Задание №33 — Типы расчётных задач
При сгорании 9 г органического вещества, не содержащего кислорода, получили углекислый газ, 12,6 г воды и 2,24 л азота (н.у.).
Известно, что это вещество может быть получено восстановлением соответствующего нитросоединения водородом в присутствии катализатора.
На основании данных условия задания:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества;
2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
3) напишите уравнение реакции получения данного вещества восстановлением соответствующего нитросоединения водородом в присутствии катализатора (используйте структурную формулу органического вещества).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
1) Вычисления и молекулярная формула.
n(H2O) = 12,6 г / 18 г/моль = 0,7 моль, значит n(H) = 2·0,7 моль = 1,4 моль, m(H) = 1,4 г.
n(N2) = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль, значит n(N) = 0,2 моль, m(N) = 0,2 моль · 14 г/моль = 2,8 г.
Кислорода в веществе нет, поэтому вся оставшаяся масса — углерод:
m(C) = 9 г − 1,4 г − 2,8 г = 4,8 г; n(C) = 4,8 г / 12 г/моль = 0,4 моль.
Соотношение: n(C) : n(H) : n(N) = 0,4 : 1,4 : 0,2 = 2 : 7 : 1, простейшая формула C2H7N.
Для двух атомов углерода и одного атома азота предельному (без кратных связей и циклов) составу отвечает C2H2·2+2+1N = C2H7N — предел по числу атомов водорода уже достигнут, поэтому удваивать индексы нельзя. Молекулярная формула — C2H7N, M = 45 г/моль.
Проверка: n(вещества) = 9 г / 45 г/моль = 0,2 моль, тогда n(C) = 2·0,2 = 0,4 моль и n(N) = 0,2 моль — сходится.
2) Структурная формула.
Вещество получают восстановлением нитросоединения, а такая реакция даёт первичный амин, поэтому из двух изомеров состава C2H7N подходит этиламин:
CH3–CH2–NH2
3) Уравнение реакции получения.
Соответствующее нитросоединение — нитроэтан:
CH3–CH2–NO2 + 3H2 → (кат., t°) CH3–CH2–NH2 + 2H2O
Проверка: слева C 2, H 5 + 6 = 11, N 1, O 2; справа C 2, H 7 + 4 = 11, N 1, O 2.
Ответ: молекулярная формула — C2H7N; структурная формула — CH3–CH2–NH2; уравнение реакции: CH3–CH2–NO2 + 3H2 → (кат., t°) CH3–CH2–NH2 + 2H2O.
Источник: ФИПИ