Для определения молекулярной формулы вещества, исходя из данных о его сгорании, необходимо выполнить несколько шагов:
Определение массы углерода и водорода в веществе:
При сгорании вещества получаем оксид углерода (CO₂) и воду (H₂O). Зная массы этих продуктов, можем определить количество углерода и водорода в исходном веществе.
Масса углерода в CO₂:
- Молярная масса CO₂ = 12 (углерод) + 2*16 (кислород) = 44 г/моль.
- Массовая доля углерода в CO₂ = 12/44.
Масса углерода в 35,2 г CO₂:
[
\text{Масса углерода} = 35,2 \, \text{г} \times \frac{12}{44} = 9,6 \, \text{г}
]
Масса водорода в H₂O:
- Молярная масса H₂O = 2*1 (водород) + 16 (кислород) = 18 г/моль.
- Массовая доля водорода в H₂O = 2/18.
Масса водорода в 7,2 г H₂O:
[
\text{Масса водорода} = 7,2 \, \text{г} \times \frac{2}{18} = 0,8 \, \text{г}
]
Определение массы кислорода в веществе:
Общая масса вещества — 10,4 г. В нем содержатся углерод и водород общей массой 9,6 г и 0,8 г соответственно. Тогда масса кислорода:
[
\text{Масса кислорода} = 10,4 \, \text{г} - 9,6 \, \text{г} - 0,8 \, \text{г} = 0 \, \text{г}
]
Это свидетельствует о том, что в исходном веществе кислорода нет.
Определение эмпирической формулы:
Молярные массы элементов:
- Углерод (C) = 12 г/моль.
- Водород (H) = 1 г/моль.
Количество молей углерода:
[
n(\text{C}) = \frac{9,6 \, \text{г}}{12 \, \text{г/моль}} = 0,8 \, \text{моль}
]
Количество молей водорода:
[
n(\text{H}) = \frac{0,8 \, \text{г}}{1 \, \text{г/моль}} = 0,8 \, \text{моль}
]
Отношение количества молей углерода к водороду:
[
\frac{n(\text{C})}{n(\text{H})} = \frac{0,8}{0,8} = 1
]
Следовательно, эмпирическая формула вещества — CH.
Определение молекулярной формулы:
Относительная плотность газа по водороду (D) равна 13. Это означает, что его молекулярная масса в 13 раз больше молекулярной массы водорода (2 г/моль):
[
M = D \times 2 = 13 \times 2 = 26 \, \text{г/моль}
]
Молярная масса эмпирической формулы CH:
[
M(\text{CH}) = 12 + 1 = 13 \, \text{г/моль}
]
Сравнивая молекулярную массу вещества с массой эмпирической формулы:
[
\frac{26}{13} = 2
]
Следовательно, молекулярная формула вещества в два раза больше эмпирической:
[
\text{Молекулярная формула} = (\text{CH})_2 = \text{C}_2\text{H}_2
]
Таким образом, молекулярная формула вещества — C₂H₂.