Quantitative Elementaranalyse?

3. Eine gasförmige organische Verbindung wird untersucht. Dabei waren alle Nachweise negativ. Verbrennt man 7,5 g der Verbindung, so erhöht sich die Masse am Calcium-chloridrohr um 2,448 g; am Natriumhydroxid findet eine Massenzunahme von 4,488 g

statt. Bei 20 °C nimmt das Gas ein Volumen von 3l ein.

Berechne das molare Volumen, die Verhältnisformel sowie die Summenformel des Gases.

Ich habe für die Verhältnisformel ungerade Zahlen raus.Kann jemand ihren lösungensweg zeigen und das molare Volumen?

Liebe grüsse

Answer 1

[indiachinacook]

Wir haben eine Verbindung, von der 7.5 g beim Verbrennen 2.448 g H₂O und 4.488 g CO₂ ergeben. Bereits beim groben Drüberschauen ist klar, daß diese Angabe unmög­lich richtig sein kann: Die Verbrennungsgase müssen zusammen ja schwerer als die Einwaage sein, weil der bei der Verbrennung aufgenommene Sauerstoff ja mitgewo­gen wird. Ausnahmen sind nur denkbar, wenn die Substanz so sauerstoffreich wäre, daß sie mehr O enthält als beim Verbrennen gebraucht wird, und das kling absolut nicht plausibel (z.B. ein Kohlenstoff, an den vier Hydroperoxidgruppen gebunden wä­ren, C(OOH)₄).

Versuchen wir trotzdem, irgendetwas zu rechnen:

• Die m=4.488 g CO₂ enthalten m⋅12⁄44=1.224 g C, das sind 0.102 mmol
• Die m=2.488 g H₂O enthalten m⋅2⁄18 = 0.272 g H, das sind 0.272 mmol
• Der Rest, also 7.5−0.272−1.224 = 6.004 g besteht aus O, das sind 0.375 mmol
• Das Stoffmengenverhältnis C/H = 0.375 = ⅜
• Die Zahlenverhältnisse C:H ist also 3:8, und dazu würden noch absurde elf (!) O-Atome kommen.

Wenn wir da nicht weiterkommen, probieren wir es mit der Gasdichte. Da steht etwas, daß wir bei 20 °C ein Volumen von 3 Litern bekommen, aber es ist nicht klar, welche Sub­stanzmenge dieses Volumen einnimmt, und wie hoch der Druck ist. Wenn ich an­neh­me, daß m=7.5 g gemeint sind und daß der Druck p=1 bar beträgt, dann bekomme ich für die molare Masse M=mRT/(pV)≈61 g/mol heraus, und das ist auch unplausibel weil ungerade (alle nur aus C, H und O bestehenden Substanzen haben gerade molare Masse).

Offenbar ist da irgendetwas katastrophal schiefgegangen. Nach ein bißchen Gegrübel fällt mir auf, daß C:H=3:8 eine vernünftige Formel ist. Vielleicht sind die Summen­for­meln C₃H₈ (Propan) oder C₃H₈O gemeint — letzteres hat zwar viele Isomere, aber da­von ist nur CH₃OC₂CH₃ Ethylmethylether bei 20 °C gasförmig. Leider paßt keine der beiden Annahmen zur angegebenen Gasdichte, wenn man annimmt, daß dieselbe Masse verbrannt und der Volumsmessung unterzogen wird.

1. Wenn die Substanz Propan (M=44 g/mol) ist, dann muß die Einwagemenge 1.224+0.272=1.496 g betragen haben (weil die Substanz keinen Sauerstoff enthält). Wenn wir diese Masse in die Formel für die molare Masse einsetzen, ergibt sich M=mRT/(pV)=12 g/mol, das paßt also nicht.
2. Wenn die Substanz Ethylmethylether sein soll, dann müßte die Einwaage etwas höher sein, nämlich 1.6 g, und daraus erhält man M≈14 g/mol, wieder nicht sinnvoll.

Ich sehe keine Möglichkeit, wie ich die Aufgabe lösen kann.

Comments

[Picus48]

Ich habe Deinen Beitrag wieder einmal nicht gesehen, während ich mich mit dieser schwachsinnige Aufgabe beschäftigt habe.

Answer 2

[Picus48]

Das molare Volumen V_m ist der Quotient aus dem Gasvolumen V und der Stoffmenge n.

V_m = V/n

Bei 20 °C und 1013 hPa beträgt dieses 24,0 L. Damit lässt sich die Stoffmenge bestimmen.

n = V/V_m = 3,0 L/(24,0 L/mol) = 0,125 mol

Wenn man davon ausgeht, dass das Gasvolumen eine Masse m von 7,5 g hat, dann lässt sich damit die molare Masse des Gases berechnen.

M = m/n = 7,5 g/(0,125 mol) = 60 g/mol

Zu dieser molaren Masse fällt mir kein Stoff ein, der bei Umgebungsbedingungen gasförmig ist. Auch passt das Ergebnis der Elementaranalyse nicht dazu. Dabei erhalte ich zunächst die Verhältnisformel:

C_0,102H_0,272 ==> CH_2,666 ==> C₃H₈

Wenn man davon ausgeht, dass Messfehler bei der Analytik aufgetreten sind, dann kann man vermuten, dass es möglicherweise Butan ist (M = 58 g/mol).

Vielleicht habe ich auch eine Beule in der Rechnung und ein Kollege rückt das gerade.