Задания 35 (2019). Нахождение формулы органического вещества. Задание №1 Органическое вещество содержит 40,68% углерода, 54,24% кислорода и 5,08% водорода по массе. При нагревании с водным раствором гидроксида натрия данное вещество подвергается гидролизу с образованием двух продуктов в соотношении 2 : 1, первый из которых имеет состав СHО2Na. 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 гидролиза исходного вещества в растворе гидроксида натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C4H6O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно определяет порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции гидролиза искомого вещества в растворе гидроксида натрия: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда в таком количестве данного вещества будут содержаться: 5,08 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 5,08 г/1 г/моль = 5,08 моль; 40,68 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 40,68 г/12 г/моль = 3,39 моль; 54,24 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 54,24 г/16 г/моль= 3,39 моль; Обозначим простейшую формулу искомого соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 3,39 : 5,08 : 3,39 = 2 : 3 : 2. Т.е. простейшая формула искомого соединения C2H3O2, однако в кислородсодержащих соединениях число атомов водорода в молекуле не может быть нечетным числом, следовательно, нам нужно как минимум удвоить индексы, получим формулу − C4H6O4. Таким образом, возможная истинная формула данного соединения − C4H6O4. 2) Поскольку при нагревании с водным раствором гидроксида натрия данное вещество подвергается гидролизу с образованием двух продуктов в соотношении 2 : 1, первый из которых имеет состав СHО2Na (формиат натрия), следовательно, исходная молекула органического соединения состоит из остатков двух молекул муравьиных кислот и одной молекулы двухатомного спирта с 2 атомами углерода в структуре − этиленгликоля. Структурная формула исходного органического соединения выглядит следующим образом: 3) Уравнение гидролиза данного соединения в растворе гидроксида натрия запишем в виде: Видеоразбор этой задачи на нашем ютуб-канале: Задание №2 При сжигании образца органического вещества массой 5,84 г получено 10,56 г углекислого газа и 3,6 г воды. При нагревании с водным раствором гидроксида калия данное вещество подвергается гидролизу с образованием двух продуктов, один из которых имеет состав С2H3О2K. 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 гидролиза исходного вещества в растворе гидроксида калия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: С2H3О2K 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции гидролиза искомого вещества в растворе гидроксида калия: Решение: 1) ν(CO2) = m(CO2)/M(CO2) = 10,56 г/44 г/моль = 0,24 моль, следовательно, ν(С) = ν(CO2) = 0,24 моль m(C) = M(C) · ν(С) = 12 г/моль · 0,24 моль = 2,88 г ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 3,6 г/18 г/моль = 0,2 моль следовательно, ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль m(H) = M(H) · ν(H) = 1 г/моль · 0,4 моль = 0,4 г Проверим, есть ли в соединении кислород: m(O) = m(орг. в-ва) − m(C) − m(H) = 5,84 г − 2,88 г − 0,4 г = 2,56 г, следовательно, ν(O) = m(O)/M(O) = 2,56 г/16 г/моль = 0,16 моль. Найдем простейшую формулу данного соединения. Представим ее как CxHyOz: x : y : z = 0,24 : 0,4 : 0,16 = 3 : 5 : 2. Т.е. простейшая формула искомого соединения − C3H5O2, однако в кислородсодержащих соединениях число водорода в молекуле не может быть нечетным числом, следовательно, нам нужно удвоить индексы, получим истинную формулу – C6H10O4. Таким образом, истинная формула соединения C6H10O4. 2) Поскольку при нагревании с водным раствором гидроксида калия данное вещество подвергается гидролизу с образованием двух продуктов, один из которых имеет состав С2H3О2K (ацетат калия), следовательно, исходная молекула органического соединения состоит из остатков двух молекул уксусных кислот и одной молекулы двухатомного спирта с 2 атомами углерода в цепи − этиленгликоля. Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Щелочной гидролиз искомого соединения приводит к образованию к ацетату калия и этиленгликоля: Задание №3 Некоторое вещество было получено при окислении циклического углеводорода, не содержащего заместителей в цикле, перманганатом калия в присутствии серной кислоты. Это вещество содержит 45,45% углерода, 48,48% кислорода и 6,07% водорода по массе. 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 получения этого вещества окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C5H8O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение получения этого вещества окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты: Пояснение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 6,07 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 6,07 г/1 г/моль = 6,07 моль; 45,45 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 45,45 г/12 г/моль = 3,7875 моль; 48,48 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 48,48 г/16 г/моль= 3,03 моль; Обозначим простейшую формулу искомого органического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 3,7875 : 6,07 : 3,03 = 1,25 : 2 : 1 = 5 : 8 : 4. Т.е. простейшая формула искомого соединения C5H8O4. Исходное органическое соединение является циклическим, которое при окислении перманганатом в кислой среде дает искомое соединение. Предположительно, циклическим соединением является пятичленное кольцо с двойной связью – циклопентен. Тогда при окислении циклопентена образуется пентандиовая кислота, и в нашем случае простейшая формула совпадает с истинной. 2) При окислении циклопентена перманганатом калия в кислой среде происходит разрыв двойной связи и образуется дикарбоновая кислота с пятью атомами углерода – пентандиовая кислота. Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Уравнение получения пентандиовой кислоты окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты запишем в виде: Задание №4 При сжигании образца органического вещества массой 19,5 г получено 26,21 л (н.у.) углекислого газа и 11,7 г воды. Данное вещество подвергается гидролизу под действием гидроксида натрия с образованием двух солей. 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 гидролиза данного вещества в присутствии гидроксида натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: С9H10О2 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение гидролиза данного вещества в присутствии гидроксида натрия: Пояснение: 1) ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 26,21 л/22,4 г/моль = 1,17 моль, следовательно, ν(С) = ν(CO2) = 1,17 моль, m(C) = M(C) · ν(С) = 12 г/моль · 1,17 моль = 14,04 г, ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 11,7 г/18 г/моль = 0,65 моль, следовательно, ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 0,65 моль = 1,3 моль, m(H) = M(H) · ν(H) = 1 г/моль · 1,3 моль = 1,3 г. Проверим, есть ли в соединении кислород: m(O) = m(орг. в-ва) − m(C) − m(H) = 19,5 г − 14,04 г − 1,3 г = 4,16 г, следовательно, ν(O) = m(O)/M(O) = 4,16 г/16 г/моль = 0,26 моль. Найдем простейшую формулу данного соединения. Представим ее как CxHyOz: x : y : z = 1,17 : 1,3 : 0,26 = 4,5 : 5 : 1 = 9 : 10 : 2. Т.е. простейшая формула исходного соединения – C9H10O2. Исходя из высокого соотношения атомов углерода в молекуле, следует предположить, что молекула содержит фрагмент ароматического соединения с 6 атомами углерода. Щелочной гидролиз органического вещества с образованием двух солей протекает в том случае, если одним из его фрагментов исходного вещества является остаток фенола. Следовательно, что простейшая формула совпадает с истинной. 2) Если исходная молекула содержит остаток молекулы фенола (C6H5O-), тогда вторым фрагментом является остаток пропионовой кислоты. Таким образом, структурная формула искомого органического соединения: 3) При щелочном гидролизе искомого соединения образуются фенолят натрия, пропионат натрия и вода: Задание №5 При сжигании образца органического вещества массой 5,22 г получено 5,376 л (н.у.) углекислого газа и 3,78 г воды. При нагревании в присутствии кислоты данное вещество подвергается гидролизу с образованием двух продуктов, один из которых имеет состав С3H6О2. 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 гидролиза исходного вещества в кислой среде (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: С8H14О4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле:3) уравнение реакции гидролиза исходного вещества в кислой среде: Пояснение: 1) ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 5,376 л/22,4 г/моль = 0,24 моль; следовательно, ν(С) = ν(CO2) = 0,24 моль; m(C) = M(C) · ν(С) = 12 г/моль · 0,24 моль = 2,88 г; ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 3,78 г/18 г/моль = 0,21 моль; следовательно, ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 0,21 моль = 0,42 моль; m(H) = M(H) · ν(H) = 1 г/моль · 0,42 моль = 0,42 г. Проверим, есть ли в соединении кислород: m(O) = m(орг. в-ва) − m(C) − m(H) = 5,22 г − 2,88 г − 0,42 г = 1,92 г, следовательно, ν(O) = m(O)/M(O) = 1,92 г/16 г/моль = 0,12 моль. Найдем простейшую формулу данного соединения. Представим ее как CxHyOz: x : y : z = 0,24 : 0,42 : 0,12 = 2 : 3 : 1. Т.е. простейшая формула искомого соединения – C2H3O, однако в кислородсодержащих соединениях число атомов водорода в молекуле не может быть нечетным числом, следовательно, истинными формулами могут быть вещества состава C4H6O2, C8O12O4 и т.д. Предположим, что при кислотном гидролизе образующееся соединение С4H6О2 (удовлетворяет условию задания) является пропионовой кислотой, то исходным соединением − сложный эфир. Если эфир образован одним остатком кислоты и одним остатком спирта, то в молекуле эфира содержится два атома кислорода, следовательно, простейшая формула C4H6O2 не является истинной. Если эфир образован остатками двух карбоновых кислот или двух спиртов, то в исходной молекуле должно содержаться 4 атома кислорода. По условию задачи при гидролизе образуется пропионовая кислота, следовательно, вторым фрагментом исходной молекулы искомого органического соединения является двухатомный спирт, и истинной формулой органического вещества является формула C8O12O4. 2) При кислотном гидролизе искомого органического соединения образуется пропионовая кислота, следовательно, вторым фрагментом молекулы является двухатомный спирт с 2 атомами углерода – этиленгликоль. Структурная формула искомого органического соединения выглядит следующим образом: 3) Уравнение реакции гидролиза искомого вещества в кислой среде запишем в виде: Задание №6 Некоторое вещество было получено при окислении циклического углеводорода, не содержащего заместителей в цикле, перманганатом калия в присутствии серной кислоты. Это вещество содержит 49,31% углерода, 43,84% кислорода и 6,85% водорода по массе. 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 получения этого вещества окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C6H10O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение получения этого вещества окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты: Пояснение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 6,85 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 6,85 г/1 г/моль = 6,85 моль; 49,31 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 49,31 г/12 г/моль = 4,109 моль; 43,84 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 48,48 г/16 г/моль= 2,74 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 4,109 : 6,85 : 2,74 = 1,5 : 2,5 : 1 = 3 : 5 : 2. Т.е. простейшая формула искомого соединения C3H5O2. Исходное органическое соединение является циклическим, которое при окислении перманганатом в кислой среде дает искомое соединение. Предположительно, что циклическим соединением является наиболее устойчивый цикл − шестичленное кольцо с двойной связью – циклогексен, Тогда при окислении циклогексена образуется гександиовая кислота, и в нашем случае для нахождения истинной формулы индексы в простейшей формуле следует удвоить. Истинная формула искомого соединения – C6H10O4. 2) При окислении циклогексена перманганатом калия в кислой среде происходит разрыв двойной связи, в результате чего образуется дикарбоновая кислота с 6 атомами углерода – гександиовая кислота. Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Уравнение получения гександиовой кислоты окислением соответствующего циклического углеводорода перманганатом калия в присутствии серной кислоты запишем в виде: Задание №7 Органическое вещество содержит 3,41% водорода, 34,09% углерода, 36,36% кислорода и 26,14% натрия по массе. Известно, что при нагревании этого вещества с избытком гидроксида натрия образуется предельный углеводород. 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, протекающей при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C5H6Na2O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции, протекающей при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида натрия: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 3,41 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 3,41 г/1 г/моль = 3,41 моль; 34,09 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 34,09 г/12 г/моль = 2,84 моль; 36,36 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 36,36 г/16 г/моль= 2,2725 моль; 26,14 г натрия, отсюда ν(Na) = m(Na)/M(Na) = 26,14 г/23 г/моль= 1,136 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOzNak, тогда: x : y : z : k = ν(C) : ν(H) : ν(O) : ν(Na) = 2,84 : 3,41 : 2,2725 : 1,136 = 2,5 : 3 : 2 : 1 = 5 : 6 : 4 : 2. Простейшая формула искомого соединения − C5H6Na2O4. Молекула искомого органического соединения содержит 2 атома натрия и 4 атома кислорода, следовательно, можно предположить, что оно является солью дикарбоновой кислоты, содержащей в основной цепи 5 атомов углерода. Простейшая формула совпадает с истинной. 2) В предположении, что исходное вещество является натриевой солью дикарбоновой кислоты, следовательно, она может вступать в реакцию с избытком твердого гидроксида натрия при нагревании (декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот). Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Уравнение реакции, протекающей при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида натрия, запишем в виде: Задание №8 Органическое вещество, массовая доля углерода в котором равна 45,45%, водорода – 6,06%, кислорода – 48,48%, при нагревании реагирует с водным раствором гидроксида натрия, образуя два спирта и соль органической кислоты. 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 исходного вещества с водным раствором гидроксида натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C5H8O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции исходного вещества с водным раствором гидроксида натрия: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 6,06 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 6,06 г/1 г/моль = 6,06 моль; 45,45 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 45,45 г/12 г/моль = 3,7875 моль; 48,48 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 48,48 г/16 г/моль= 3,03 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 3,7875 : 6,06 : 3,03 = 1,25 : 2 : 1 = 5 : 8 : 4. Простейшая формула искомого соединения − C5H8O4. Поскольку нагревании исходная органическая молекула реагирует с водным раствором гидроксида натрия, образуя две молекулы спирта и одну молекулу соли органической кислоты, следует предположить, что этим соединением является сложный эфир дикарбоновой кислоты и двух спиртов, содержащий в структуре 4 атома кислорода. Таким образом, простейшая формула органического соединения совпадает с истинной. 2) В предположении, что исходное вещество является сложным эфиром дикарбоновой кислоты, то структурной формулой является метилэтиловый эфир щавелевой кислоты. В условии задания указано, что при щелочном гидролизе образуются два спирта, следовательно, спирты разные – метиловый и этиловый. Структурная формула метилэтилового эфира щавелевой кислоты представлена ниже: 3) Уравнение реакции метилэтилового эфира щавелевой кислоты с водным раствором гидроксида натрия запишем в виде: Задание №9 Органическое вещество, массовая доля углерода в котором равна 49,31%, кислорода – 43,84%, при нагревании реагирует с водным раствором гидроксида натрия, образуя этанол и соль органической кислоты. На основании данных условия задания: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу соли органической кислоты; 2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции исходного вещества с водным раствором гидроксида натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C5H8O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции исходного вещества с водным раствором гидроксида натрия: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 49,31 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 49,31 г/12 г/моль = 4,109 моль; 43,84 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 43,84 г/16 г/моль= 2,74 моль; тогда в молекуле остается 100 – 49,31 – 43,84 = 6,85 г водорода; отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 6,85 г/1 г/моль = 6,85 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 4,109 : 6,85 : 2,74 = 1,5 : 2,5 : 1 = 3 : 5 : 2. Простейшая формула искомого соединения – C3H5O2, однако в кислородсодержащих соединениях число атомов водорода в молекуле не может быть нечетным числом, следовательно, нам нужно удвоить индексы – C6H10O4. Истинная формула данного соединения – C6H10O4. Поскольку при нагревании исходная органическая молекула реагирует с водным раствором гидроксида натрия, образуя этанол и соль органической кислоты, следует предположить, что этим соединением является сложный эфир дикарбоновой кислоты и этанола, содержащий в структуре 4 атома кислорода. 2) В предположении, что исходное вещество является сложным эфиром дикарбоновой кислоты, то структурной формулой является диэтиловый эфир щавелевой кислоты. Структурная формула искомого соединения представлена ниже: 3) Уравнение реакции диэтилового эфира щавелевой кислоты с водным раствором гидроксида натрия запишем в виде: Задание №10 Органическое вещество, массовая доля водорода в котором равна 5,08%, кислорода – 54,24%, при нагревании реагирует с водным раствором гидроксида калия, образуя метанол и соль органической кислоты. 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 исходного вещества с водным раствором гидроксида калия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C4H6O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции исходного вещества с водным раствором гидроксида калия: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 54,24 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 54,24 г/16 г/моль= 3,39 моль; 5,08 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 5,08 г/1 г/моль= 5,08 моль; тогда в молекуле остается 100 – 54,24 – 5,08 = 40,68 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 40,68 г/12 г/моль = 3,39 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 3,39 : 5,08 : 3,39 = 1 : 1,5 : 1 = 2 : 3 : 2. Простейшая формула искомого соединения – C2H3O, однако в кислородсодержащих веществах число атомов водорода в молекуле не может быть нечетным числом, следовательно, нам нужно удвоить индексы – C4H6O4. Истинная формула данного соединения – C4H6O4. Поскольку при нагревании исходная органическая молекула реагирует с водным раствором гидроксида калия, образуя метанол и соль органической кислоты, следует предположить, что этим соединением является сложный эфир дикарбоновой кислоты и метанола, содержащий в структуре 4 атома кислорода. 2) В предположении, что исходное вещество является сложным эфиром дикарбоновой кислоты, то структурной формулой является диметиловый эфир щавелевой кислоты. Структурная формула искомого соединения представлена ниже: 3) Уравнение реакции диметилового эфира с водным раствором гидроксида калия запишем в виде: Задание №11 Некоторое органическое вещество содержит 9,43% водорода, а также углерод и кислород, массовые доли которых равны. Это вещество реагирует с натрием и со свежеосаждённым гидроксидом меди(II), молекула его содержит третичный атом углерода. 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 исходного вещества с избытком натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C4H10O3 2) структурная формула вещества, которая однозначно определяет порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции взаимодействия искомого вещества с натрием: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 9,43 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 9,43 г/1 г/моль= 9,43 моль. Поскольку массовые доли углерода и кислорода равны, тогда массы углерода и кислорода составляют (100 − 9,43)/2 = 45,285 г. Вычислим оставшиеся количества кислорода и углерода: 45,285 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 45,285 г/16 г/моль= 2,83 моль; 45,285 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 45,285 г/12 г/моль = 3,77 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C): ν(H): ν(O) = 3,77 : 2,83 : 9,43 = 1,33 : 1 : 3,33 = 4 : 3 : 10. Простейшая формула искомого соединения – C4H10O3. Известно, что данное вещество реагирует с натрием и со свежеосаждённым гидроксидом меди (II), то можно предположить, что искомым соединением является трехатомный спирт и простейшая формула совпадает с истинной. 2) Поскольку искомое вещество реагирует с натрием и со свежеосаждённым гидроксидом меди(II) и молекула его содержит третичный атом углерода, то структурная формула будет выглядеть следующим образом (2-метилглицерин): 3) При взаимодействии 2-метилглицерина с натрием происходит замещение атомов водорода в гидроксильных группах: Задание №12 При сгорании 3,8 г органического вещества получено 3,36 л (н.у.) углекислого газа и 3,6 г воды. Известно, что это вещество реагирует с натрием, азотной кислотой и со свежеосаждённым гидроксидом меди (II). 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 исходного вещества с азотной кислотой (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C3H8O2 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции искомого вещества с азотной кислотой: Решение: 1) ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 3,36 г/22,4 г/моль = 0,15 моль, следовательно, ν(С) = ν(CO2) = 0,15 моль, m(C) = M(C) · ν(С) = 12 г/моль · 0,15 моль = 1,8 г, ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 3,6 г/18 г/моль = 0,2 моль, следовательно, ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 0,2 моль = 0,4 моль, m(H) = M(H) · ν(H) = 1 г/моль · 0,4 моль = 0,4 г. Проверим, есть ли в соединении кислород: m(O) = m(орг. в-ва) − m(C) − m(H) = 3,8 г − 1,8 г − 0,4 г = 1,6 г, следовательно, ν(O) = m(O)/M(O) = 1,6 г/16 г/моль = 0,1 моль. Найдем простейшую формулу данного соединения. Представим ее как CxHyOz: x : y : z = 0,15 : 0,4 : 0,1 = 3 : 8 : 2. Т.е. простейшая формула искомого соединения C3H8O2. Известно, что данное вещество реагирует с азотной кислотой и со свежеосаждённым гидроксидом меди (II), то можно предположить, что искомым соединением является двухатомный спирт и простейшая формула совпадает с истинной. 2) Поскольку искомое вещество реагирует с азотной кислотой и со свежеосаждённым гидроксидом меди (II), то структурная формула будет выглядеть следующим образом (пропандиол-1,2): 3) При взаимодействии пропандиола-1,2 с азотной кислотой происходит замещение атомов водорода нитрогруппами: Задание №13 Органическое вещество содержит 2,06% водорода, 24,74% углерода, 32,99% кислорода и 40,21% калия по массе. Известно, что при нагревании этого вещества с избытком гидроксида калия образуется предельный углеводород. 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, протекающей при нагревании исходного вещества с избытком гидроксида калия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C4H4K2O4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции, протекающей при нагревании искомого вещества с избытком гидроксида калия: Пояснение: 1) Представим себе навеску искомой органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 2,06 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 2,06 г/1 г/моль = 2,06 моль; 24,74 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 24,74 г/12 г/моль = 2,06 моль; 32,99 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 32,99 г/16 г/моль= 2,06 моль; 40,21 г калия, отсюда ν(K) = m(K)/M(K) = 40,21 г/39 г/моль= 1,03 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOzKk, тогда: x : y : z : k = ν(C) : ν(H) : ν(O) : ν(K) = 2,06 : 2,06 : 2,06 : 1,03 = 2 : 2 : 2 : 1. Простейшая формула искомого соединения – C2H2K2O. Поскольку искомое органическое вещество реагирует с избытком гидроксида калия, можно предположить, что оно является калиевой солью дикарбоновой кислоты, т.е. индексы в простейшей формуле необходимо удвоить, чтобы число атомов кислорода в молекуле составило 4. Истинная формула исходного соединения − C4H4K2O4. 2) В предположении, что исходное вещество является калиевой солью дикарбоновой кислоты, следовательно, она может вступать в реакцию с избытком твердого гидроксида калия при нагревании (декарбоксилирование калиевых солей карбоновых кислот). Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Уравнение реакции (декарбоксилирование калиевой соли дикарбоновой кислоты), протекающей при нагревании искомого вещества с избытком гидроксида калия, запишем в виде: Задание №14 При взаимодействии соли вторичного амина с ацетатом серебра образуется органическое вещество А и бромид серебра. Вещество А содержит 11,76% азота, 26,89% кислорода и 10,92% водорода по массе. На основании данных условия задания: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции получения вещества А взаимодействием соли вторичного амина и ацетата серебра (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества А: C5H13O2N 2) структурная формула вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции получения вещества А взаимодействием соли вторичного амина и ацетата серебра: Пояснение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 10,92 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 10,92 г/1 г/моль = 10,92 моль; 26,89 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 26,89 г/16 г/моль= 1,68 моль; 11,76 г азота, отсюда ν(N) = m(N)/M(N) = 11,76 г/14 г/моль= 0,84 моль, отсюда масса углерода в 100 г вещества составляет 100 – 10,92 – 26,89 – 11,76 = 50,43 г, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 50,43 г/12 г/моль = 4,20 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOzNk, тогда: x : y : z : k = ν(C) : ν(H) : ν(O) : ν(N) = 4,20 : 10,92 : 1,68 : 0,84 = 5 : 13 : 2 : 1. Простейшая формула искомого соединения – C5H13O2N. Поскольку исходное органическое вещество является амином и содержит 1 атом азота в молекуле, следует предположить, что простейшая формула соединения совпадает с истинной. Таким образом, истинная формула искомого соединения − C5H13O2N. 2) Поскольку органическое вещество А образуется при взаимодействии соли вторичного амина с ацетатом серебра, то солью вторичного амина является соль метилэтиламмония (число атомов углерода во вторичном амине равно 3). Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Уравнение реакции получения вещества А взаимодействием соли вторичного амина и ацетата серебра запишем в виде: Задание №15 Некоторое органическое вещество содержит 70,59% углерода, 5,88% водорода и 23,53% кислорода по массе. Данное вещество подвергается гидролизу под действием гидроксида натрия с образованием двух солей. 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 гидролиза данного вещества в присутствии гидроксида натрия (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: С8H8O2 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле:3) уравнение гидролиза данного вещества в присутствии гидроксида натрия: Пояснение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 5,88 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 5,88 г/1 г/моль = 5,88 моль; 23,53 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 23,53 г/16 г/моль= 1,47 моль; 70,59 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 70,59 г/12 г/моль= 5,88 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOz, тогда: x : y : z = ν(C) : ν(H) : ν(O) = 5,88 : 5,88 : 1,47 = 4 : 4 : 1. Т.е. простейшая формула искомого соединения – C4H4O. Исходя из высокого соотношения атомов углерода в простейшей формуле молекулы органического вещества, следует предположить, что молекула содержит фрагмент ароматического соединения с 6 атомами углерода. Щелочной гидролиз органического вещества с образованием двух солей протекает в том случае, если одним из его фрагментов исходного вещества является остаток фенола. Следовательно, что индексы в простейшей формуле искомого органического вещества следует удвоить. Таким образом, истинная формула органического вещества – C8H8O2. 2) Если исходная молекула содержит остаток молекулы фенола (C6H5O-), тогда вторым фрагментом является остаток уксусной кислоты. Таким образом, структурная формула искомого органического соединения: 3) При взаимодействии искомого вещества с гидроксидом натрия образуются фенолят натрия, ацетат натрия и вода: Задание №16 При сгорании 21,6 г органического вещества нециклического строения получили 70,4 г углекислого газа и 21,6 г воды. Известно, что при присоединении 1 моль хлороводорода к 1 моль этого вещества преимущественно образуется соединение, содержащее атом хлора у первичного атома углерода. 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 данного вещества с хлороводородом (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества: C4H6 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции данного вещества с хлороводородом: Пояснение: 1) ν(CO2) = m(CO2)/M(CO2) = 70,4 г/44 г/моль = 1,6 моль, следовательно, ν(С) = ν(CO2) = 1,6 моль, m(C) = M(C) · ν(С) = 12 г/моль · 1,6 моль = 19,2 г, ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 21,6 г/18 г/моль = 1,2 моль, следовательно, ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 1,2 моль = 2,4 моль, m(H) = M(H) · ν(H) = 1 г/моль · 2,4 моль = 2,4 г. Проверим, есть ли в соединении кислород: m(O) = m(орг. в-ва) − m(C) − m(H) = 21,6 г − 19,2 г − 2,4 г = 0 г, следовательно, атомов кислорода в молекуле нет. Найдем простейшую формулу данного соединения. Представим ее как CxHy: x : y = 1,6 : 2,4 = 2 : 3. Т.е. простейшая формула искомого соединения C2H3. Поскольку органических молекул с формулой C2H3 не существует, удвоим индексы в простейшей формуле и получим формулу C4H6 в предположении, что искомое вещество – алкадиен, способный реагировать с молекулой галогеноводорода в соотношении 1 к 1. Истинная формула искомого соединения − C4H6. 2) Поскольку искомое вещество реагирует с хлороводородом в соотношении 1 к 1, то этим веществом является бутадиен-1,3, что соответствует истинной формуле C4H6. Структурная формула искомого соединения записывается следующим образом: 3) Реакция бутадиена-1,3 с хлороводородом приводит к присоединению хлороводорода и миграции двойной связи: Задание №17 При взаимодействии соли вторичного амина с ацетатом серебра образуется органическое вещество А и йодид серебра. Вещество А содержит 45,71% углерода, 10,48% водорода и 30,48% кислорода по массе. На основании данных условия задания: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции получения вещества А взаимодействием соли вторичного амина и ацетата серебра (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества А: C4H11O2N 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции получения вещества А взаимодействием соли вторичного амина и ацетата серебра: Решение: 1) Представим себе навеску искомого органического соединения массой 100 г. Тогда, в таком количестве данного вещества будут содержаться: 10,48 г водорода, отсюда ν(H) = m(H)/M(H) = 10,48 г/1 г/моль = 10,48 моль; 30,48 г кислорода, отсюда ν(O) = m(O)/M(O) = 30,48 г/16 г/моль= 1,905 моль; 45,71 г углерода, отсюда ν(C) = m(C)/M(C) = 45,71 г/12 г/моль= 3,81 моль, отсюда масса азота в 100 г вещества составляет 100 – 10,48 – 30,48 – 45,71 = 13,33 г, отсюда ν(N) = m(N)/M(N) = 13,33 г/14 г/моль = 0,95 моль. Обозначим простейшую формулу искомого циклического соединения как CxHyOzNk, тогда: x : y : z : k = ν(C) : ν(H) : ν(O) : ν(N) = 3,81 : 10,48 : 1,90 : 0,95 = 4 : 11 : 2 : 1. Простейшая формула искомого соединения – C4H11O2N. Поскольку искомое органическое вещество является амином и содержит 1 атом азота в молекуле, следует предположить, что простейшая формула соединения совпадает с истинной. Таким образом, истинная формула искомого соединения – C4H11O2N. 2) Поскольку органическое вещество А образуется при взаимодействии соли вторичного амина с ацетатом серебра, то искомым веществом является соль диметиламмония и уксусной кислоты (число атомов углерода во вторичном амине составляет 2). Структурная формула данной молекулы выглядит следующим образом: 3) Уравнение реакции получения вещества А взаимодействием соли вторичного амина и ацетата серебра запишем в виде: Задание №18 При сжигании образца органического вещества А получено 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 1,44 г воды и 12,96 г бромоводорода. Данное вещество А может быть получено присоединением избытка брома к соответствующему углеводороду Б. Также известно, что при бромировании этого углеводорода Б в условиях недостатка брома возможно образование структурных изомеров. На основании данных условия задания: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции получения данного вещества А взаимодействием соответствующего углеводорода Б с избытком брома (используйте структурную формулу органического вещества). Решение Ответ: 1) молекулярная формула органического вещества А: C5H8Br4 2) структурная формула вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле: 3) уравнение реакции исходного вещества с избытком брома: Решение: 1) ν(CO2) = V(CO2)/Vm = 4,48 г/22,4 л/моль = 0,2 моль, следовательно, ν(С) = ν(CO2) = 0,2 моль, m(C) = M(C) · ν(С) = 12 г/моль · 0,2 моль = 2,4 г, ν(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 1,44 г/18 г/моль = 0,08 моль, следовательно, ν(H) = 2ν(H2O) = 2 · 0,08 моль = 0,16 моль, ν(HBr) = m(HBr)/M(HBr) = 12,96 г/81 г/моль = 0,16 моль, ν(HBr) = ν(Br) = 0,16 моль, m(Br) = M(Br) · ν(Br) = 80 г/моль · 0,16 моль = 12,8 г; общее содержание водорода νобщ.(H) = 2ν(H2O) + ν(HBr) = 0,16 + 0,16 = 0,32 моль, m(H) = M(H) · ν(H) = 1 г/моль · 0,32 моль = 0,32 г. Найдем простейшую формулу данного соединения. Представим ее как CxHyBrz: x : y : z = 0,2 : 0,32 : 0,16 = 1,25 : 2 : 1 = 5 : 8 : 4. Т.е. простейшая формула искомого соединения C5H8Br4. Поскольку исходное органическое вещество взаимодействует с избытком брома, этим веществом является алкадиен с 5 атомами углерода в молекуле. При реакции алкадиена с недостатком брома возможно образование структурных изомером за счет миграции двойной связи и присоединения атомов брома к различным атомам углерода. Таким образом, простейшая формула совпадает с истинной − C5H8Br4. 2) Поскольку исходное вещество реагирует с избытком брома, структурная формула искомого соединения записывается следующим образом (1,2,3,4-тетрабромпентан): 3) Бром присоединяется к алкадиену по двойным связям. Уравнение реакции исходного вещества с избытком брома запишем в виде: