Для сгорания 4 моль органического вещества потребовалось 9 моль кислорода, при этом образовалось 4 моль оксида углерода (IV), 2 моль азота и 10 моль воды. Какова молекулярная формула этого вещества?

Объясните, пожалуйста, алгоритм решения подобной задачи.

Чтобы определить молекулярную формулу органического вещества на основании данных о количестве израсходованного кислорода и продуктах сгорания, следуем следующим шагам:

1. Анализ данных о продуктах сгорания:

   • Известно, что при сгорании образуется 4 моль углекислого газа (CO₂), 2 моль азота (N₂) и 10 моль воды (H₂O).
   • Количество молекул CO₂ указывает на наличие 4 атомов углерода (C) в молекуле исходного органического вещества, поскольку каждый молекула углекислого газа содержит один атом углерода.
   • Количество молекул N₂ указывает на 2 атома азота (N) в молекуле вещества, так как каждый молекула азота содержит два атома азота.
   • Количество молекул воды указывает на наличие 20 атомов водорода (H) в молекуле вещества (10 молекул воды содержат по два атома водорода каждая, что даёт $10 \times 2 = 20$).

2. Определение числа атомов кислорода:

   • Органическое вещество полностью сгорело, используя 9 моль кислорода (O₂), что эквивалентно 18 атомам кислорода (каждая молекула кислорода содержит два атома).
   • Теперь считаем, сколько атомов кислорода содержится в продуктах реакции:
     • В 4 молекулах CO₂ содержится $4 \times 2 = 8$ атомов кислорода.
     • В 10 молекулах H₂O содержится $10 \times 1 = 10$ атомов кислорода.
   • Суммарно в продуктах реакции задействовано $8 + 10 = 18$ атомов кислорода, что соответствует 9 молям O₂, использованных в процессе. Значит, в исходном органическом веществе кислорода не было.

3. Запись молекулярной формулы:

   • Мы выяснили, что в одной молекуле органического вещества содержится:
     • 4 атома углерода (C),
     • 20 атомов водорода (H),
     • 2 атома азота (N).
   • Кислорода в составе молекулы исходного вещества нет.

   Таким образом, молекулярная формула органического вещества будет $\text{C}_4\text{H}_{20}\text{N}_2$.

4. Алгоритм решения подобных задач:

   • Определите количество атомов каждого элемента на основе данных о продуктах сгорания. Обратите внимание, что количество образовавшегося CO₂ соответствует числу атомов углерода, H₂O — числу атомов водорода, а N₂ — числу атомов азота.
   • Проверьте, сколько молекул кислорода (O₂) было использовано, и найдите суммарное число атомов кислорода в продуктах, чтобы проверить, есть ли кислород в составе исходного вещества.
   • Составьте формулу органического вещества, исходя из найденного числа атомов каждого элемента.

Следуя этому алгоритму, можно определить формулу органического вещества, если известны молекулы продуктов сгорания и количество потреблённого кислорода.