Задачи 1. При сжигании 6 г органического вещества образовалось 6,72 л углекислого газа (н.у.) и 7,2 г воды. Плотность паров данного вещества по воздуху равна 2,07. Определите формулу данного вещества. 2. Какую массу нитробензола можно получить при взаимодействии 39 г бензола и 94,5 г азотной кислоты, если выход продукта от теоретически возможного составляет 80%.

Задача 1

Дано:

m(вещества) = 6 г

V(CO2) = 6,72 л (н.у.)

m(H2O) = 7,2 г

d(воздух) = 2,07

Найти: Формулу вещества.

1. Найдем количество вещества CO2:

\( \nu(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль} \)

Так как \( \nu(C) = \nu(CO_2) \), то \( \nu(C) = 0,3 \text{ моль} \).

m(C) = \( \nu(C) \cdot M(C) = 0,3 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 3,6 \text{ г} \).

2. Найдем количество вещества H2O:

\( \nu(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{7,2 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,4 \text{ моль} \)

Так как в молекуле воды 2 атома водорода, то \( \nu(H) = 2 \cdot \nu(H_2O) = 2 \cdot 0,4 \text{ моль} = 0,8 \text{ моль} \).

m(H) = \( \nu(H) \cdot M(H) = 0,8 \text{ моль} \cdot 1 \text{ г/моль} = 0,8 \text{ г} \).

3. Найдем молярную массу вещества:

M(вещества) = \( d(\text{воздух}) \cdot M(\text{воздух}) \). Средняя молярная масса воздуха примерно 29 г/моль.

M(вещества) = \( 2,07 \cdot 29 \text{ г/моль} \approx 60,03 \text{ г/моль} \).

Округляем до 60 г/моль.

4. Определим состав вещества:

m(O) = m(вещества) - m(C) - m(H) = 6 г - 3,6 г - 0,8 г = 1,6 г.

\( \nu(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{1,6 \text{ г}}{16 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль} \).

5. Найдем простейшую формулу:

Соотношение атомов C : H : O = \( \nu(C) : \nu(H) : \nu(O) = 0,3 : 0,8 : 0,1 \).

Разделим на наименьшее число (0,1):

C : H : O = 3 : 8 : 1.

Простейшая формула: \( C_3H_8O \).

Проверим молярную массу простейшей формулы:

M(C3H8O) = \( 3 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 16 = 36 + 8 + 16 = 60 \text{ г/моль} \).

Молярная масса простейшей формулы совпадает с молярной массой вещества. Следовательно, это и есть молекулярная формула.

Возможные изомеры: пропанол-1 (CH3CH2CH2OH), пропанол-2 (CH3CH(OH)CH3), метилэтиловый эфир (CH3OCH2CH3).

Ответ: Формула вещества — C3H8O.

Задача 2

Дано:

m(C6H6) = 39 г

m(HNO3) = 94,5 г

Выход продукта = 80%

Найти: m(C6H5NO2)

Реакция нитрования бензола:

\( C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O \)

1. Найдем количество вещества бензола:

M(C6H6) = \( 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 72 + 6 = 78 \text{ г/моль} \).

\( \nu(C_6H_6) = \frac{m(C_6H_6)}{M(C_6H_6)} = \frac{39 \text{ г}}{78 \text{ г/моль}} = 0,5 \text{ моль} \).

2. Найдем количество вещества азотной кислоты:

M(HNO3) = \( 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 1 + 14 + 48 = 63 \text{ г/моль} \).

\( \nu(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{94,5 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 1,5 \text{ моль} \).

3. Определим лимитирующий реагент:

По уравнению реакции, на 1 моль бензола требуется 1 моль азотной кислоты. У нас 0,5 моль бензола и 1,5 моль азотной кислоты. Бензол является лимитирующим реагентом.

4. Найдем теоретическую массу нитробензола:

M(C6H5NO2) = \( 6 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 72 + 5 + 14 + 32 = 123 \text{ г/моль} \).

Из 0,5 моль бензола теоретически может получиться 0,5 моль нитробензола.

Теоретическая масса нитробензола = \( \nu(C_6H_5NO_2) \cdot M(C_6H_5NO_2) = 0,5 \text{ моль} \cdot 123 \text{ г/моль} = 61,5 \text{ г} \).

5. Найдем фактическую массу нитробензола (с учетом выхода 80%):

m(C6H5NO2, факт.) = \( m(C_6H_5NO_2, теор.) \cdot \frac{\text{выход}}{100\%} = 61,5 \text{ г} \cdot \frac{80}{100} = 61,5 \text{ г} \cdot 0,8 = 49,2 \text{ г} \).

Ответ: Масса нитробензола, которую можно получить, составляет 49,2 г.