Найти молекулярную формулу вещества, в состав которого входят 30,43 % азота и 69,57 % кислорода

Предмет: Химия

Раздел: Стехиометрия. Определение молекулярной формулы веществ по данным о составе и плотности.

Задача: Найти молекулярную формулу вещества, в состав которого входят 30,43 % азота и 69,57 % кислорода. Плотность паров по водороду 46.

Пояснение и решение:

1. Определение эмпирической (простейшей) формулы:

   Для начала найдем отношение атомов азота и кислорода в составе вещества.

   1.1. Представим, что масса вещества — 100 г. Тогда в этих 100 граммах содержится:

   • Азота \( 30,43 \% \), то есть \( 30,43 \) грамма.
   • Кислорода \( 69,57 \% \), то есть \( 69,57 \) грамма.

   1.2. Расчитаем количество моль каждого элемента:

   • Молярная масса азота \( N = 14 \ \text{г/моль} \),
   • Молярная масса кислорода \( O = 16 \ \text{г/моль} \).

   Количество моль азота:

   \[\text{n}_\text{N} = \frac{30,43 \ \text{г}}{14 \ \text{г/моль}} \approx 2,17 \ \text{моль}\]

   Количество моль кислорода:

   \[\text{n}_\text{O} = \frac{69,57 \ \text{г}}{16 \ \text{г/моль}} \approx 4,35 \ \text{моль}\]

   1.3. Найдем отношение количества моль азота к количеству моль кислорода:

   \[\frac{2,17}{2,17} = 1, \quad \frac{4,35}{2,17} \approx 2.\]

   Таким образом, соотношение атомов азота и кислорода \( N : O = 1 : 2 \). Следовательно, эмпирическая формула — \( NO_2 \).

2. Определение молекулярной формулы:

   Теперь определим молекулярную формулу, исходя из данных о плотности паров вещества.

   2.1. Молекулярная масса вещества связана с плотностью его паров по водороду. Плотность по водороду показывает, сколько раз молекула вещества тяжелее молекулы водорода \( H_2 \). Молекулярная масса \( H_2 = 2 \ \text{г/моль} \). Плотность по водороду равна 46, следовательно:

   \[\text{Молекулярная масса вещества} = 46 \times 2 = 92 \ \text{г/моль}.\]

   2.2. Рассчитаем молекулярную массу эмпирической формулы \( NO_2 \):

   \[\text{Молекулярная масса} \ NO_2 = 14 + 16 \times 2 = 46 \ \text{г/моль}.\]

   Молекулярная масса эмпирической формулы — 46 г/моль, но найденная молекулярная масса вещества — 92 г/моль. Следовательно, молекулярная формула является удвоенной по сравнению с эмпирической.

   Таким образом, молекулярная формула будет:

   \[(NO_2)_2 = N_2O_4.\]

Ответ:

Молекулярная формула вещества: \( N_2O_4 \).