При сжигании вещества массой 10,7 г получили 30,8 г СО2, 8 г воды и 1,4 г азота. Плотность паров по...

Для определения молекулярной формулы вещества нужно выполнить несколько шагов: определить эмпирическую формулу, а затем связать её с молекулярной формулой, используя плотность паров вещества.

Шаг 1. Определение состава вещества

Из условия задачи известно, что при сжигании вещества массой 10,7 г образовались продукты:

• 30,8 г ( \text{CO}_2 ),
• 8,0 г ( \text{H}_2\text{O} ),
• 1,4 г азота (( N_2 )).

Предполагается, что вещество состоит из углерода (( C )), водорода (( H )), азота (( N )) и, возможно, кислорода (( O )).

Углерод (( C )):

Масса углерода в ( \text{CO}_2 ) определяется через массовую долю углерода в углекислом газе. В молекуле ( \text{CO}_2 ) на углерод приходится 12 (молярная масса углерода) из 44 (молярная масса ( \text{CO}_2 )).

[ mC = m{\text{CO}_2} \cdot \frac{12}{44} ]

[ m_C = 30{,}8 \cdot \frac{12}{44} = 8{,}4 \, \text{г}. ]

Водород (( H )):

Масса водорода в ( \text{H}_2\text{O} ) определяется через массовую долю водорода в воде. В молекуле ( \text{H}_2\text{O} ) на водород приходится 2 (молярная масса двух атомов водорода) из 18 (молярная масса воды).

[ mH = m{\text{H}_2\text{O}} \cdot \frac{2}{18} ]

[ m_H = 8{,}0 \cdot \frac{2}{18} = 0{,}89 \, \text{г}. ]

Азот (( N )):

Из условия задачи известно, что масса азота составляет ( 1,4 \, \text{г} ).

Кислород (( O )):

Общая масса вещества равна ( 10,7 \, \text{г} ). Масса кислорода рассчитывается по разности между общей массой вещества и массами ( C ), ( H ), ( N ):

[ mO = m{\text{вещества}} - (m_C + m_H + m_N) ]

[ m_O = 10{,}7 - (8{,}4 + 0{,}89 + 1{,}4) = 10{,}7 - 10{,}69 \approx 0{,}01 \, \text{г}. ]

Масса кислорода практически равна нулю, поэтому вещество можно считать безкислородным.

Шаг 2. Определение соотношения атомов

Теперь вычислим количество молей каждого элемента:

• Для углерода (( C )):

[ n_C = \frac{m_C}{M_C} = \frac{8{,}4}{12} = 0{,}7 \, \text{моль}. ]

• Для водорода (( H )):

[ n_H = \frac{m_H}{M_H} = \frac{0{,}89}{1} = 0{,}89 \, \text{моль}. ]

• Для азота (( N )):

[ n_N = \frac{m_N}{M_N} = \frac{1{,}4}{14} = 0{,}1 \, \text{моль}. ]

Теперь определим соотношение атомов ( C:H:N ), разделив все значения на самое малое количество молей (( 0{,}1 )):

[ \frac{n_C}{0{,}1} = \frac{0{,}7}{0{,}1} = 7, \quad \frac{n_H}{0{,}1} = \frac{0{,}89}{0{,}1} \approx 9, \quad \frac{n_N}{0{,}1} = \frac{0{,}1}{0{,}1} = 1. ]

Эмпирическая формула вещества: ( \text{C}_7\text{H}_9\text{N} ).

Шаг 3. Определение молекулярной формулы

Для определения молекулярной формулы используем плотность паров по воздуху. Известно, что плотность паров по воздуху равна 3,69. Отсюда можно найти молекулярную массу вещества:

[ M{\text{вещества}} = 3{,}69 \cdot M{\text{воздуха}}. ]

Молярная масса воздуха принимается равной ( 29 \, \text{г/моль} ):

[ M_{\text{вещества}} = 3{,}69 \cdot 29 = 107 \, \text{г/моль}. ]

Молярная масса эмпирической формулы ( \text{C}_7\text{H}_9\text{N} ) равна:

[ M_{\text{C}_7\text{H}_9\text{N}} = 7 \cdot 12 + 9 \cdot 1 + 14 = 107 \, \text{г/моль}. ]

Поскольку молярная масса эмпирической формулы совпадает с молекулярной массой вещества, молекулярная формула совпадает с эмпирической:

[ \text{Молекулярная формула: } \text{C}_7\text{H}_9\text{N}. ]

Ответ:

Молекулярная формула вещества: ( \text{C}_7\text{H}_9\text{N} ).

Для определения молекулярной формулы вещества, сожжённого в данном эксперименте, начнём с анализа полученных продуктов сгорания: углекислого газа (CO₂), воды (H₂O) и азота (N₂).

1. Определение количества вещества (молей):

   • CO₂: [ \text{Молярная масса CO₂} = 12 + 2 \times 16 = 44 \, \text{г/моль} ] [ n_{\text{CO₂}} = \frac{30,8 \, \text{г}}{44 \, \text{г/моль}} \approx 0,70 \, \text{моль} ]

   • H₂O: [ \text{Молярная масса H₂O} = 2 + 16 = 18 \, \text{г/моль} ] [ n_{\text{H₂O}} = \frac{8 \, \text{г}}{18 \, \text{г/моль}} \approx 0,44 \, \text{моль} ]

   • N₂: [ \text{Молярная масса N₂} = 2 \times 14 = 28 \, \text{г/моль} ] [ n_{\text{N₂}} = \frac{1,4 \, \text{г}}{28 \, \text{г/моль}} \approx 0,05 \, \text{моль} ]

2. Определение количества углерода, водорода и азота:

   • Углерод (C): Каждый моль CO₂ содержит 1 моль углерода. [ nC = n{\text{CO₂}} \approx 0,70 \, \text{моль} ]

   • Водород (H): Каждый моль H₂O содержит 2 моля водорода. [ nH = 2 \times n{\text{H₂O}} \approx 2 \times 0,44 \approx 0,88 \, \text{моль} ]

   • Азот (N): Каждый моль N₂ содержит 2 моля азота. [ nN = 2 \times n{\text{N₂}} \approx 2 \times 0,05 \approx 0,10 \, \text{моль} ]

3. Соотношение элементов:

   У нас есть:

   • Углерод (C): 0,70 моль
   • Водород (H): 0,88 моль
   • Азот (N): 0,10 моль

   Теперь найдем наименьшее целое соотношение:

   • Для этого поделим каждое количество на наименьшее из них, то есть на 0,10: [ C: \frac{0,70}{0,10} = 7 ] [ H: \frac{0,88}{0,10} = 8.8 \approx 9 ] [ N: \frac{0,10}{0,10} = 1 ]

   Таким образом, соотношение C:H:N составляет 7:9:1.

4. Определение молекулярной формулы:

   На основе соотношений, молекулярная формула может быть записана как ( C7H{18}N ) (если округлить H до 9).

5. Проверка плотности паров:

   Плотность паров проверяется по формуле: [ D = \frac{M}{V_m} ] где ( V_m = 22,4 \, \text{л/моль} ) при нормальных условиях. Известно, что плотность паров по воздуху равна 3,69, значит: [ 3,69 = \frac{M}{22,4} \rightarrow M = 3,69 \times 22,4 \approx 82,6 \, \text{г/моль} ]

   Молярная масса ( C7H{18}N ): [ M = 7 \times 12 + 18 \times 1 + 14 = 84 + 18 + 14 = 116 \, \text{г/моль} ]

   Поскольку полученная молярная масса значительно больше расчетной, возможно, необходимо упростить формулу.

6. Итог: Проведя все вычисления, можно предположить, что молекулярная формула данного вещества будет ( C7H{9}N ) или ( C7H{18}N ) в зависимости от округления. Однако, исходя из массы и плотности, можно предположить, что более корректной является ( C7H{15}N ) или близкие к ней варианты, поскольку полное соответствие не выявлено.

Таким образом, молекулярная формула вещества, сожжённого в эксперименте, можно записать как ( C7H{15}N ) или аналогично ( C7H{18}N ) в зависимости от точности округления.

Для определения молекулярной формулы вещества необходимо рассчитать количество молей углерода (C), водорода (H) и азота (N) в образовавшихся продуктах сгорания.

1. Расчет молей углерода (C) из CO2:

   • Молярная масса CO2 = 12 (C) + 32 (O2) = 44 г/моль.
   • Количество молей CO2 = 30,8 г / 44 г/моль = 0,7 моль.
   • Количество атомов углерода = 0,7 моль.

2. Расчет молей водорода (H) из H2O:

   • Молярная масса H2O = 2 (H) + 16 (O) = 18 г/моль.
   • Количество молей H2O = 8 г / 18 г/моль = 0,444 моль.
   • Количество атомов водорода = 0,444 моль × 2 = 0,888 моль.

3. Расчет молей азота (N):

   • Молярная масса N = 14 г/моль.
   • Количество молей N = 1,4 г / 14 г/моль = 0,1 моль.

Теперь у нас есть:

• C: 0,7 моль
• H: 0,888 моль
• N: 0,1 моль

Для получения простых целых чисел делим все значения на наименьшее количество молей (0,1 моль):

• C: 0,7 / 0,1 = 7
• H: 0,888 / 0,1 = 8.88 ≈ 9
• N: 0,1 / 0,1 = 1

Таким образом, соотношение атомов: C7H9N.

С учетом того, что плотность паров по воздуху равна 3,69, молекулярная масса вещества может быть определена по формуле: [ \text{Молярная масса} = \text{Плотность паров} \times 29 \, (\text{молярная масса воздуха}) = 3,69 \times 29 \approx 107 г/моль. ]

Теперь проверим молекулярную массу C7H9N:

• C: 7 × 12 = 84 г/моль
• H: 9 × 1 = 9 г/моль
• N: 1 × 14 = 14 г/моль
• Общая молярная масса = 84 + 9 + 14 = 107 г/моль.

Молекулярная формула вещества: C7H9N.