В результате исследования некоторого органического соединения удалось установить: оно содержит только атомы углерода, водорода и азота, массовая доля последнего равна 23,7 %. Число атомов водорода в молекуле органического соединения в 3 раза больше, чем атомов углерода. Установите молекулярную формулу органического вещества, если известно, что его молярная масса меньше 100 г/моль. Предложите возможную структурную формулу органического вещества. Учтите, что валентность азота равна III.
от

1 Ответ

дано:  
- Массовая доля азота (N) = 23,7 %  
- Число атомов водорода (H) в молекуле в 3 раза больше, чем атомов углерода (C).  
- Молярная масса соединения < 100 г/моль.  

найти:  
1. Молекулярную формулу органического вещества.  
2. Возможную структурную формулу органического вещества.  

решение:  
1. Пусть количество атомов углерода равно x. Тогда количество атомов водорода будет 3x, а количество атомов азота будет y.

Обозначим молекулярную формулу как CxHyNz. С учетом данных, можем записать:

- Химическая формула: CxH(3x)N
- Масса углерода (C) = 12 г/моль
- Масса водорода (H) = 1 г/моль
- Масса азота (N) = 14 г/моль

Составим уравнение для вычисления массовых долей:

Массовая доля азота:
(14y) / (12x + 3x + 14y) * 100% = 23,7%

Преобразуем уравнение:

14y = 0,237(12x + 3x + 14y)

14y = 0,237(15x + 14y)

14y - 0,237 * 14y = 0,237 * 15x

(14 - 0,237 * 14)y = 0,237 * 15x

(14 * (1 - 0,237))y = 0,237 * 15x

13,68y = 3,555x

y = 0,260x

Теперь мы знаем, что y = 0,260x. Чтобы найти целочисленные значения, подберем значения для x и y. Попробуем x = 5:

y = 0,260 * 5 ≈ 1,3 (это не целое число)

Попробуем x = 4:

y = 0,260 * 4 = 1,04 (приближенно 1)

Теперь подставим x = 4 и y = 1 в формулу:

C4H(3*4)N = C4H12N

Теперь проверим молярную массу:  
Молярная масса C4H12N = (4 * 12) + (12 * 1) + (14) = 48 + 12 + 14 = 74 г/моль.

Это значение меньше 100 г/моль.

2. Теперь предложим возможную структурную формулу органического вещества. Одним из вариантов может быть изобутанамин:

        H   H   H
         |   |   |
    H - C - C - N - H
         |   |
        H   C
             |
             H

ответ:  
1. Молекулярная формула органического вещества: C4H12N.  
2. Возможная структурная формула: изобутанамин (где один из атомов углерода связан с атомом азота).
от