Органическое соединение содержит 80% углерода и 20% водорода. Относительная плотность по воздуху равна 1,034. Определите молекулярную формулу вещества.

Ответ: молекулярная формула — C₂H₆ (этан).

Пояснение (подробно):

1. Возьмём 100 г вещества (удобно при массовых процентах). Тогда в образце:

   • углерода: 80,0 г,

   • водорода: 20,0 г.

2. Переведём массы в количество вещества (моли). Используем относительные атомные массы: $A_\text{C}=12{.}01$, $A_\text{H}=1{.}008$.

   • $n_\text{C}=\dfrac{80{.}0}{12{.}01}=6{.}6611157$ моль,

   • $n_\text{H}=\dfrac{20{.}0}{1{.}008}=19{.}8412698$ моль.

3. Найдём простое целочисленное соотношение, разделив на наименьшее число молей:

   • отношение $\dfrac{n_\text{C}}{n_\text{C}} : \dfrac{n_\text{H}}{n_\text{C}} = 1 : \dfrac{19{.}8412698}{6{.}6611157} = 1 : 2{.}9769 \approx 1 : 3$.
     Значит эмпирическая формула — CH₃.

4. Масса формульной единицы эмпирической формулы:

   $$M_\text{emp}=12{.}01 + 3\cdot1{.}008 = 15{.}034\ \text{г/моль}.$$

5. Найдём молекулярную массу по относительной плотности газа по воздуху. Молярная масса воздуха ≈ 28{.}97 г/моль, относительная плотность по воздуху $d=1{.}034$, поэтому

   $$M = d\cdot M_{\text{air}} = 1{.}034\cdot28{.}97 = 29{.}95498 \approx 29{.}955\ \text{г/моль}.$$

6. Отношение молекулярной массы к эмпирической:

   $$\dfrac{M}{M_\text{emp}}=\dfrac{29{.}955}{15{.}034}=1{.}993\approx2.$$

   Значит молекула содержит в 2 раза больше атомных групп эмпирической формулы: $(\text{CH}_3)_2 = \text{C}_2\text{H}_6$.

Итог: C₂H₆.