9. (3 балла). Найдите молекулярную формулу органического вещества, содержащего 54,4% углерода, 36,4% кислорода, 9,2% водорода. Относительная плотность этого вещества по воздуху 3,03. Определите молекулярную формулу этого вещества. Назовите это вещество, приведите примеры двух гомологов этого вещества.

1. Определение соотношения атомов элементов в простейшей формуле.

Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда:

• Масса углерода (C) = 54,4 г
• Масса кислорода (O) = 36,4 г
• Масса водорода (H) = 9,2 г

Найдем количество вещества (в молях) для каждого элемента:

• Количество C: \( n(C) = \frac{54,4}{12,01} \approx 4,53 \) моль
• Количество O: \( n(O) = \frac{36,4}{16,00} \approx 2,275 \) моль
• Количество H: \( n(H) = \frac{9,2}{1,008} \approx 9,127 \) моль

Чтобы найти простейшую формулу, разделим количество каждого элемента на наименьшее из них (n(O) = 2,275):

• C: \( \frac{4,53}{2,275} \approx 1,99 \approx 2 \)
• O: \( \frac{2,275}{2,275} = 1 \)
• H: \( \frac{9,127}{2,275} \approx 4,01 \approx 4 \)

Простейшая формула вещества: C2H4O.

2. Определение молярной массы вещества.

Относительная плотность вещества по воздуху (D) равна 3,03.

Молярная масса воздуха примерно равна 29 г/моль.

Молярная масса вещества (M) = D × M(воздуха) = 3,03 × 29 г/моль ≈ 87,87 г/моль.

Рассчитаем молярную массу простейшей формулы C2H4O:

M(C2H4O) = 2 × 12,01 + 4 × 1,008 + 1 × 16,00 = 24,02 + 4,032 + 16,00 = 44,052 г/моль.

3. Определение молекулярной формулы.

Найдем коэффициент (n), который показывает, во сколько раз молярная масса вещества больше молярной массы простейшей формулы:

n = \( \frac{M(вещества)}{M(простейшей формулы)} \) = \( \frac{87,87}{44,052} \approx 1,99 \approx 2 \)

Умножим индексы в простейшей формуле на этот коэффициент:

Молекулярная формула = (C2H4O)2 = C4H8O2.

4. Определение названия вещества и его гомологов.

Молекулярная формула C4H8O2 может соответствовать:

• Карбоновым кислотам (например, масляная кислота).
• Сложным эфирам (например, этилацетат).

Учитывая процентное содержание элементов, простейшая формула C2H4O может соответствовать, например, уксусной кислоте (CH3COOH) или этилацетату (CH3COOCH2CH3).

Давайте проверим процентный состав уксусной кислоты (C2H4O2):

• M(C2H4O2) = 2*12 + 4*1 + 2*16 = 24 + 4 + 32 = 60 г/моль.
• %C = (2*12 / 60) * 100% = 48%
• %H = (4*1 / 60) * 100% = 6.67%
• %O = (2*16 / 60) * 100% = 53.33%

Эти проценты не совпадают с заданными.

Давайте проверим процентный состав вещества с формулой C4H8O2:

• M(C4H8O2) = 4*12 + 8*1 + 2*16 = 48 + 8 + 32 = 88 г/моль.
• %C = (4*12 / 88) * 100% = (48 / 88) * 100% ≈ 54,54%
• %H = (8*1 / 88) * 100% = (8 / 88) * 100% ≈ 9,09%
• %O = (2*16 / 88) * 100% = (32 / 88) * 100% ≈ 36,36%

Эти проценты очень близки к заданным (54,4% C, 9,2% H, 36,4% O), что подтверждает молекулярную формулу C4H8O2.

Вещество с формулой C4H8O2 может быть:

1. Масляная кислота (бутановая кислота) - карбоновая кислота.
2. Изомасляная кислота (2-метилпропановая кислота) - изомер карбоновой кислоты.
3. Этилформиат (формиат этила) - сложный эфир.
4. Метил-ацетат (ацетат метила) - сложный эфир.

Чаще всего в таких задачах подразумеваются карбоновые кислоты или их гомологи.

Если это масляная кислота (бутановая кислота), то её формула CH3CH2CH2COOH.

Название вещества: Масляная кислота (бутановая кислота).

Гомологи масляной кислоты (карбоновые кислоты):

Гомологи отличаются на группу -CH2-.

• Муравьиная кислота (метоновая кислота): HCOOH (C1H2O2).
• Уксусная кислота (этановая кислота): CH3COOH (C2H4O2).
• Пропионовая кислота (этановая кислота): CH3CH2COOH (C3H6O2).

Приведем примеры двух гомологов:

1. Уксусная кислота (этановая кислота)
2. Пропионовая кислота

Ответ:

Молекулярная формула: C4H8O2

Название вещества: Масляная кислота (бутановая кислота)

Примеры двух гомологов: Уксусная кислота, Пропионовая кислота.