Формула пировиноградной кислоты

Определение и формула пировиноградной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Пировиноградная кислота (пируват) – это сложное органическое соединение, относящееся к классу карбоновых кислот, содержащих кето-группу (кетокислота).

В обычных условиях представляет собой бесцветную жидкость. Плотность 1,25 г/см³. Смешивается с водой (полученный раствор имеет запах уксусной кислоты). Застывает при температуре 13,6^oC. Кипит с разложением при температуре равной 165^oC.

Химическая формула пировиноградной кислоты

Химическая формула пировиноградной кислоты может быть записана двояко: CH₃COCOOH или С₃H₄O₃. Она показывает качественный и количественный состав молекулы (сколько и каких атомов входит в конкретное соединение) По химической формуле можно вычислить молекулярную массу салициловой кислоты (Ar(С) = 12 а.е.м., Ar(Н) = 1 а.е.м., Ar(О) = 16 а.е.м.):

Mr(CH₃COCOOH) = 3×Ar(С) + 4×Ar(Н) + 3×Ar(О);

Mr(CH₃COCOOH) = 3×12 + 4×1 + 3×16 = 36 + 4 + 48 = 88.

Графическая (структурная) формула пировиноградной кислоты

Структурная (графическая) формула является более наглядной, она отражает то, как атомы связаны между собой внутри молекулы пировиноградной кислоты (рис. 1).

Рис. 1. Графическая формула пировиноградной кислоты.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Элементарный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41%), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59%). Выведите химическую формулу.

Решение

Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Обозначим число атомов железа в молекуле через «х», число атомов кислорода через «у».

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов железа и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16.

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O);

x:y = 72,41/56 : 27,59/16;

x:y = 1,29 : 1,84.

Наименьшее число примем за единицу (т.е. все числа разделим на наименьшее число 1,29):

1,29/1,29 : 1,84/1,29;

1 : 1,5 = 2 : 3.

Следовательно, простейшая формула соединения железа с кислородом имеет вид Fe₂O₃.

Ответ

Fe₂O₃

ПРИМЕР 2

Задание

При сжигании 24,6 г вещества образовалось 26,88 л углекислого газа (при н.у.), 9 г воды и 2,24 л азота (при н.у.). 1 литр паров этого вещества (н.у.) имеет массу 5,491 г. Установите молекулярную формулу органического вещества.

Решение

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

C_xH_yN_zO_w + O_z →CO₂ + H₂O + N₂.

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., Ar(N) = 14 а.е.м.

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

m(C) = [26,88 / 22,4]×12 = 14,4 г.

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

m(H) = [2×9 / 18]×1 = 1 г.

m(N) = n(N)×M(N) = 2×[V(N₂) / V_m];

m(N) = 2×[2,24 / 22,4] = 1,28 г.

m(O) = m(C_xH_yN_zO_w) – m(C) – m(H) – m(N) = 24,6 – 14,4 – 1 – 1,28 = 6,4 г

Определим химическую формулу соединения:

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

x:y:z:w= 14,4/12 : 1/1 : 1,28/14 : 6,4/16;

x:y:z:w= 1,2 : 1 : 0,09 : 0,4 = 13 : 11 : 1 : 4.

Значит простейшая формула соединения C₁₃H₁₁NO₄и молярную массу 30 г/моль [M(C₁₃H₁₁NO₄) = 13×Ar(C) + 11×Ar(H) +Ar(N) + 3× Ar(O) = 13×12 + 11×1 + 14 + 3×16 =156 + 11 + 14 + 48 = 229 г/моль].

Найдем истинную молярную массу органического вещества:

M(C_xH_yN_zO_w) = m(C_xH_yN_zO_w) × V_m/ V(C_xH_yN_zO_w);

M(C_xH_yN_zO_w) = 5491 × 22,4 / 1 = 123 г/моль.

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение истинной и полученной молярных масс:

M(C_xH_yN_zO_w) / M(C₁₃H₁₁NO₄) = 123 / 229 = 0,5.

Значит индексы атомов углерода, водорода и кислорода должны быть умножены на 0,5, т.е. формула вещества будет иметь вид C₆H₅NO₂. Это нитробензол.