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問題 2

炭素と水素の定量分析は、1831年にユストゥス・リービッヒが開発した手法で行われた：有機化合物の秤量試料を気化させ、酸素流で加熱した酸化銅(II)を通し、Cを COX2\ce{CO2}、Hを HX2O\ce{H2O} に定量的に酸化する。水は過塩素酸マグネシウムを詰めた秤量済みの管に、二酸化炭素はアスベストに担持した水酸化ナトリウムの管に吸収させる。C, H, O のみを含む純粋な液体試料を 0.57148 g の白金ボートに入れ、試料入りで 0.61227 g を示した。燃焼後、吸水管は 6.47002 g から 6.50359 g に、COX2\ce{CO2} 管は 5.46311 g から 5.54466 g に増加した。2.1 化合物の質量百分率組成を計算せよ。2.2 組成式を求めよ。2.3 モル質量を求めるため、1.0045 g を気化させた。350 K、35.0 kPa で測定した体積は 0.95 dm3^3 であった。モル質量と分子式を求めよ。2.4 この化合物を水酸化ナトリウム溶液と加熱すると2つの生成物ができる。分留で一方が得られ、もう一方は酸化処理後に酸として精製される。化合物はどの官能基類に属しうるか？ 2.5 得られた酸 0.1005 g を 0.1000 mol dm−3^{-3} NaOH で滴定すると、指示薬は 16.75 cm3^3 で変色した。元の化合物を同定せよ。
ステップ 1/5: 質量組成
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直感的な説明

回収した COX2\ce{CO2} 1 g 中の12/44が炭素、HX2O\ce{H2O} 1 g 中の2/18が水素である。

m(C)=0.08155×12.044.0=0.02224 g;m(H)=0.03357×2.0218.02=3.76×10−3 g;%C=54.56, %H=9.21, %O=36.23m(\mathrm C) = 0.08155 \times \tfrac{12.0}{44.0} = 0.02224\ \text{g};\quad m(\mathrm H) = 0.03357 \times \tfrac{2.02}{18.02} = 3.76\times 10^{-3}\ \text{g};\quad \%\mathrm C = 54.56,\ \%\mathrm H = 9.21,\ \%\mathrm O = 36.23
分析

試料質量 =0.61227−0.57148=0.04079= 0.61227 - 0.57148 = 0.04079 g。管の増加量 m(COX2)=0.08155m(\ce{CO2}) = 0.08155 g、m(HX2O)=0.03357m(\ce{H2O}) = 0.03357 g より、炭素は 0.08155×12/44=0.022240.08155 \times 12/44 = 0.02224 g（54.6 %）、水素は 0.03357×2.02/18.02=3.76×10−30.03357 \times 2.02/18.02 = 3.76\times 10^{-3} g（9.2 %）。酸素は差し引きで 0.04079−0.02600=0.014790.04079 - 0.02600 = 0.01479 g（36.2 %）。

よくある誤り. 吸収管から酸素量を読み取ってはいけない。回収した COX2\ce{CO2} と HX2O\ce{H2O} の酸素には燃焼ガス流由来のものが含まれる。Oは質量差から求める。