Дано:
- Объем газообразного соединения = 1 л
- Масса газа (m) = 2,5 г
- Массовая доля углерода = 85,7%
Найти: Молекулярная формула данного соединения.
Решение:
1. Находим массу углерода в соединении:
m(C) = массовая доля углерода * масса соединения = 0,857 * 2,5 г = 2,1425 г.
2. Находим массу водорода в соединении:
m(H) = m - m(C) = 2,5 г - 2,1425 г = 0,3575 г.
3. Вычислим количество молей углерода и водорода.
Молярная масса углерода (C) = 12 г/моль.
Молярная масса водорода (H) = 1 г/моль.
n(C) = m(C) / M(C) = 2,1425 г / 12 г/моль ≈ 0,1787 моль.
n(H) = m(H) / M(H) = 0,3575 г / 1 г/моль = 0,3575 моль.
4. Найдем соотношение количества молей углерода и водорода, деля каждое значение на меньшее из них:
Для C: 0,1787 / 0,1787 = 1
Для H: 0,3575 / 0,1787 ≈ 2
Получаем соотношение 1 : 2.
5. Запишем эмпирическую формулу соединения: CH2.
6. Теперь найдем молекулярную массу эмпирической формулы:
M(CH2) = 12 г/моль + 2 * 1 г/моль = 14 г/моль.
7. Найдем молекулярную массу данного соединения по данным о массе газа и объеме:
Молярная масса газа (по уравнению состояния идеального газа):
P = 101,3 кПа, V = 1 л, T = 273 K (н. у.),
M = m / V * R * T / P = 2,5 г / 1 л * 8,31 Дж/(моль·К) * 273 К / 101,3 кПа = 60 г/моль.
8. Определим, сколько раз молекулярная масса соединения больше, чем эмпирическая:
n = M(молекулярная) / M(эмпирическая) = 60 г/моль / 14 г/моль ≈ 4,29.
Округляем до целого числа: n = 4.
9. Умножаем элементы эмпирической формулы на 4:
C(1*4)H(2*4) = C4H8.
Ответ: C4H8.