура (при нормальных условиях T = 273,15 K).
При нормальных условиях 1 моль газа занимает 22,4 л, следовательно, для углекислого газа:
n_CO2 = V_CO2 / 22,4 л ≈ 3,36 л / 22,4 л ≈ 0,15 моль.
2. Рассчитаем количество вещества воды:
m_воды = n_H2O * M_H2O,
где M_H2O — молекулярная масса воды, M_H2O = 18 г/моль.
n_H2O = m_воды / M_H2O,
n_H2O = 3,6 г / 18 г/моль ≈ 0,2 моль.
3. Составим уравнение сгорания органического вещества.
Предположим, что органическое вещество состоит из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O). Пусть формула вещества имеет вид CxHyOz.
Уравнение сгорания будет следующим:
CxHyOz + (x + y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O.
Из данных:
- Количество моль CO2 равно x (так как на 1 моль углерода получается 1 моль CO2).
- Количество моль H2O равно y/2 (так как на 2 атома водорода приходится 1 моль H2O).
Из данных:
- n_CO2 = 0,15 моль (следовательно, x = 0,15).
- n_H2O = 0,2 моль (следовательно, y/2 = 0,2, то есть y = 0,4).
Теперь составим массовое уравнение для вещества:
Масса органического вещества = масса углерода + масса водорода + масса кислорода:
2,2 г = (x * M_C) + (y * M_H) + (z * M_O),
где M_C = 12 г/моль, M_H = 1 г/моль, M_O = 16 г/моль.
Подставим x = 0,15, y = 0,4:
2,2 г = (0,15 * 12) + (0,4 * 1) + (z * 16),
2,2 г = 1,8 + 0,4 + 16z.
Решим это уравнение для z:
2,2 г = 2,2 + 16z,
16z = 0,
z = 0.
Таким образом, органическое вещество не содержит кислорода, и его формула имеет вид C0,15H0,4.
4. Массовая доля углерода и водорода в органическом веществе:
- Углерод: 0,15 * 12 = 1,8 г.
- Водород: 0,4 * 1 = 0,4 г.
Ответ: Формула органического вещества — C0,15H0,4.