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Un composé de formule empirique C5H7NO2 a une masse molaire de 339 grammes par mole. Quelle est la formule moléculaire de ce composé ? La masse molaire de l’hydrogène est d’un gramme par mole, celle du carbone est de 12 grammes par mole, l’azote, 14 grammes par mole et l’oxygène, 16 grammes par mole.
La formule empirique est la formule d’un composé avec le rapport entier le plus simple entre les nombres correspondant aux atomes de chaque élément. Par exemple, C4H10 aurait pour formule empirique C2H5, et C3H6 aurait pour formule empirique CH2. C4H8 aurait également pour formule empirique CH2. Si C2H5 et CH2 sont des formules empiriques, alors C4H10, C3H6 et C4H8 sont des formules moléculaires, définie comme la formule avec le nombre exact d’atomes de chaque élément dans une molécule.
L’énoncé nous dit que la formule empirique du composé est C5H7NO2, et nous devons déterminer quelle est sa formule moléculaire. La première étape pour déterminer la formule moléculaire est de calculer la masse molaire de la formule empirique, la masse molaire étant la masse moyenne en grammes par mole de substance. Nous savons que la formule empirique est C5H7NO2. Donc, nous devons multiplier la masse molaire du carbone (on nous dit dans la question qu’elle est de 12 grammes par mol), par sa valeur en indice, qui est cinq.
On ajoute ensuite la masse molaire de l’hydrogène, d’un gramme par mole, multipliée par sa valeur en indice, qui est sept. On ajoute ensuite la masse molaire de l’azote, qui est de 14 grammes par mole, multipliée par sa valeur en indice. Comme aucune valeur en indice n’est donnée, on en déduit qu’elle vaut un. Ainsi, la masse molaire de l’azote est multipliée par un. On doit enfin ajouter la masse molaire de l’oxygène, qui est de 16 grammes par mole, multipliée par sa valeur en indice, deux. En effectuant ce calcul, on obtient une masse molaire de 113 grammes par mole.
L’étape suivante consiste à diviser la masse molaire du composé par la masse molaire de la formule empirique. On nous a dit dans la question que la masse molaire du composé est de 339 grammes par mole. Et nous venons de calculer que la masse molaire de la formule empirique est de 113 grammes par mole. En effectuant cette opération, on obtient une valeur de trois. Cette valeur indique que la formule moléculaire est trois fois plus grande que la formule empirique. Ainsi, la dernière étape consiste à multiplier les indices de la formule empirique par la valeur que nous venons de calculer, qui est trois.
Donc, pour le carbone, on multiplie l’indice initial cinq par trois, ce qui donne un nouvel indice de 15. Pour l’hydrogène, on multiplie sept par trois, soit 21. Dans la formule empirique, la valeur en indice de l’azote est un, on multiplie donc un par trois, soit trois. Et pour l’oxygène, nous devons multiplier deux par trois, soit six.
Donc, la réponse à la question « Quelle est la formule moléculaire de ce composé ? » est C15H21N3O6.
