Формула диоксида углерода

Определение и формула диоксида углерода

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Диоксид углерода (оксид углерода (IV), углекислый газ) в обычных условиях представляет собой бесцветный газ, тяжелее воздуха, термически устойчивый, а при сжатии и охлаждении легко переходящий в жидкое и твердое состояния. Плотность – 1,997 г/л.

Твердый CO₂, носящий название «сухой лед», возгоняется при комнатной температуре. Плохо растворяется в воде, частично реагируя с ней. Проявляет кислотные свойства. Восстанавливается активными металлами, водородом и углеродом.

Химическая формула диоксида углерода

Химическая формула диоксида углерода CO₂. Она показывает, что в состав данной молекулы входят один атом углерода (Ar = 12 а.е.м.) и два атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу диоксида углерода:

Mr(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O);

Mr(CO₂) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44

Структурная (графическая) формула диоксида углерода

Структурная (графическая) формула диоксида углерода является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 1).

Рис. 1. Строение молекулы диоксида углерода.

Электронная формула

Молекула диоксида углерода образуется за счет образования двух обобщественных электронных пар между атомом углерода и двумя атомами кислорода:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При полном сгорании на воздухе 7,4 г кислородсодержащего органического соединения образовалось 6,72 л (н.у.) углекислого газа и 5,4 мл воды. Выведите формулу этого соединения.

Решение

Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у»и «z» соответственно:

C_xH_yO_z+ O_z→CO₂ + H₂O

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(C) = [V(CO₂) / V_m]×M(C);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×m(H₂O) / M(H₂O)]×M(H);

m(H) =[2×V(H₂O)×M(H) / M(H₂O)×1 (г/мл)]

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль

Тогда,

m(C) = [6,72 / 22,4]×12 = 3,6 г;

m(H) = [2×5,4 ×1 / 18 ×1 (г/мл)] = 0,6 г

m(O) = m(C_xH_yO_z) – m(C) – m(H) = 7,4 – 3,6 – 0,6 = 3,2 г

Определим химическую формулу соединения:

x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O);

x:y:z= 3,6/12 :0,6/1 :3,2/16;

x:y:z= 0,3 : 0,6 : 0,2 = 1,5: 3 : 1 = 3 : 6 : 2

Значит простейшая формула соединения C₃H₆O₂и молярную массу 64 г/моль [M(C₃H₆O₂) = 3×Ar(C) + 6×Ar(H) + 2×Ar(O);M(C₃H₆O₂) = = 3×12 + 6×1 + 2×16 ; M(C₃H₆O₂) = 26 + 6 + 32 = 64 / моль].

Ответ

C₃H₆O₂

ПРИМЕР 2

Задание

Какова молекулярная формула спирта, если массовые отношения m(C):m(H):m(O) = 3:1:4 и относительная молекулярная масса Mr = 32?

Решение

Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу:

n = m / M

Найдем молярные массы углерода, водорода и кислорода (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(C) = 12 г/моль, М(H) = 1 г/моль, а M(O) = 16г/моль.

Тогда, количество вещества этих элементов равно:

n (C) = m (C) / M (C);

n (C) = 3 / 12 = 0,25 моль

n (H) = m (H) / M (H);

n (H) = 1 / 1 = 1моль

n (O) = m (O) / M (O);

n (O) = 4 / 16 = 0,25 моль

Найдем мольное отношение:

n(C) :n(H):n(O) = 0,25 : 1 : 0, 25 = 1 :4 : 1,

т.е. формула соединения спирта имеет вид CH₃OH. Это метанол