Задание №33 — Типы расчётных задач
При сгорании 3,6 г органического вещества А получили 896 мл углекислого газа (н.у.), 2,76 г карбоната калия и 0,36 г воды. Вещество А можно получить окислением карбонильного соединения Б.
На основании данных условия задачи:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А;
2) составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения вещества А из вещества Б (используйте структурные формулы органических веществ).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
1) Вычисления и молекулярная формула вещества А.
Калий при сгорании остаётся в карбонате калия, поэтому углерод распределён между CO2 и K2CO3.
n(CO2) = 0,896 л / 22,4 л/моль = 0,04 моль (896 мл = 0,896 л).
n(K2CO3) = 2,76 г / 138 г/моль = 0,02 моль, отсюда n(K) = 0,04 моль, m(K) = 0,04 моль · 39 г/моль = 1,56 г, и ещё 0,02 моль углерода.
Всего n(C) = 0,04 моль + 0,02 моль = 0,06 моль, m(C) = 0,72 г.
n(H2O) = 0,36 г / 18 г/моль = 0,02 моль, значит n(H) = 0,04 моль, m(H) = 0,04 г.
m(O) = 3,6 г − 0,72 г − 0,04 г − 1,56 г = 1,28 г, n(O) = 1,28 г / 16 г/моль = 0,08 моль.
n(C) : n(H) : n(K) : n(O) = 0,06 : 0,04 : 0,04 : 0,08 = 3 : 2 : 2 : 4. Простейшая формула C3H2K2O4, M = 180 г/моль.
Проверка: n(A) = 3,6 г / 180 г/моль = 0,02 моль, тогда n(K) = 2 · 0,02 = 0,04 моль — совпадает с опытом, формула истинная.
Два атома калия и четыре атома кислорода означают две карбоксилатные группы: вещество А — дикалиевая соль пропандиовой (малоновой) кислоты. Её получают окислением карбонильного соединения Б — пропандиаля OHC–CH2–CHO.
2) Структурная формула вещества А.
KOOC–CH2–COOK — малонат калия (ионы K+ и анион −OOC–CH2–COO−).
3) Уравнение реакции получения вещества А из вещества Б.
3OHC–CH2–CHO + 4KMnO4 + 2KOH → 3KOOC–CH2–COOK + 4MnO2↓ + 4H2O
Проверка: каждая молекула диальдегида отдаёт 4 электрона (две группы CHO по 2 электрона), марганец принимает 3 (от +7 до +4), поэтому 3 · 4 = 4 · 3 = 12 электронов; калий 4 + 2 = 3 · 2 = 6; кислород 6 + 16 + 2 = 12 + 8 + 4 = 24.
Ответ: молекулярная формула вещества А — C3H2K2O4 (M = 180 г/моль); структурная формула — KOOC–CH2–COOK; уравнение получения: 3OHC–CH2–CHO + 4KMnO4 + 2KOH → 3KOOC–CH2–COOK + 4MnO2↓ + 4H2O
Источник: ФИПИ