Нахождение формулы вещества по массовым долям органика. Определение формулы вещества по массовым долям химических элементов (результатам количественного анализа) или по общей формуле вещества
Если мы знаем химическую формулу вещества, то достаточно просто рассчитать относительные массы каждого элемента в нем.
По-видимому, можно выделить два основных типа расчетных задач на основе формул химических веществ. Во-первых, зная атомные массы каждого элемента, можно вычислить их суммарную массу, приходящуюся на моль вещества, и определить процентное содержание каждого элемента. Во-вторых, можно решить обратную задачу: найти химическую формулу по заданному процентному содержанию элементов в веществе (на основании данных химического анализа)
Рассмотрим несколько примеров.
Пример 1. Рассчитайте массовые доли в
процентах каждого элемента в фосфорной кислоте.
Решение.
Зная относительные атомные массы
каждого элемента, вычислим их сумму для Н 3 РО 4:
М r (Н 3 Р0 4) = 3A r (Н) + A r (Р) + 4A r (0) = 3 . 1 + 31 + 16 . 4 = 98. Тогда, например, содержание водорода равно
Пример 2. Железо образует с кислородом три оксида. Один из них содержит 77,8% железа, другой - 70,0 и третий - 72,4%. Определите формулы оксидов.
Решение. Запишем формулу оксида железа в общем случае: Fe x O y . Найдем отношение х: у и, приводя к целочисленному отношению, определим формулы оксидов.
1. Экспериментально найдено, что некоторое вещество, имеющее молярную массу 116 г/моль, содержит 23±2% азота. Требуется уточнить процентное содержание азота.
2. Химический анализ соединения азота с водородом, имеющего относительную молекулярную массу 32, показал, что массовая доля азота в соединении равна 66%. Докажите, что результаты анализа неверны.
3. Определить формулу вещества, содержащего 1,22 массов. части калия, 1,11 массов. части хлора и 2,00 массов. части кислорода. Существуют ли еще вещества того же качественного состава? Что вы можете сказать (на языке формул) об их количественном составе?
4. Хлорид некоторого металла содержит 74,7% хлора; определите неизвестный металл.
5.
Соль, содержащая некоторый элемент X,
имеет следующее массовое соотношение элементов
X: Н: N: О = 12: 5: 14: 48. Какова формула этой соли?
6. В середине XIX в. урану приписывали следующие значения атомной массы: 240 (Менделеев), 180 (Армстронг), 120 (Берцелиус). Эти значения получены по результатам химического анализа урановой смолки (одного из оксидов урана), который показал, что она содержит 84,8% урана и 15,2% кислорода. Какую формулу приписывали этому оксиду Менделеев, Армстронг и Берцелиус?
7. Некоторые квасцы (кристаллогидраты состава А 1 +Б 3 +(SО 4) 2 . 12Н 2 О) содержат 51,76% кислорода и 4,53% водорода. Определите формулу квасцов.
8. Соединение содержит водород (массовая доля- 6,33%), углерод (массовая доля -15,19%), кислород (массовая доля - 60,76%) и еще один элемент, число атомов которого в молекуле равно числу атомов углерода. Определите, что это за соединение, к какому классу оно относится и как ведет себя при нагревании.
1. 23% азота составляют 
В состав вещества может входить только целое число атомов азота (относительная масса 14). Значит, величина массы азота в одном моле вещества должна быть кратна 14. Таким образом, в 116 г вещества должно содержаться 14n (г) азота (14, 28, 42, 56 и т. д.). Наиболее близко к 26,7 число (кратное 14) 28. Массовая доля азота в веществе равна
2 . Если химический анализ проведен верно, то молекула данного соединения азота с водородом должна содержать
Число атомов в молекуле не может быть дробным, поэтому анализ проведен неверно.
3. Для нахождения количественного состава разделим массовые части элементов на их относительные атомные массы
т. е. формула искомого вещества КС1О 4 (перхлорат калия).
Эти же элементы содержатся в гипохлорите калия КСlO, хлорите калия КС1О 2 , хлорате калия КСlO 3 .
| n | (Me) | Me |
| 1 | 12 | - |
| 2 | 24 | Mg |
| 3 | 36 | - |
| 4 | 48 | Ti |
| 5 | 60 | - |
Титан или магний.
Решение задач на определение формулы органического вещества.
Разработала: Куст И.В. - учитель биологии и химии МБОУ Колюдовская СОШ
1.Определение формулы вещества по продуктам сгорания.
1.При полном сгорании углеводорода образовалось 27г воды и 33,6г углекислого газа (н.у.). Относительная плотность углеводорода по аргону равна 1,05. Установите его молекулярную формулу.
2.При сгорании 0,45г газообразного органического вещества выделилось 0,448л углекислого газа, 0,63г воды и 0,112л азота. Плотность исходного вещества по азоту 1,607. Установите молекулярную формулу этого вещества.
3.При сгорании бескислородного органического вещества образовалось 4,48л углекислого газа. 3,6 г воды, 3,65г хлороводорода. Определите молекулярную формулу сгоревшего соединения.
4.При сгорании вторичного амина симметричного строения выделилось 0,896л углекислого газа и 0,99г воды и 0,112л азота. Установите молекулярную формулу этого амина.
Алгоритм решения:
1.Определим молекулярную массу углеводорода:M (CxHy )=M (по газу)хД(газа)
2.Определим количество вещества воды: п (Н2О)= т (Н2О) : М(Н2О)
3.Определим количество вещества водорода: п(Н)=2п(Н2О)
4. Определим количество вещества углекислого газа: : п (СО2)= т (СО2) : М(СО2)или
п (СО2)= V (СО2) : Vm
5.Определим количество вещества углерода: п (С)= п (СО2)
6.Определим соотношение С:Н = п (С): п(Н)(оба числа делим на наименьшее из этих чисел)
7.простейшая формула (из пункта 6).
8.Молекулярную массу углеводорода (из первого пункта) делим на молекулярную массу простейшей формулы (из пункта 7) : полученное целое число означает – во столько раз надо увеличить число атомов углерода и водорода в простейшей формуле.
9.Определить молекулярную массу истинной формулы (найденной в пункте 8).
10.Записываем ответ – найденную формулу.
Решение задачи №1.
т(Н2 О)=27г
V (СО2 )=33,6л
Д(по Аr )=1,05
Найти СхНy
Решение.
1. Определим молекулярную массу углеводорода: M (CxHy )=M (по газу)хД(газа)
M (CxHy )=1,05х40г/моль=42 г/моль
2. Определим количество вещества воды: п (Н2 О)= т (Н2 О) : М(Н2 О)
п (Н2 О)=27г: 18г/моль=1,5моль
3. Определим количество вещества водорода: п(Н)=2п(Н2 О)
п(Н)=2х1,5моль=3моль
4. Определим количество вещества углекислого газа: п (СО2 )= V (СО2 ) : Vm
п (СО2 )=33,6л: 22,4л/моль=1,5моль
5. Определим количество вещества углерода: п (С)= п (СО2 )
п (С)= 1,5 моль
6. Соотношение С:Н = п (С): п(Н)=1,5моль:3моль=(1,5:1,5):(3:1,5)=1:2
7. Простейшая формула: СН2
8.42г/моль: 14=3
9. С3 Н6 – истинная (М(С3 Н6 )=36+6=42г/моль
10. Ответ: . С3 Н6 .
2.Определение формулы вещества, используя общую формулу и уравнения химической реакции.
5.При сгорании 1,8г первичного амина выделилось 0,448л азота. Определите молекулярную формулу этого амина.
6.При сгорании 0,9г некоторого предельного первичного амина выделилось 0,224г азота Определите молекулярную формулу этого амина.
7.При взаимодействии 22г предельной одноосновной кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6л газа. Определите молекулярную формулу кислоты.
8.Установите молекулярную формулу алкена, если известно что 0,5г его способны присоединить 200мл водорода.
9.Установите молекулярную формулу алкена. Если известно, что 1,5г его способны присоединить 600мл хлороводорода.
10.Установите молекулярную формулу циклоалкана, если известно, что 3г его способны присоединить 1,2л бромоводорода.
Алгоритм решения:
1.Определим количество известного вещества (азота, углекислого газа, водорода, хлороводорода, бромоводорода) : п = т: М или п= V : Vm
2.По уравнению сравним количество вещества известного вещества с количеством вещества которое надо определить:
3.Определим молекулярную массу искомого вещества: М=т:п
4.Найдем молекулярную массу искомого вещества используя его общую формулу:(М(СпН2п )=12п+2п=14п)
5.Приравняем значение пункта 3 и пункта 4.
6.Решим уравнение с одним неизвестным, найдем п.
7.Подставим в общую формулу значение п.
8.Запишим ответ.
Решение задачи №5.
V (N 2 )=0,448л
т(СпН2п+1 NH 2 )=1,8г
Найти СпН2п+1 NH 2 .
Решение.
1.Схема реакции: 2 СпН2п+1 NH 2 =N 2 (или)
2.Уравнение реакции: 2 СпН2 п+1 NH 2 +(6п+3)/2О2 =2пСО2 + (2п+3)Н2 О+N 2
3.Определим количество вещества азота по формуле: п= V : Vm
п(N 2)= 0,448л:22,4л/моль=0,02моль
4.Определим количество вещества амина (используя уравнения: коэффициент стоящий перед амином делим на коэффициент стоящий перед азотом)
п(СпН2 п+1 NH 2)= 2п(N 2) =2х0,02моль=0,04моль
5.Определим молярную массу амина по формуле: М=т:п
М((СпН2 п+1 NH 2 )=1,8г:0,04моль=45 г/моль
6.Определаем молярную массу амина по общей формуле:
М(СпН2 п+1 NH 2 )=12п+2п+1+14+2=14п+17г/моль
7.Приравниваем:14п+17=45(решаем уравнение)
8.Подставляем в общую формулу: СпН2 п+1 NH 2= С2 Н5 N Н2
9.Ответ: С2 Н5 N Н2
3.Определение формулы вещества используя уравнения химической реакции и закон сохранения массы веществ.
11.Некоторый сложный эфир массой 7,4г подвергнут щелочному гидролизу. При этом получено 9,8г калиевой соли предельной одноосновной карбоновой кислоты и 3,2г спирта. Установите молекулярную формулу этого эфира.
12.Сложный эфир массой 30г подвергнут щелочному гидролизу, при этом получено 34г натриевой соли предельной одноосновной кислоты и 16г спирта. Установите молекулярную формулу эфира.
1.Составим уравнение гидролиза.
2.По закону сохранения массы веществ (масса вступивших в реакцию веществ равна массе образовавшихся) : масса эфира +масса гидроксида калия = масса соли + масса спирта.
3.Находим массу (KOH ) = массу (соли) + массу (спирта) – массу (эфира)
4.Определим количество вещества KOH :n = m (KOH ) : М(KOH ).
5.По уравнению n (KOH ) = п (эфира)
6.Определим молярную массу эфира: M = m :n
7.По уравнению количество вещества KOH = количеству вещества соли (n )= количеству вещества спирта (n ).
8.Определим молекулярную массу соли:M =m (соли):n (соли).
9.Определим молекулярную массу соли по общей формуле и приравняем значения из пункта 8 и 9 .
10.От молекулярной массы эфира отнимем молекулярную массу функциональной группы кислоты найденной в предыдущем пункте без массы металла:
11. Определим функциональную группу спирта.
Решение задачи№11.
Дано:
т(эфира)=7,4г
т(соли)=9,8г
т(спирта)=3,2г
Найти формулу эфира
Решение.
1.Составим уравнения гидролиза сложного эфира:
СпН2п +1 СООСмН2 м+1 +КОН=СпН2п +1 СООК + СмН2 м+1 ОН
2.Находим массу (КОН)= т(соли)+т(спирта)-т(эфира)=(9,8г+3,2г)-7,4г=5,6г
3.Определим п(КОН)=т:М=5,6г:56г/моль=0,1моль
4.По уравнению:п(КОН)=п(соли)=п(спирта)=0,1моль
5.Определим молярную массу соли: М (СпН2п +1 СООК)=т:п=9,8г:0,1моль=98г/моль
6.Определим молярную массу по общей формуле:М (СпН2п +1 СООК)=12п+2п+1+12+32+39=14п+84 (г/моль)
7.Приравниваем: 14п+84=98
Формула соли СН3СООК
8.Определим молярную массу спирта: М(СмН2 м+1 ОН)=3,2г:0,01моль=32г/моль
9.Определим М(СмН2 м+1 ОН)=12м+2м+1+16+1=14м+18 (г/моль)
10.Приравниваем:14м+18=32
Формула спирта:СН3 ОН
11.Формула эфира: СН3СООСН3 -метилацетат.
4. Определение формулы вещества используя уравнения реакции, записанное с помощью общей формулы класса органических соединений.
13.Определите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и тоже количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами образует, соответственно, или 5,23г хлорпроизводного, или 8,2г бромпроизводного.
14.При взаимодействии одного и того же количества алкена с различными галогенами образуется 11,3г дихлорпроизводного или 20,2г дибромпроизводного.Определите формулу алкена. Напишите его название и структурную формулу.
1.Записываем два уравнения реакций (формулу алкена в общем виде)
2.Находим молекулярные массы продуктов по общим формулам в уравнениях реакций (через п).
3.Находим количества вещества продуктов: n =m :M
4.Приравниваем найденные количества вещества и решаем уравнения. Найденное п подставляем в формулу.
Решение задачи №13.
т(СпН2п+1 Cl )=5,23г
т (СпН2п+1 Br )=8,2г
Найти СпН2 п
Решение.
1.Составим уравнения реакций:
СпН2 п+НСl = СпН2п+1 Cl
СпН2 п + НВr = СпН2п+1 Br
2.Определим М(СпН2п+1 Cl )=12п+2п+1+35,5=14п+36,5(г/моль)
3.Определим п(СпН2п+1 Cl )=т:М=5,23г:(14п+36,5)г/моль
4.Определим М(СпН2п+1 Br )=12п+2п+1+80=14п+81(г/моль)
5.Определим п(СпН2п+1 Br )=т:М=8,2г: (14п+81)г/моль
6.Приравниваем п(СпН2п+1 Cl )= п(СпН2п+1 Br )
5,23г:(14п+36,5)г/моль = 8,2г: (14п+81)г/моль (решаем уравнение)
7.Формула алкена: С3 Н6
5.Определение формулы вещества через введение переменной Х.
15.В результате сжигания 1,74г органического соединения получено 5,58г смеси углекислого газа и воды. Количества веществ углекислого газа и воды в этой меси оказалось равными. Определите молекулярную формулу органического соединения. Если относительная плотность его по кислороду равна 1,81.
16. В результате сжигания1,32г органического соединения получено 3,72г смеси углекислого газа и воды. Количества веществ углекислого газа и воды в этой меси оказалось равными. Определите молекулярную формулу органического соединения. Если относительная плотность его по азоту равна 1,5714.
Алгоритм решения задачи:
1.Определим молярную массу органического вещества: М(СхНy Оz )=Д(по газу)хМ(газа)
2.Определим количество органического вещества: п (СхНy Оz )=т:М
3.Введение переменной х:Пусть Х-количество углекислого газа в смеси: п(СО2)=Хмоль, тогда столько же и воды (по условию):п(Н2О)=Хмоль.
4.Масса углекислого газа в смеси:т(СО2)=п(СО2)хМ(СО2)=44Х(г)
6.По условию задачи:т(смеси)=т(Н2О)+т(СО2)=44Х+18Х (Решаем уравнение с одним неизвестным, находим Х-число молей СО2 и Н2О)
11.Формула: С:Н:О=п(С):п(Н):п(О)
Решение задачи №15.
1.Определяем молекулярную массу органического вещества: М(СхНy Оz )=1,82х32г/моль=58г/моль
2.Определяем количество органического вещества: п (СхНy Оz )=т:М
п (СхНy Оz )=1,74г:58г/моль=0,03моль
3.Пусть Х-п(СО2) в смеси, тогда п(Н2О)-Хмоль(по условию)
4..Масса углекислого газа в смеси: т(СО2)=п(СО2)хМ(СО2)=44Х(г)
5.Масса воды в смеси: п(Н2О)=п(Н2О)хМ(Н2О)=18Х(г)
6.Составим и решим уравнение:44Х+18Х=5,58(масса смеси по условию)
Х=0,09(моль)
7.Определим количество вещества углерода (С):п(С)=п(СО2):п(СхНy Оz )
п(С)=0,09:0,03=3(моль)-число атомов С в органическом веществе.
8.Определим количество вещества водорода (Н): п(Н)=2хп(Н2О): п(СхНy Оz )
п(Н)=2х0,09:0,03=6(моль)-число атомов водорода в органическом веществе
9.Проверяем наличие кислорода в органическом соединении: М(О)=М(СхНy Оz )-М(С)-М(Н)
М(О)=58г/моль-(3х12)-(6х1)=16(г/моль)
10.Определяем количество вещества (число атомов) кислорода: п(О)=М(О):Аr (О)
п(О)=16:16=1(моль)-число атомов кислорода в органическом веществе.
11.Формула искомого вещества: (С3Н6О).
6. Определение формулы вещества по массовой доли одного из элементов, входящих в вещество .
17.Определите молекулярную формулу дибромалкана, содержащего 85,11% брома.
18.Определите строение сложного эфира аминокислоты, образованного производными предельных углеводородов, если известно, что он содержит 15,73% азота.
19.Определите молекулярную формулу предельного трехатомного спирта, массовая доля кислорода в котором равна 45,28%.
Алгоритм решения задачи.
1. Используя формулу нахождения массовой доли элемента в сложном веществе определяем молекулярную массу вещества: W (элемента)=Ar (элемента)хп(элемента):Мr (вещества)
Мr (вещества)=Аr (элемента)хп(элемента):W (элемента), где п(элемента)-число атомов данного элемента
2.Определяем молекулярную массу по общей формуле
3.Приравниваем пункт 1 и пункт 2. Решаем уравнение с одним неизвестным.
4.Записываем формулу, подставив значение п в общую формулу.
Решение задачи №17.
Дано :
W(Br) =85,11%
Найти СпН2 пВr 2
1.Определяем молекулярную массу дибромалкана:
М r( СпН2 пВr 2) = А r( В r) хп (Br):W(Br)
М r (СпН2 пВr 2 )=80х2:0,8511=188
2 Определяем молекулярную массу по общей формуле: М r (СпН2 пВr 2 )=12п+2п+160=14п+160
3.Приравниваем и решаем уравнение: 14п+160=188
4.Формула: С2 Н4 Вr 2
7.Определение формулы органического вещества, используя уравнения химических реакции, отражающие химические свойства данного вещества.
20.При межмолекулярной дегидратации спирта образуется 3,7г простого эфира. А при внутримолекулярной дегидратации этого спирта 2,24л этиленового углеводорода. Определите формулу спирта.
21.При внутримолекулярной дегидратации некоторого количества первичного спирта выделилось 4,48л алкена, а при межмолекулярной дегидратации образуется10,2г простого эфира. Какое строение имеет спирт.
Алгоритм решения задачи.
1.Записываем уравнения химических реакций, о которых говорится в задачи (обязательно уравниваем)
2.Определяем количество газообразного вещества по формуле: п= V : Vm
3.Определяем количество исходного вещества, затем количество вещества второго продукта реакции (по уравнению реакции и по условию задачи)
4.Определяем молярную массу второго продукта по формуле:М=т:п
5.Определяем молярную массу по общей формуле и приравниваем (п.4 и п.5)
6.Решаем уравнение и находим п- число атомов углерода.
7.Записываем формулу.
Решение задачи №21.
т(эфира)=10,2г
тт(СпН2 п)=4,48л
Найти СпН2п+1 ОН
Решение.
1.Записываем уравнения реакций:
СпН2п +1 ОН=СпН2п +Н2 О
2СпН2п +1 ОН=СпН2 п+1 ОСпН2п+1 +Н2О
2.Определяем количество вещества алкена (газ): п= V : Vm
п(СпН2п )=4,48л:22,4л/моль=0,2моль
3.По первому уравнению количество вещества алкена равно количеству вещества спирта. По второму уравнению количество вещества эфира в 2 раза меньше, чем количество вещества спирта т.е. п(СпН2 п+1 ОСпН2п+1 )=0,1моль
4.Определяем молярную массу эфира: М=т:п
М=10,2г:0,1моль=102г/моль
5.Определяем молярную массу по общей формуле: М(СпН2 п+1 ОСпН2п+1 )=12п+2п+1+16+12п+2п+1=28п+18
6.Приравниваем и решаем уравнение: 28п+18=102
7.Формула спирта:С3 Н7 ОН
I. Вывод формул веществ по массовым долям элементов.
1. Написать формулу вещества, обозначив индексы через x, y, z .
2. Если неизвестна массовая доля одного из элементов, то её находят, отняв от 100 % известные массовые доли.
3. Найти соотношение индексов, для этого массовую долю каждого элемента (лучше в %) разделить на его атомную массу (округлить до тысячных долей)
x: y: z = ω1 / Ar1 : ω2 / Ar2 : ω3 / Ar3
4. Полученные числа привести к целым. Для этого разделить их на наименьшее из полученных чисел. При необходимости (если опять получилось дробное число) после этого домножить до целого числа на 2, 3, 4 … .
5. Получится простейшая формула. Для большинства неорганических веществ она совпадает с истинной, для органических, наоборот, не совпадает.
Задача № 1.
ω(N) = 36,84 % Решение:
1. Напишем формулу: Nx Oy
М. Ф. = ? 2. Найдём массовую долю кислорода:
ω(О) = 100 % - 36,84 % = 61,16 %
3. Найдём соотношение индексов:
x: y = 36,84 / 14: 61,16 / 16 = 2,631: 3,948 =
2,631 / 2,631: 3,948 / 2,631 = 1: 1,5 =
1 ∙ 2: 1,5 ∙ 2 = 2: 3 Þ N2 O3
Ответ: N2 O3 .
II . Вывод формул веществ по массовым долям элементов и данным для нахождения истинной молярной массы (плотности, массе и объёму газа или относительной плотности).
1. Найти истинную молярную массу:
· если известна плотность:
r = m / V = M / Vm Þ M = r ∙ Vm = r г/л ∙ 22,4 л/моль
· если известна масса и объём газа, молярную массу можно найти двумя способами:
Через плотность r = m / V, M = r ∙ Vm;
Через количество вещества: n = V / Vm, M = m / n.
· если известна относительная плотность первого газа по другому:
D21 = M1 / M2 Þ M1 = D2 ∙ M2
M = DH2 ∙ 2 M = DO2 ∙ 32
M = Dвозд . ∙ 29 M = DN 2 ∙ 28 и т. д.
2. Найти простейшую формулу вещества (см. предыдущий алгоритм) и его молярную массу.
3. Сравнить истинную молярную массу вещества с простейшей и увеличить индексы в нужное число раз.
Задача № 1.
Найти формулу углеводорода, в котором содержится 14,29 % водорода , а его относительная плотность по азоту равна 2.
ω(Н) = 14,29 % Решение:
D(N 2 ) = 2 1. Найдём истинную молярную массу Сх Ну :
М = DN 2 ∙ 28 = 2 ∙ 28 = 56 г/моль.
М. Ф. = ? 2. Найдём массовую долю углерода:
ω(С) = 100 % - 14,29 % = 85,71 %.
3. Найдём простейшую формулу вещества и его молярную массу:
х: у = 85,7 / 12: 14,29 / 1 = 7,142: 14,29 = 1: 2 Þ СН2
М(СН2 ) = 12 + 1 ∙ 2 = 14 г/моль
4. Сравним молярные массы:
М(Сх Ну ) / М(СН2 ) = 56 / 14 = 4 Þ истинная формула – С4 Н8 .
Ответ: С4 Н8 .
iii. Алгоритм решения задач на вывод формул
органических веществ, содержащих кислород .
1. Обозначить формулу вещества с помощью индексов Х. У, Z и т. д. по числу элементов в молекуле. Если продуктами горения являются СО2 и Н2О, то вещество может содержать 3 элемента (СхНуОZ). Частный случай: продуктом горения кроме СО2 и Н2О является азот (N2) для азотсодержащих веществ (Сх Ну Оz Nm)
2. Составить уравнение реакции горения без коэффициентов.
3. Найти количество вещества каждого из продуктов сгорания.
5. Если не сказано, что сжигаемое вещество - углеводород, рассчитать массы углерода и водорода в продуктах сгорания. Найти массу кислорода в веществе по разности массы исходного вещества и m (C) + m (H).вычислить количество вещества атомов кислорода.
6. Соотношение индексов х:у:z равно соотношению количеств веществ v (C) :v (H) :v (O) приведенному к отношению целых чисел.
7. При необходимости по дополнительным данным в условии задачи привести полученную эмпирическую формулу к истинной.
Задачи на вывод химических формул.
4.1. Нахождение простейшей химической формулы вещества по массовым долям элементов.
Задача №1
Вывести простейшую формулу соединения, содержащего (масс. доли, %) натрия – 42,1, фосфора – 18,9, кислорода – 39,0.
Дано: Решение:
Ar(NaO) = 2 Обозначим числа атомов натрия, фосфора,
Ar(P) = 18,9 кислорода в простейшей формуле соответственно
Ar(O) = 39,0 через x, y, z.
w(Na) = 42,1% Тогда формула будет иметь вид: NaxPyOz
w(P) = 18,9% На основе закона постоянства состава можно записать
w(O) = 39,0% 23x: 31y: 16z = 42,1: 18,9: 39,0
найти простейшую отсюда x: y: z = 42,1 / 23: 18,9 / 31: 39,0 / 16, или
формулу вещества x: y: z = 1,83: 0,61: 2,24
Полученные числа 1,83: 0,61: 2,24 выражают количественное отношение между атомами элементов. Но отношение между атомами могут быть целочисленными. Поэтому наименьшие из полученных чисел (0,61) принимаем за единицу и делим на него все остальные:
x: y: z = 1,83 / 0,61: 0,61 / 0,61: 2,44 / 0,16
x: y: z = 3: 1: 4
простейшая формула вещества Na3PO4
Ответ: Na3PO4
Задача №2
Соединение содержит водород (массовая доля – 6,33%), углерод (массовая доля – 15,19%), кислород (массовая доля – 60,76%) и еще один элемент, число атомов которого в молекуле равно числу атомов углерода. Определите, что это за соединение и к какому классу оно относится.
Дано: Решение:
w(H) = 6,33% 1. Обозначим неизвестный элемент буквой X,
w(C) = 15,19% а формулу вещества запишем HaCbOcXd
w(O) = 60,76% Массовая доля неизвестного элемента будет равна
вывести формулу w(X) = 100 – (6,33 + 15,19 + 60,76)% = 17,72%
вещества 2. Находим отношение числа атомов элементов:
а: b: c = 6,33 / 1: 15,19 / 12: 60,76 / 16 = 6,33: 1,27: 3,8
Меньшее число (1,27) принимаем за единицу и находим следующее отношение: а: b: c
3. Находим неизвестный элемент. По условию задачи число атомов элемента X равно числу атомов углерода, значит:
17,72 / Ar(X) = 15,19 / 12 , откуда Ar(X) = 14
Неизвестный элемент – азот.
Простейшая формула вещества запишется следующим образом:
NH6CO3, или NH5HCO3 – гидрокарбонат аммония (кислая соль).
Ответ: простейшая формула вещества NH5HCO3
(гидрокарбонат аммония, кислая соль)
Задача №3
Вещество содержит 75% углерода и 25% водорода. Определите простейшую формулу вещества.
Дано: Решение:
w(C) = 75% n(C) = w(C) / M(C) = 75 / 12 = 6,25 (моль);
w(H) = 25% n(H) = w(H) / M(H) = 25 / 1 = 25 (моль);
Простейшая Для получения целочисленных индексов разделим
формула - ? на наименьшее число – 6,25:
n(C) : n(H) = 6,25 / 6,25: 25 / 6,25 = 1: 4
Следовательно, атом углерода имеет индекс 1, а атом водорода – 4. Простейшая формула – CH5
Задача№4
В состав химического соединения входят 34,6% натрия, 23,3% фосфора и 42,1% кислорода. Определите простейшую формулу вещества.
Дано: Решение:
w(Na) = 34,6% n(Na) = w(Na) / M(Na) = 36,4 / 23 = 1,5 (моль);
w(P) = 23,3% n(P) = w(P) / M(P) = 23,3 / 31 = 0,75 (моль);
w(O) = 42,1% n(O) = w(O) / M(O) = 42,1 / 16 = 7,63 (моль);
Простейшая Отношение количеств веществ:
формула - ? n(Na) : n(P) : n(O) = 1,5: 0,75: 2,63
Разделим на наименьшее – 0,75:
n(Na) : n(P) : n(O) = 2: 1: 3,5
n(Na) : n(P) : n(O) = 4:2:7
Следовательно, простейшая формула – Na4P2O7.
Ответ: Na4P2O7
Задача №5
Вещество содержит 17,56% натрия, 39,69% хрома и 42,75% кислорода. Определите простейшую формулу вещества.
Дано: Решение:
w(Na) = 17,56% n(Na) = w(Na) / M(Na) = 17,56 / 23 = 0,76 (моль);
w(Cr) = 39,69% n(Cr) = w(Cr) / M(Cr) = 39,69 / 52 = 0,76 (моль);
w(O) = 42,75% n(O) = w(O) / M(O) = 42,75 / 16 = 2,67 (моль);
простейшая Отношение количеств веществ:
формула - ? n(Na) : n(Cr) : n(O) = 0,76: 0,76: 2,67
Разделим на наименьшее – 0,76:
n(Na) : n(Cr) : n(O) = 1:1: 3,5
Так как коэффициенты в формулах обычно целочисленные, умножим на 2 (возьмем удвоенные числа в отношении индексов):
n(Na) : n(Cr) : n(O) = 2: 2: 7
Следовательно, простейшая формула – Na2Cr2O7
Ответ: Na2Cr2O7
Задача №6
Вещество содержит 53,8% Al и 46,2% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: Al2O3)
Задача №7
Вещество содержит 1% H, 35% Cl и 64% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: HClO4)
Задача №8
Вещество содержит 43,4% Na, 11,3% C и 45,3% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: Na2CO3)
Задача №9
Вещество содержит 36,8% Fe, 21,1% S и 42,1% O. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: FeSO4)
Задача №10
Вещество содержит 5,88% водорода и 94,12% серы. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: H3S)
4.2. Нахождение молекулярной формулы газообразного вещества по массовым долям элементов и относительной плотности его по другому газу
Задача №1
Вывести молекулярную формулу углеводорода по данным: массовая доля углерода – 65,7%, относительная плотность по воздуху Dвозд = 1,45.
Дано: Решение:
w(C) = 65,7% 1. Найдем массовую долю водорода в данном
Dвозд = 1,45 веществе CxHy;
Ar(C) = 12 w(H) = 100% - 85,7% = 14,3% (0,143)
Ar(H) = 1 2. Определим относительную молекулярную
Вывести молекулярную массу углеводорода, зная его относительную
формулу. плотность по воздуху;
Mr(CxHy) = 29 * Dвозд = 29 * 1,45 = 42
3. Рассчитаем число атомов (x) в молекуле. Для этого запишем выражение для нахождения массовой доли углерода в веществе:
w(C) = x*Ar(C) / Mr(CxHy) , отсюда получаем выражение для x:
x = w(C) * Mr(CxHy) / Ar(C); x = 0,857 * 42 / 12 = 3 (атома C).
4. Аналогично находим число атомов водорода (y):
y = w(H) * Mr(CxHy) / Ar(H); y = 0,143 * 42 / 1 = 6 (атомов H).
Ответ: молекулярная формула вещества C3H6
Задача №2
Вещество содержит 85,71% С и 14,29% Н. Относительная плотность паров вещества по водороду равна 14. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано: Решение:
w(C) = 85,71% 1. Найдем простейшую формулу вещества.
w(H) = 14,29% n(C) = w(C) / M(C) = 85,71 / 12 = 6,25 (моль);
DH3 = 14 n(H) = w(H) / M(H) = 14,29 / 1 = 14,29 (моль);
Молекулярная n(C) : n(H) = 7,14: 14,29 = 1: 2
формула - ? Простейшая формула – CH3.
DH3 = M / M(H3); M = DH3 - M(H3) = 14*2 = 28 (г/моль)
2. найдем молярную массу простейшей формулы:
M(прост) = М(CH3) = M(C) + 2M(H) = 12 + 2*1 = 12 + 2 = 14 (г/моль)
3. Найдем число повторений простейшей формулы вещества в молекуле:
М = x * M(прост) = x * M(CH3)
28 = x * 14, x = 2
Истинная формула – (СH3)2 или С2H5
Ответ: С2H5
Задача №3
Вещество содержит 30,4% N и 69,6% О. Плотность паров этого вещества по азоту равна 3,285. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано: Решение:
w(N) = 30,4% 1. Найдем простейшую формулу вещества:
w(O) = 69,6% n(N) = w(N) / M(N) = 30,4 / 14 = 2,17 (моль);
DN2 = 3,285 n(O) = w(O) / M(O) = 69,6 / 16 = 4,35 (моль);
Молекулярная n(N) : n(O) = 2,17: 4,35 = 1: 2
формула - ? Простейшая формула NO2
DN2 = M / M (N2); M = DN2 * M(N2) = 3,285 * 28 = 91,98 (г/моль)
2. Найдем молярную массу простейшей формулы:
М(прост) = M(NO2) = M(N) + 2M(O) = 14 + 2*16 = 46 (г/моль)
3. Найдем число повторений простейшей формулы вещества в молекуле.
М = x * M(прост) = x * M(NO2)
91,98 = x * 46; x = 2
Истинная формула – (NO2)2 или N2O4
Ответ: N2O4
4.3. Установление молекулярной формулы газообразного вещества по продуктам сгорания
Задача №1
При сгорании вещества массой 2,3г образовался оксид углерода (IV) массой 4,4г вода массой 2,7г. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху Dв = 1,59. Из каких элементов состоит это соединение? Какова его молекулярная формула?
Дано: Решение:
m(вещества) = 2,3г Необходимо учесть состав продуктов сгорания -
m(CO2) = 4,4г оксида углерода (IV) и воды. В них углерод и m(H3O) = 2,7г водород могли перейти только из сгоревшего
Dв = 1,59 соединения. Кислород же мог войти как из этого
Молекулярная соединения, так и из воздуха. Первоначально формула - ? необходимо определить массы углерода в оксиде
Углерода (IV) и водорода в воде.
1. Определяют массу углерода. М(CO2) = 44 г/моль. M(CO2) = 44г.
В оксиде углерода (IV) массой 44г углерода 12г. При сгорании образовался CO2 массой 4,4г, что соответствует 0,1 моль. Следовательно, масса углерода 1,2г.
2. Аналогично вычисляют массу водорода. Масса воды равна 18г, а водорода 2г. В 2,7г воды находится:
2г * 2,7г / 18г = 0,3 (H).
3. Сумма масс углерода и водорода составляет (1,2 + 0,3) = 1,5г. Следовательно, если соединение сгорело 2,3г, то разность 2,3г – 1,5г = 0,8г показывает массу кислорода.
4. Формула соединения: CxHyOz.
Отношение числа атомов элементов:
x: y: z = 1,2 / 12: 0,3 / 1: 0,8 / 16 или x: y: z = 0,1: 0,3: 0,05
Приняв наименьшее число за единицу, находят что:
x: y: z = 0,1 / 0,05: 0,3 / 0,05: 0,05 / 0,05 = 2: 6: 1
Таким образом, простейшая формула соединения должна иметь вид C2H6O с относительной молекулярной массой, равной 46. Истинную относительную молекулярную массу определяют, зная, что относительная плотность соединения по воздуху Dв = 1,59, тогда Mr = 1,59 * 29 = 46,1.
5.Сравнение относительных молекулярных масс показывает, что простейшая молекулярная формулы здесь совпадают. Отсюда следует, что C2H6O представляет собой и молекулярную формулу вещества.
Ответ: C2H6O
Задача №2
При сжигании 112мл газа было получено 448мл углекислого газа и 0,45 воды. Относительная плотность газа по водороду составляет 29(н.у.). Найти молекулярную массу газа.
Дано: Решение:
V(газа) = 112мл = 0,112л 1. Определим относительную
V(CO2) = 448мл = 0,448л молекулярную массу газа:
m(H3O) = 0,45г Mr(газа) = 2DH3 * Mr(газа) = 2*29 = 58
DH3 (газа) = 29 2. Найдем массу 112мл (0,112л) газа:
Mr(H3O) = 18 58г газа при н.у. занимают объем 0,112л;
Vm = 22,4 л/моль xг газа при н.у. занимают объем 0,112л;
Найти молекулярную Составляем пропорцию:
формулу газа. 58г: xг = 22,4л: 0,112л;
x = 58г*0,112л / 22,4л = 0,29г (газа),
или используя формулу m = v*M = V / Vm * M, находим
m = 0,112л / 22,4 л/моль * 58 г/моль = 0,29г.
3. Вычитаем массы углерода и водорода, содержащихся в веществе:
0,448л CO2 содержат xг углерода С;
22,4л: 0,448л = 12г: xг;
x = 0,448*12г / 22,4л = 0,24г (С)
в 18г Н2О содержится 2г водорода (Н);
в 0,45г Н2О содержится yг водорода;
y = 0,45г*2г / 18г = 0,05г (Н).
4. Определим, входит ли в состав данного газа элемент кислород. Сумма масс углерода и водорода в сожженном газе составляет:
m(C) + m(H) = 0,24г + 0,05г = 0,29г
Значит, газ состоит только из углерода и водорода, CxHy.
5.Находим отношение числа атомов элементов в сгоревшем веществе:
x: y = m(C) / Ar(C) : m(H) / Ar(H) = 0,24 / 12: 0,05 / 1
x: y = 0,02: 0,05 = 2: 5
Простейшая формула вещества C2H6 (Mr = 29).
6. Находим, во сколько раз истинная молекулярная масса вещества больше вычисленной по его простейшей формуле:
Mr(CxHy) / Mr(C2H6) = 58 / 29 = 2
Значит, число атомов в простейшей формуле увеличиваем в 2 раза:
(C2H6)2 = C4H20 – бутан.
Ответ: C4H20
Задача №3
При сгорании 1,45г органического вещества образовалось 2,2г оксида углерода (IV) и 0,9г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 45. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано: Решение:
m(в-ва) = 1,45г Составляем схему и определяем массу углерода
m(CO2) = 2,2г содержащегося в веществе:
m(H3O) = 0,9г С СО2
DH3 = 45 В 44г СО2 содержится 12г С;
Mr(CO2) = 44 В 2,2г СО2 содержится mг С;
Mr(H3O) = 18 m(C) = 2,2г*12г / 44г = 0,6г
Mr(H3) = 2 2. Образование воды в продуктах сгорания вещества
Найти молярную свидетельствует о наличии в нем атомов водорода:
формулу. 2Н Н2О m(H) = 2г*0,9г / 18г = 0,1г
3. Определим, входит ли в состав вещества кислород:
m(O) = m(в-ва) – ,
m(O) = 1,45г – (0,6г + 0,1г) = 0,75г
4. Представим формулу вещества как CxHyOz
x: y: z = m(C) / Ar(C) : m(H) / Ar(H) : m(O) / Ar(O),
x: y: z = 0,6 / 12: 0,1 / 1: 0,75 / 16 = 0,05: 0,1: 0,05
x: y: z = 1: 2: 1
Простейшая формула вещества CH3O
5. Находим относительные молекулярные массы простейшей формулы и искомого вещества и сопоставляем их:
Mr(CH3O) = 30; Mr(CxHyOz) = 2 * DH3 = 2 * 45 = 90
Mr(CxHyOz) / Mr(CH3O) = 90 / 30 = 3
Значит, число атомов каждого элемента в простейшей формуле нужно увеличить в 3 раза:
(СH3O)3 = C3H6O3 – истинная формула.
Ответ: C3H6O3
Задача №4
При сгорании 1,96г вещества образовалось 1,743г СО2 и 0,712г Н2О. При обработке 0,06г этого вещества азотной кислотой и нитратом серебра образовалось 0,173г AgCl. Молярная масса вещества равна 99 г/моль. Определите его молекулярную формулу.
(Ответ: C2H5Cl2)
Задача №5
При полном сгорании 1,5г вещества получено 4,4г оксида углерода (IV) и 2,7г воды. Масса 1л (н.у) этого вещества в газообразном состоянии равна 1,34г. Определите молекулярную формулу вещества.
(Ответ: C2H6)
Тема №5. Окислительно-восстановительные реакции
Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции, в ходе которых происходит изменение степеней окисления (с.о.) элементов, образующих реагирующие вещества.
Окислитель – вещество (элемент, в составе этого вещества), принимающее электроны. Само оно при этом восстанавливается.
Восстановитель - вещество (элемент, в составе этого вещества), отдающее электроны.
Следует помнить, что к ОВР относятся все реакции замещения (для неорганических веществ), а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество. Ориентиром для отнесения конкретной реакции к ОВР служит наличие формулы простого вещества в схеме или уравнении химической реакции.
Типичные окислители
|
Группа окислителей |
Химические элементы |
Примеры веществ |
|
|
Электрический ток на аноде |
|||
|
Галогены в высших положительных степенях окисления |
Cl+7, Br+7, I+7 |
HClO4, HBrO4, HIO4 |
|
|
Галогены в промежуточных положительных степенях окисления |
Cl+1, Cl+3, Cl+5, Br+5, I+5… |
KClO3, HClO, NaBrO3 |
|
|
Халькогены и другие неметаллы в положительных степенях окисления |
H3SO4, SO2, HNO3 |
||
|
Неметаллы – простые вещества (нулевая степень окисления). |
|
