Как установить формулу вещества по массовым долям. Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов, если указана плотность или относительная плотность данного вещества в газообразном состоянии
Области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Mr (CхHy) = DN2·28, где DN2 -относительная плотность по азоту
Mr (CхHy) = DО2·32, где DО2 - относительная плотность по кислороду
Mr (CхHy) = r ·22,4, где r абсолютная плотность (г/мл)
ПРИМЕР 1 Алкан имеет плотность паров по кислороду 2,25. Определить его относительную молекулярную массу.
Вычислить относительную молекулярную массу Mr(CхHy) по относительной плотности: Mr (CхHy) = DО2·32 ,
Mr (CхHy) = 2,25·32 = 72
Решение расчетных задач на вывод молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов
Задача 1. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.
1. Записать условие задачи.
https://pandia.ru/text/78/558/images/image002_199.jpg" width="220" height="54 src=">
3. Найти индексы х и y по отношению:
https://pandia.ru/text/78/558/images/image005_123.jpg" width="282" height="70 src=">
2. Найти массовую долю водорода:
https://pandia.ru/text/78/558/images/image007_103.jpg" width="303" height="41 src=">
следовательно, простейшая формула – C2H5.
4. Найти истинную формулу. Поскольку общая формула алканов СnH2n+2, то истинная формула – С4Н10.
Задания для самостоятельной работы
Решить задачи
1. Органическое вещество содержит 84,21% углерода и 15,79% водорода. Плотность паров вещества по воздуху 3,93. Определить формулу вещества.
2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%. Относительная плотность паров вещества – 2,59
3. Алкан имеет плотность паров по воздуху 4,414. Определить формулу алкана.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Габриелян. 10, 11 кл. – М., Дрофа. 2008.
2. , Фельдман -8, 9. М.: Просвещение, 1990;
3. Глинка химия. Л.: Химия, 1988;
4. Макареня химию. М.: Высшая школа, 1989;
5. Романцева задач и упражнений по общей химии. М.: Высшая школа, 1991.
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
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.
В результате сжигания 1,74 г органического соединения получено 5,58 г смеси СО 2 и Н 2 О. Количества веществ СО 2 и Н 2 О в этой смеси оказались равными. Определите молекулярную формулу органического соединения, если относительная плотность его паров по кислороду равна 1,8125.
Дано:
масса органического соединения: m орг в.ва = 1,74 г;
суммарная масса продуктов р-ции: m(СО 2) + m(Н 2 О) = 5,58 г;
соотношение количеств веществ продуктов р-ции: n
(СО 2) = n
(Н 2 О);
относительная плотность паров исходного вещества по кислороду: D(O 2) = 1,8125.
Найти:
молекулярную формулу сгоревшего соединения.
Решение:
Шаг 1. Класс сгоревшего органического соединения не указан, поэтому об элементном составе можно судить только по продуктам реакции. Углерод и водород входили в состав сгоревшего вещества однозначно, так как эти элементы присутствуют в продуктах горения, а из воздуха принимал участие в реакции только кислород. Причем весь углерод и весь водород полностью перешли из исходного вещества в СО 2 и Н 2 О. Возможно, в состав искомого соединения также входил кислород.
Прояснить ситуацию с наличием или отсутствием кислорода можно по данным из условия задачи. Нам известна масса сгоревшего органического соединения и количественные данные,
относящиеся к продуктам. Очевидно, что если суммарная масса углерода из СО 2 и водорода из Н 2 О окажется равной массе исходного органического вещества, то кислорода в его составе не было. В ином случае, если
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.
1. В условии указана информация о суммарной массе продуктов реакции, и поэтому, в первую очередь, нам необходимо выявить массы каждого из продуктов по отдельности. Для этого обозначим количество вещества образовавшегося углекислого газа величиной «а
». Тогда, согласно условию:
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,
m(Н 2 О) = М(Н 2 O) . n
(Н 2 О) = (18 . 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)
n(С)(в СO 2) = n(СO 2) = 0,09 моль (по индексам в формуле).
m(С)(в СO 2) = n(С)(в СO 2) . М(С) = 0,09 . 12 = 1,08 г = m(С)(в исх. в-ве)
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)
n(Н) (в Н 2 О) > n(Н 2 О) в 2 раза (по индексам в формуле)
n(Н)(в Н 2 О) = 2 . n(Н 2 О) = 2 . 0,09 = 0,18 моль
m(Н)(в Н2O) = n(Н)(в Н2O) . М(H) = 0,18 . 1 = 0,18 г =m(Н)(в исх. в-ве)
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;
m орг. в-ва = 1,74 г.
m(С)(в СO 2) + m(Н)(в Н 2 О) > m орг. в.в-а,
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.
Дальнейшие действия ничем не отличатся от примеров ранее рассмотренных задач. Обозначим искомое вещество как С х Н у О z .
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.
Количества вещества (n
) кислорода найдем по данным о его массе:
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.
По данным об относительной плотности паров искомого вещества по кислороду определяем истинную молярную массу:
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.
Теория к заданию 35 из ЕГЭ по химии
Нахождение молекулярной формулы вещества
Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов
Массовая доля элемента — это отношение его массы к общей массе вещества, в состав которого он входит:
$W={m(эл-та)}/{m(в-ва)}$
Массовая доля элемента ($W$) выражается в долях единицы или в процентах.
Задача 1. Элементарный состав вещества следующий: массовая доля железа $72.41%$, массовая доля кислорода $27.59%$. Выведите химическую формулу.
Дано:
$W(Fe)=72.41%=0.7241$
$W(O)=27.59%=0.2759$
Решение:
1. Для расчетов выбираем массу оксида $m$(оксида)$=100$ г. Тогда массы железа и кислорода будут следующими:
$m(Fe)=m_{оксида}·W(Fe); m(Fe)=100·0.7241=72.41$ г.
$m(O)=m_{оксида}·W(O); m(O)=100·0.2759=27.59$ г.
2. Количества вещества железа и кислорода равны соответственно:
$ν(Fe)={m(Fe)}/{M(Fe)};ν(Fe)={72.41}/{56}=1.29.$
$ν(O)={m(O)}/{M(O)};ν(O)={27.59}/{16}=1.72.$
3. Находим соотношение количества веществ железа и кислорода:
$ν(Fe) : ν(O)=1.29: 1.72.$
Меньшее число принимаем за $1 (1.29=1)$ и находим:
$Fe: O=1: 1.33$.
4. Так как в формуле должно быть целое число атомов, то это отношение приводим к целым числам:
$Fe: O=1: 1.33=2: 2.66=3·3.99=3: 4$.
5. Подставляем найденные числа и получаем формулу оксида:
$Fe: O=3: 4$, т. е. формула вещества $Fe_3O_4$.
Ответ: $Fe_3O_4$.
Нахождение химической формулы вещества по массовым долям элементов, если указана плотность или относительная плотность данного вещества в газообразном состоянии
Задача 2. Массовая доля углерода в углеводороде составляет $80 %$. Относительная плотность углеводорода по водороду составляет $15$.
Дано:
Решение:
1. Обозначим формулу вещества $C_{x}H_{y}$.
2. Найдем число молей атомов углерода и водорода в $100$ г данного соединения:
$x=n(C); y=ν(H).$
$ν(C)={m(C)}/{M(C)}={80}/{12}=6.6;ν(H)={m(H)}/{M(H)}={20}/{1}=20.$
1 способ.
3. Отношение между атомами:
$x: y=6.6: 20=1: 3$, или $2: 6$.
Простейшая формула вещества $CH_3$.
4. Определяем молекулярную массу углеводорода по относительной плотности ее паров.
$M_r$(вещества)$=2D(H_2)=32D(O_2)=29D$(воздуха).
$M_x=2D(H_2)=2·15=30$ г/моль.
5. Вычисляем относительную молекулярную массу углеводорода по простейшей формуле:
$M_r(CH_3)=A_г(C)+3A_г(H)=12+3=15$.
6. Значения $M_x$ и $M_r$ не совпадают, $M_r={1}/{2}M_x$, следовательно, формула углеводорода $C_2H_6$.
Проверяем: $M_r(C_2H_6)=2A_r(C)+6A_r(H)=2·12+6·1=30$.
Ответ: молекулярная формула углеводорода $C_2H_6$ — этан.
2 способ.
3. Отношение между атомами:
${x}/{y}={6.6}/{20};{x}/{y}={1}/{3.03};y=3.03x.$
5. Молярная масса может быть представлена в виде:
$M_r(C_xH_y)=A_r(C)_x+A_r(H)_y; M_r(C_xH_y)=12x+y$ или $30=12x+1y$.
6. Решаем систему двух уравнений с двумя неизвестными:
$\{\table\ y=3.03x; \12x+y=30;$ $12x+3.03x=30;x=2;y=6.$
Ответ: формула $C_2H_6$ — этан.
Нахождение химической формулы вещества по данным об исходном веществе и о продуктах его сгорания (по уравнению химической реакции)
Задача 3. Найдите молекулярную формулу углеводорода, имеющего плотность $1.97$ г/л, если при сгорании $4.4$ г его в кислороде образуется $6.72$ л оксида углерода (IV) (н. у.) и $7.2$ г воды.
Дано:
$m(C_xH_y)=4.4$ г
$ρ(C_xH_y)=1.97$ г/л
$V(CO_2)=6.72$ л
$m(H_2O)=7.2$ г
Решение:
1. Напишем схему уравнения горения углеводорода
${C_xH_y}↖{4.4г}+O_2→{CO_2}↖{6.72л}+{H_2O}↖{7.2г}$
2. Вычисляем молярную массу $C_xH_y·M=ρ·V_m$,
$M=1.97$ г/л$·22.4$ л/моль$=44$ г/моль.
Относительная молекулярная масса $M_r=44$.
3. Определяем количество вещества:
$ν(C_xH_y)={m}/{M}$ или $ν(C_xH_y)={4.4}/{44}=0.1$ моль.
4. Используя величину молярного объема, находим:
$ν(CO_2)={m}/{M}$ или $ν(H_2O)={7.2}/{18}=0.4$ моль.
6. Следовательно: $ν(C_xH_y) : ν(CO_2) : νH_2O=0.1$ моль $: 0.3$ моль $: 0.4$ моль или $1: 3: 4$, что должно соответствовать коэффициентам в уравнении и позволяет установить число атомов углерода и водорода:
$C_xH_y+O_2→3CO+4H_2O$.
Окончательный вид уравнения:
$C_3H_8+5O_2→3CO_2+4H_2O$.
Ответ: формула углеводорода $C_3H_8$ — пропан.
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.
