Нахождение молекулярной формулы вещества. Решение задач на определение формул органических веществ (подготовка к ЕГЭ по химии)
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.
Определение формулы вещества по массовым долям химических элементов (результатам количественного анализа) или по общей формуле вещества
1. Массовая доля элемента в веществе.
Массовая доля элемента - это его содержание в веществе в процентах по массе. Например, в веществе состава С2Н4 содержится 2 атома углерода и 4 атома водорода . Если взять 1 молекулу такого вещества, то его молекулярная масса будет равна:
Мr(С2Н4) = 2 12 + 4 1 = 28 а. е.м. и там содержится 2 12 а. е.м. углерода.
Чтобы найти массовую долю углерода в этом веществе, надо его массу разделить на массу всего вещества:
ω(C) = 12 2 / 28 = 0,857 или 85,7%.
Если вещество имеет общую формулу СхНуОz, то массовые доли каждого их атомов так же равны отношению их массы к массе всего вещества. Масса х атомов С равна - 12х, масса у атомов Н - у, масса z атомов кислорода - 16z.
Тогда
ω(C) = 12 х / (12х + у + 16z)
Формулу для нахождение массовой доли элемента в веществе:
ωэлемента = , × 100 %
где Аr –относительная атомная масса элемента; n – количество атомов элемента в веществе; Мr – относительная молекулярная масса всего вещеста
2. Молекулярная и простейшая формула вещества.
Молекулярная (истинная) формула - формула, в которой отражается реальное число атомов каждого вида, входящих в молекулу вещества.
Например, С6Н6 - истинная формула бензола.
Простейшая (эмпирическая) формула - показывает соотношение атомов в веществе. Например, для бензола соотношение С:Н = 1:1, т. е. простейшая формула бензола - СН. Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.
3. Если в задаче даны только массовые доли элементов , то в процессе решения задачи можно вычислить только простейшую формулу вещества. Для получения истинной формулы в задаче обычно даются дополнительные данные - молярная масса, относительная или абсолютная плотность вещества или другие данные, с помощью которых можно определить молярную массу вещества.
4. Относительная плотность газа Х по газу У - DпоУ(Х).
Относительная плотность D - это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У:
DпоУ(Х) = М(Х) / М(У)
Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху
.
Относительная плотность газа Х по водороду:
Dпо H2 = M(газа Х) / M(H2) = M(газа Х) / 2
Воздух - это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава). Поэтому:
Dпо возд. = М(газа Х) / 29
5. Абсолютная плотность газа при нормальных условиях.
Абсолютная плотность газа - это масса 1 л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.
ρ = m(газа) / V(газа)
Если взять 1 моль газа, то тогда: ρ = М / Vm,
а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.
Задача 1: Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.
1. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н - 15,79 г.
2. Найдём количество вещества каждого атома:
ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,
ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.
3. Определяем мольное соотношение атомов С и Н:
С: Н = 7,0175: 15,79 (поделим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (будем домножать на 1, 2,3,4 и т. п. пока после запятой не появится 0 или 9. В данной задаче нужно домножить на 4) = 4: 9.
Таким образом, простейшая формула - С4Н9.
4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:
М = D(возд.) 29 = 114 г/моль.
Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С4Н9 - 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.
Значит, истинная формула - С8Н18.
Задача 2 : Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.
Общая формула алкина СnH2n−2
Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность ρ - это масса 1 литра газа при нормальных условиях.
Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4 л такого газа:
M = (плотность ρ) (молярный объём Vm) = 2,41 г/л 22,4 л/моль = 54 г/моль.
Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n:
14 n − 2 = 54, n = 4.
Значит, алкин имеет формулу С4Н6.
Задача 3 : Определить формулу дихлоралкана, содержащего 31,86 % углерода.
Общая формула дихлоралкана: СnH2nCl2, там 2 атома хлора и n атомов углерода.
Тогда массовая доля углерода равна:
ω(C) = (число атомов C в молекуле) (атомная масса C) / (молекулярная масса дихлоралкана)
0,3186 = n 12 / (14n + 71)
n = 3, вещество - дихлорпропан. С3Н6Cl2
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). |
В некоторых задачах элементный состав искомого вещества не очевиден из текста условия. Чаще всего это касается реакций горения органических веществ. Неопределенность состава обычно связана с возможностью наличия кислорода в сгоревшем веществе. В первом шаге решения таких задач необходимо путем расчета выявить элементный состав искомого вещества. Задача 2.11.
m[(С)(в СO 2)] + m[(Н)(в Н 2 О)] > m орг. в-ва кислород входил в состав исходного вещества, причем его масса определится по разности: m орг. в-ва – m(С)(в СО 2) – m(Н)(в Н 2 О) = m(O)(в исх. в-ве). Определим массу углерода и водорода в продуктах реакции и сравним ее с массой исходного вещества. n(СО 2) = n(Н 2 О) = а моль. Используя величину «а» как известную, найдем массу СО 2 и Н 2 О: m(СО 2) = М(СО 2) . n
(СО 2) = (44 . а) г, Суммируем полученные выражения и приравниваем к значению общей массы продуктов реакции из условия: (44 . а ) + (18 . а ) = 5,58. Получили математическое уравнение с одним неизвестным. Решая его, находим значение неизвестной величины: а = 0,09. Этим значением мы обозначали количество вещества каждого из продуктов: n (СО 2) = n (Н 2 О) = 0,09 моль. 2. Найдем массу углерода в СО2 по алгоритму: n(СO 2) ---> n(С)(в СО 2) ---> m(С)(в СО 2) 3. Найдем массу водорода в образовавшейся воде по алгоритму: n(Н 2 О) ---> n(Н)(в Н 2 О) ---> m(Н)(в Н 2 О) 4. Сравниваем суммарную массу углерода и водорода с массой исходного вещества: m(С)(в СO 2) + m(Н)(в Н 2 О) = 1,08 + 0,18 = 1,26 г; следовательно, кислород входит в состав исходного вещества. m(О)(в исх. в-ве) = m орг. в-ва – m(С)(в СО 2) – m(Н)(в Н 2 О) = 1,74 -1,26 = 0,48 г. 5. Итак, в исходном веществе содержится: углерод, водород и кислород. Шаг 2. Составим схему реакции горения: С х Н у О z . + О 2 ---> СО 2 + Н 2 О Шаг 3.
Определим соотношения количеств вещества (n
) углерода, водорода и кислорода в исходном образце органического вещества. Количество вещества углерода и водорода мы уже определили в первом шаге. Шаг 4. Находим простейшую формулу: N(С) : N(Н) : N(О) = 0,09: 0,18: 0,03 Выбираем наименьшее значение (в данном случае «0,03») и делим на него все три числа: Получили набор наименьших целых чисел: N(С) : N(Н) : N(О) = 3: 6:1 Это дает возможность записать простейшую формулу: С 3 Н 6 О 1 Шаг 5.
Выявление истинной формулы. M истин. = D(О 2) . М(О 2) = 1,8125 . 32 = 58 г/моль. Определим значение молярной массы для простейшей формулы: М прост. = 3 .12 + 6 . 1 +1 . 16 = 58 г/моль. М прост. = M истин. следовательно, простейшая формула является истинной. С 3 Н 6 О - молекулярная формула сгоревшего вещества. Ответ: С 3 Н 6 О. С задачами на вывод химической формулы вещества учащиеся встречаются при прохождении программы химии с 8 по 11 классы. К тому же, данный тип задач довольно часто встречается в олимпиадных заданиях, контрольно – измерительных материалах ЕГЭ (части В и С). Диапазон сложности данных задач достаточно широк. Как показывает опыт, у школьников часто возникают затруднения уже на первых этапах решения при выводе молярной массы вещества. В данной разработке предлагаются задачи на нахождение формулы вещества, исходя из разных параметров в условиях. В представленных задачах приведены различные способы нахождения молярной массы вещества. Задачи составлены таким образом, чтобы учащиеся могли освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Наглядно демонстрируются наиболее общие приёмы решений. Для учащихся предлагаются решённые задачи по принципу нарастания сложности и задачи для самостоятельного решения.
Приводится пример решения задачи на применение уравнения Менделеева – Клайперона Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты. Относительная плотность углеводорода по водороду, имеющего состав: w(С) = 85,7 %; w (Н) = 14,3 %, равна 21. Выведите молекулярную формулу углеводорода. Определите молекулярную формулу алкана, если известно, что его пары в 2,5 раза тяжелее аргона. Массовая доля углерода в соединении равна 39,97 %, водорода 6, 73 %, кислорода 53,30 %. Масса 300 мл. (н.у.) этого соединения равна 2,41 г. Выведите молекулярную формулу этого вещества.
|
