Дано (в СИ):
- Масса органического вещества = 17,42 г
- Объем углекислого газа (CO2) = 14,78 л (н. у.)
- Масса воды (H2O) = 9,5 г
Органическое вещество можно получить из соответствующего циклического углеводорода без заместителей в цикле окислением перманганатом калия в кислой среде.
Найти:
1) Молекулярную формулу органического вещества
2) Структурную формулу исходного вещества
3) Уравнение реакции получения этого вещества из циклического углеводорода и перманганата калия в кислой среде
Решение:
1) Нахождение молекулярной формулы органического вещества
Шаг 1. Находим количество углерода в 14,78 л углекислого газа (CO2) при нормальных условиях.
- Объем углекислого газа при нормальных условиях (н. у.) можно перевести в моли, используя, что 1 моль газа при н. у. занимает 22,4 л.
- Количество молей CO2 = 14,78 л / 22,4 л/моль = 0,66 моль.
Шаг 2. Определяем количество углерода в 0,66 моль CO2.
- 1 моль CO2 содержит 1 моль углерода, значит, в 0,66 моль CO2 содержится 0,66 моль углерода.
- Масса углерода = 0,66 моль × 12 г/моль = 7,92 г.
Шаг 3. Находим количество водорода в 9,5 г воды (H2O).
- Масса водорода в воде = 9,5 г × (2 г / 18 г) = 1,06 г.
- Количество молей водорода = 1,06 г / 1 г/моль = 1,06 моль.
Шаг 4. Определяем эмпирическую формулу органического вещества.
- Из массы углерода (7,92 г) и водорода (1,06 г) находим мольные соотношения.
- Количество молей углерода = 7,92 г / 12 г/моль = 0,66 моль.
- Количество молей водорода = 1,06 г / 1 г/моль = 1,06 моль.
- Соотношение углерода и водорода: C0,66 : H1,06 ≈ 1 : 1,6.
- Это соотношение можно округлить до C1 : H2.
Эмпирическая формула вещества: C6H12.
Шаг 5. Определяем молекулярную формулу.
- Масса органического вещества = 17,42 г.
- Молекулярная масса вещества = 6 × 12 + 12 × 1 = 72 г/моль.
- Количество моль органического вещества = 17,42 г / 72 г/моль = 0,24 моль.
Молекулярная формула органического вещества: C6H12.
Ответ: молекулярная формула органического вещества - C6H12.
2) Структурная формула исходного вещества
Вещество, молекулярная формула которого C6H12, соответствует циклогексану, так как это насыщенный углеводород с шестиугольной кольцевой структурой.
Структурная формула органического вещества:
C6H12 (циклогексан).
3) Уравнение реакции получения этого вещества из циклического углеводорода и перманганата калия в кислой среде
Для получения циклогексанола из циклогексана с помощью перманганата калия в кислой среде происходит окисление. Уравнение реакции:
C6H12 + 2 KMnO4 + 4 H2O → C6H12O + 2 MnO2 + 2 KOH.
Ответ:
1) Молекулярная формула органического вещества - C6H12.
2) Структурная формула - C6H12 (циклогексан).
3) Уравнение реакции получения:
C6H12 + 2 KMnO4 + 4 H2O → C6H12O + 2 MnO2 + 2 KOH.