Как найти формулу вещества зная массовые доли

Вы хотите изучать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ и олимпиадам

А вы знаете, что такое аффирмация?

Аффирмация – это короткая фраза, содержащая словесную формулу (лингвистический код), которая при многократном повторении закрепляет требуемую установку в подсознании.

Как работает аффирмация?

Если сосредоточить свое внимание на действиях (целях, установках), в головном мозге включаются интересные процессы. Между лимбической системой и корой больших полушарий формируются нейронные связи, определяющие конкретные чувства и действия человека. В результате, когда вы думаете о конкретных действиях (установках, целях), мозг начинает вырабатывать особые химические вещества – нейромедиаторы, которые активируют программу достижения ваших целей. Если вы натренируете свой мозг таким образом, чтобы он ассоциировал ваши действия по достижению результата с позитивными чувствами, вы каждый раз будете испытывать чувство радости и удовлетворения, вспоминая о целях, о действиях по достижению целей, о результатах работы. Таким образом, ваше подсознание будет ставить важные цели и действия на первое место среди остальных приоритетов.

Совет психолога

Возьмите ручку в руки и напишите три аффирмации, определяющие ваши цели и действия на ближайшие месяцы. Например:

1) Я хорошо себя чувствую и уверен в своих силах

2) Я буду изучать химию и решать задачи по химии каждый день

3) Я сдам ЕГЭ по химии на очень высокий балл

Прикрепите ваши аффирмации на видное место, например, над компьютером. Каждый день в течение пяти минут вы должны стать перед зеркалом и вслух произнести эти фразы. Произносите слова уверенно, так, словно вы уже достигли поставленных целей. Если вы чувствуете в своем теле дискомфорт, связанный с определенной аффирмацией, поместите свою руку на эту область тела и, в момент произношения фразы, мысленно направьте энергию руки в эту область.

Наверняка, у вас возник вопрос: “Откуда репетитор по химии Богунова В.Г. так хорошо знает психотерапевтические техники?” Отвечу. У меня есть советник. Мой психолог-консультант – Кристина. Это она знакомит меня с тайнами практик психотерапии. Чуть позже я расскажу о Кристине много интересного, а пока вернемся к основной теме статьи – Вывод формулы вещества по массовым долям. Итак, поехали!

Алгоритм решения лучше разобрать на конкретной задаче. Все задачи, конечно, решаются по Четырем Заповедям. Но если алгоритм решения – очень специфичный, лучше акцентировать внимание именно на нем.

Задача 1

Найти простейшую формулу соединения, содержащего 43,4% натрия, 11,3% углерода и 45,3% кислорода.

Выписываем данные в разделе Дано.

Выписываем формулу вещества в общем виде (по данным задачи) и определяем основную логическую структуру алгоритма

Выясняем происхождение каждой составляющей структуры (Как рассчитать количества вещества?). Это – логические рассуждения, как бы мои мысли вслух (т.е. на бумаге), поэтому я их обвела другим цветом.

Количества вещества можно рассчитать, например, из масс, а в задаче предлагаются только относительные данные (массовые доли), поэтому мы имеем право ввести свободный параметр – абсолютное значение массы. Зная массу элемента, легко рассчитать его количество вещества.

Поскольку максимальное значение массовой доли 100%, лучше ввести значение массы 100 г, тогда абсолютные значение массы элемента и его массовой доли в % – равны (по модулю).

Дальнейшее решение задачи лучше проводить в таблице, куда выписываем массы (бывшие массовые доли в %), молярные массы, рассчитанные количества вещества. Нужно как можно точнее рассчитать значение количество вещества (не менее трех знаков после запятой).

Теперь начинается Копперфильд, т.е. самое интересное и загадочное. Нам нужно привести к целым значениям соотношения количества вещества каждого элемента. Как это сделать? Внимательно слушаем и повторяем за мной на калькуляторе.

Как получить целые значения в дробных соотношениях?

Каждый показатель количества вещества делим на самое маленькое число из всех полученных значений

В нашем случае, самое маленькое число 0,9417. Делим каждый показатель на это число и получаем целые значения соотношений. После этого выводим простейшую формулу вещества. В представленных задачах простейшая формула является окончательной. Называем вещество.

Иногда (не часто) с первого раза не удается добиться целого результата. Тогда нужно умножить каждый показатель на наименьшее целое число, чтобы получить целые соотношения. Все вопросы – к математике.

Если делимое и делитель умножить (или разделить) на одно и тоже число, то частное не изменится

Попробуем решить еще одну задачу на закрепление мастерства.

Задача 2

Найти простейшую формулу соединения, содержащего 27,38% натрия, 1,19% водорода, 14,29% углерода и 57,14% кислорода.

Последовательность действий:

1) Выписать данные в разделе Дано

2) Составить логическую структуру алгоритма

3) Выяснить источник для расчета количества вещества атомов элемента

4) Ввести свободный параметр (Пусть было 100 г вещества)

5) Составить таблицу (масса, молярная масса, количество вещества)

6) Рассчитать целые значения соотношений количества вещества

7) Вывести простейшую формулу вещества

Надеюсь, вы поняли, как работать с алгоритмом Вывод формул вещества по массовым долям элементов? Если нет, пишите в комментариях или ВКонтакте в личку. Я обязательно отвечу на все ваши вопросы, замечания и пожелания.

Вернемся к моему другу, психотерапевту Кристине. Звонит мне как-то моя хорошая знакомая. С ее сыном случилась страшная беда – наркотики. Правда, не очень тяжелые, но все же… Из дома начали пропадать вещи, сын стал грубить, успеваемость съехала до нижнего предела. Что делать?! Не хочется выносить сор из избы (элитная школа, папа занимает солидную должность, мама – достаточно известная личность). Она не просила меня ни о чем, позвонила больше для того, чтобы выплакаться. Я, конечно, как могла, поддержала ее. Но одного моего сочувствия мало. И тут я вспомнила о Кристине. Я давно знаю эту уже взрослую девочку. Знаю ее непростую судьбу, ее серьезную психологическую практику. Я дала своей знакомой телефон Кристины. Они созвонились.

Пол-года я не получала никакой информации ни от одной, ни от другой. Сама боялась позвонить и услышать о самом страшном. Однажды утром раздался звонок и счастливый голос подруги радостно сообщил мне о том, что ее сын стал студентом престижного московского ВУЗа! Именно Кристина спасла “тонущего” мальчика и всю семью. “Я каждое воскресенье хожу в церковь и ставлю свечки за здравие всех родных, в том числе, за здравие нашей спасительницы Кристины!” – сказала мне знакомая. С тех пор я советую Кристину всем своим близким и знакомым.

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Звоните мне +7 (903) 186-74-55. Приходите ко мне на курс, на Мастер-классы “Решение задач по химии” – и вы сдадите ЕГЭ с высочайшими баллами, и станете студентом престижного ВУЗа!

PS! Если вы не можете со мной связаться из-за большого количества звонков от моих читателей, пишите мне в личку ВКонтакте или на Facebook. Я обязательно отвечу вам.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Способов, как определить формулу вещества, достаточно много. Все зависит от исходных данных. Наиболее разнообразны подобные вычисления в органической химии. И это не удивительно, так как органических соединений значительно больше, чем неорганических.

Содержание:

1.Понятие простейшей и истинной формулы вещества

2.Массовая доля химического элемента: что означает и как высчитывается

3.Как определить формулу вещества по массовым долям элементов

4.Как определить формулу органического соединения:

4.1. по общей формуле вещества

4.2. по продуктам сгорания вещества

5. Как определить формулу вещества: комбинированные задачи

1.Понятие простейшей и истинной формулы вещества

В одних задачах на определение формулы вещества необходимо найти его простейшую формулу, а в других – истинную. В чем разница?

Простейшая, или иными словами, эмпирическая формула, указывает на соотношение атомов в молекуле (или в формульной единице, если речь идет о не ковалентном соединении).

Так, например: СН₂ – простейшая формула алкена – показывает, что на каждый 1 атом углерода приходится 2 водородных атома. То есть существует соотношение 1:2. Поэтому для нахождения простейшей (эмпирической) формулы вещества важно рассчитать количество вещества атомов, которые входят в его состав, то есть n(C) и n(H).

Истинная формула, или иначе молекулярная, отражает действительное количество атомов всех элементов в молекуле.

Например, для пропилена, относящегося к классу алкенов, истинная (молекулярная) формула будет C₃H₆. Она говорит о том, что молекула данного вещества включает 3 атома С и 6 атомов Н. Это вполне соответствует простейшей формуле, отвечающей соотношению атомов 1:2. Для нахождения истинной (молекулярной) формулы соединения требуется посчитать его относительную молекулярную (Mr) или молярную массу (M).  

2.Массовая доля химического элемента: что означает и как высчитывается

Массовая доля – это отношение массы компонента системы к массе системы, выраженное в процентах или долях от единицы.

Ну, а теперь проще.

Молекула имеет массу. Все атомы в молекуле также имеют свои массы. Атомов одного химического элемента в молекуле может быть 1 или несколько. Важна масса всех атомов одного элемента. Если ее разделить на массу молекулы, то получится массовая доля этого элемента. Ее выражают либо в процентах, которые всегда меньше 100%, либо в долях от единицы, которые всегда меньше 1.

Массовая доля элемента обозначается греческой буквой «омега» — ω. И записывается, например, так: ω(Н), ω(Сl), ω(С) и т.д. и рассчитывается: 

Пример 1. Каковы массовые доли элементов в оксиде железа (III) Fe₂O₃.

3.Как определить формулу вещества по массовым долям элементов

Нахождение формулы вещества по массовым долям элементов применимо как к органическим, так и к неорганическим соединениям.

Пример 2. Сероуглерод содержит 15,8% углерода по массе. Какова  простейшая формула этого вещества?

Поскольку речь идет о массовых долях элементов, то необходимо знать массу вещества. В нашем случае – массу сероуглерода. В условии задачи о ней ничего не говорится. Поэтому допускаем, что масса вещества равна 100 г.

Почему 100 г? Это «круглое» число, и его использование облегчает все расчеты. Так как в итоге будем находить соотношения количеств веществ элементов, то какое-то особенное значение массы вещества не играет никакой роли.

Попробуйте ради эксперимента принять массу сероуглерода равной 23 г, 467 г и т.п. Результат будет один и тот же.

Допустим, что атомов углерода в молекуле х, а атомов серы – у. В таком случае формула вещества примет вид: С_хS_у.

Пример 3. Содержание углерода в углеводороде составляет 83,33%. Плотность паров соединения по водороду – 36. Какова молекулярная формула углеводорода?

Из данных задачи следует, что углеводород может находиться в газообразном состоянии, так как известна плотность его паров. Эта величина всегда требуется для нахождения молярной (относительной молекулярной) массы вещества. Как она находится и что это такое читайте подробнее здесь.

Чтобы не загромождать записи, массовую долю элементов будем считать не в процентах, а в долях от единицы.

Пусть вас не удивляет получившаяся простейшая формула. Ведь, исходя из определения простейшей формулы, на каждый 1 атом углерода приходится 2,4 атома водорода. Это всего лишь соотношение. Соединения с формулой СН_2,4 в принципе не существует. Не всегда простейшая и истинная формулы совпадают друг с другом.

А если полученная формула СН_2,4 вас все же смущает, вы можете решать задачу и вторым способом. Но это несколько более сложный способ, когда требуется составить и решить уравнение с двумя неизвестными.

Не все химические вещества являются бинарными, то есть состоят из атомов двух химических элементов. Но в любом случае, алгоритм решения задачи тот же.

Пример 4. Некоторая кислота содержит водород (2,2%), иод (55,7%) и кислород (42,1%). Определите простейшую формулу этой кислоты.

4.Как определить формулу органического соединения

Определить формулу органического вещества можно не только зная массовые доли элементов в его составе.

4.1. Как определить формулу органического соединения

по общей молекулярной формуле вещества

Органические вещества сгруппированы по самостоятельным классам на основе общности строения и свойств. Каждый класс соединений характеризуется своей общей молекулярной формулой. Особенно это наглядно видно на примере углеводородов.

Если другие органические вещества рассматривать как их производные, в молекулы которых введена какая-либо функциональная группа, то и для них также можно составить общую молекулярную формулу.

К слову, метан СН₄ является представителем алканов, в молекулах которых на n атомов углерода и приходится 2n+2 атомов водорода. Алканы имеют общую молекулярную формулу, отражающую их состав: С_nH_2n+2.

Предельные одноатомные спирты можно рассматривать как производные алканов, в молекулах которых 1 атом водорода замещен на гидроксильную группа –ОН. Таким образом, их общая молекулярная формула такая: С_nH_2n+1ОН.

Ниже в таблице приведены общие молекулярные формулы основных классов органических соединений.

Разберем примеры решения задач с использованием общей молекулярной формулы вещества.

Пример 5. Плотность паров по воздуху некоторого алкана 4,414. Какова формула алкана?

4.2. Как определить формулу органического соединения

по продуктам его сгорания

Это еще один распространенный тип задач на определение формулы органического соединения.

Необходимо запомнить и понять основные моменты:

— так как все органические вещества содержат  атомы С, Н, а также атомы О (кислородсодержащие соединения), то всегда при их сгорании выделяется углекислый газ СО₂ и образуется вода Н₂О;

— все углеродные атомы, входящие в состав органического соединения, окажутся в составе углекислого газа СО₂; следовательно, n(С) как в  соединении, так и в СО₂ – это одна и та же величина;

— все атомы водорода Н, которые имеются в составе вещества, перейдут в состав воды Н₂О; следовательно, n(Н) и в данном веществе, и в Н₂О – это одна и та же величина;

— при сгорании веществ, включающих в себя азот (например, амины), кроме СО₂ и Н₂О, образуется еще и N₂.

Разберем несколько примеров.

Пример 6. Сожгли 7,2 г углеводорода. Плотность его паров по водороду составляет 36. В результате реакции образовалось 22 г оксида углерода (IV)  и 10,8 г воды. Какова молекулярная формула соединения?

Пример 7. В результате сгорания 4,8 г органического соединения выделилось 3,36 л (н.у.) оксида углерода (IV) и образовалось 5,4 г воды. Плотность паров искомого соединения по кислороду равна 1. Вычислите молекулярную формулу вещества.

Пример 8. Результатом сжигания 0,31 г газообразного органического соединения, имеющего плотность  1,384 г/л, стало выделение 0,224 л (с.у.) оксида углерода (IV), 0,112 л азота и образование 0,45 г воды.  Вычислите молекулярную формулу этого вещества.

5. Как определить формулу вещества: комбинированные задачи

Наибольший интерес и некоторую трудность представляют комбинированные задачи, сочетающие в себе необходимость найти формулу соединения:

— используя приемы, применяемые в рассмотренных выше задачах;

— используя сведения не только о химических, но и физических свойствах вещества.

Вот несколько примеров.

Пример 9. Какова молекулярная формула предельного углеводорода,  при полном  сгорании 8,6 г которого выделилось 13, 44 л (н.у.) оксида углерода (IV).

В этой задаче:

1) известен класс вещества, поэтому возможно применить его общую молекулярную формулу;

2) речь идет о сгорании вещества, поэтому количество атомов в составе молекулы будем искать, используя данные о продукте сгорания – СО₂.

Пример 10. Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом углеродном атоме. Образец этого алкена массой 0,7 г присоединил бром массой 1,6 г. Вычислите формулу алкена и назовите его.

В предлагаемых условиях:

1) известен класс вещества, следовательно, применим его общую молекулярную формулу;

2) речь идет об одном из химических свойств: способности алкенов присоединять галогены по месту разрыва двойной связи.

Пример 11. После полного сжигания в кислороде арена, имевшего массу 0,92 г, выделился оксид углерода (IV). Пропуская газ через избыток раствора щелочи Ca(OH)₂, получили 7 грамм осадка. Какова молекулярная формула арена?

В предлагаемой задаче:

1) известен класс вещества;

2) речь идет о сжигании соединения и образовании в качестве продукта горения углекислого газа, который при взаимодействии со щелочью Са(ОН)₂ привел к выпадению осадка известной массы.

Следующий пример очень характерен для задач, встречающихся в заданиях второй части ЕГЭ по химии.

Пример 12.  Некоторое соединение, образующее альдегид в реакции окисления, взаимодействует с избытком бромоводородной кислоты, образуя 9,84 г продукта (выход составляет 80% от теоретического), имеющего плотность паров  по Н₂ 61,5. Определите строение этого соединения, а также его массу, вступившую в реакцию?

В этой задаче:

1)  говорится о химических свойствах искомого соединения; анализируя их, приходим к выводу, что заданным веществом является предельный одноатомный спирт;

2) известна общая молекулярная формула предельных  одноатомных  спиртов;

3) более подробно говорится о взаимодействии заданного вещества с бромоводородной кислотой; спирт, реагируя с HBr, дает галогеналкан, для которого известны его масса, практический выход и относительная плотность по Н₂; именно от этих данных и нужно отталкиваться при решении данной задачи.

Итак, способов, как определить формулу вещества, действительно, множество. Мы рассмотрели лишь основные из них. Важно правильно уяснить понятия «простейшая формула вещества» и «истинная формула вещества», чтобы не путать их.

Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте.

x:y=n(C):n(H).

По массовым долям определяем, что в (100) г углеводорода содержится (85,71) г углерода и (14,29) г водорода.

Найдём количества этих элементов:

x=m(C)Ar(C)=85,71 г12 г/моль=7,1425 моль;

y=m(H)Ar(H)=14,29г1г/моль=14,29моль;

x:y=7,1425:14,29=7,14257,1425:14,297,1425=1:2.

Mr(CxHy)=Dвозд.(CxHy)⋅Mr(возд.)=0,966⋅29=28,014≈28.

Mr(CxHy)Mr(CH2)=2814=2.

Второй вариант решения

1. Определим относительную молекулярную массу углеводорода:

Mr(CxHy)=Dвозд.(CxHy)⋅Mr(возд.)=0,966⋅29=28,014≈28.

2. Найдём число атомов углерода и водорода в молекуле:

x=Mr(C)⋅w(C)Ar(C)⋅100%=28⋅85,71%12⋅100%=2;

y=Mr(CxHy)⋅w(H)Ar(H)⋅100%=28⋅14,29%1⋅100%=4.

Подготовка к ЕГЭ:

• выполнение заданий высокого уровня
  сложности, задачи на вывод формул.

Задачи на вывод формул соединений –
это задания С5 из 3 части экзаменационной
работы ЕГЭ.

При выводе формул нужно различать
простейшую и
истинную
формулы.

Простейшая формула показывает соотношение
числа атомов каждого элемента.

Истинная формула показывает точный
количественный состав. Например,
простейшая формула бензола СН, она
показывает, что на один атом углерода
в молекуле бензола приходится один атом
водорода. Истинная формула бензола,
показывающая точный количественный
состав молекулы – С₆Н₆.
Чтобы установить истинную формулу,
нужно знать истинную молекулярную
(молярную) массу, она в целое число раз
больше массы, найденной по простейшей
формуле. На это число нужно умножить
индексы в простейшей формуле, чтобы
получить истинную формулу. Если в условии
задачи нет данных для нахождения истинной
молярной массы, а найденная простейшая
формула явно не соответствует истинной,
то полученные индексы нужно увеличить
в два раза. Например, получилась простейшая
формула С₃Н₇, значит истинная
будет С₆Н₁₄

При всём многообразии задач на вывод
формул можно выделить несколько основных
типов. Рассмотрим алгоритмы решений
этих задач наиболее простыми способами.

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.

Массовая доля азота в оксиде азота равна
36,84 % . Найти формулу данного оксида.

Дано:

ω
(N)
= 36,84 % Решение:

1. Напишем формулу:
N_xO_y

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 
N₂O₃

Ответ: N₂O₃.

Задача № 2.

Установите формулу неорганического
соединения, содержащего 20 % магния, 53,33
% кислорода и 26,67 % некоторого элемента.

Дано:

ω
(Mg)
= 20 % Решение:

ω(O) = 53,33 %
1. Напишем формулу: Mg_x
Э_y О_z.

ω(э) = 26,67 % 2. Найдём
соотношение индексов магния и кислорода:

х : у = 20 / 24 : 53,33 / 16 =
0,83 : 3,33 = 1 : 4.

М.Ф. = ? 3. Найдём молекулярную
массу вещества, исходя из значения

массовой доли магния:

ω(Mg) = Ar(Mg)
∙ индекс / Mr 

 Mr = Ar(Mg) ∙
индекс / ω
= 24 ∙ 1 / 0,2 = 120.

4. Найдём
атомную массу неизвестного элемента:

ω(Э) = Ar(Э)
∙ индекс / Mr 
Ar(Э) ∙ индекс =

= ω(Э) ∙ Мr
= 0,2667 ∙ 120 = 32  элемент
– сера.

Ответ: MgSO₄.

Задача № 3.

Массовая доля углерода в углеводороде
равна 83,72 %. Найти молекулярную формулу
углеводорода.

Д
ано:
Решение:

ω(С) = 83,72 % 1. Напишем формулу –
С_хН_у

2. Найдём массовую
долю водорода:

М.Ф. = ? ω(Н) = 100 % – 83,72 % = 16,28 %

3. Найдём соотношение
индексов:

х : у = 83,72 / 12 : 16,28 / 1
= 6,977 : 16,28 = 1 : 2,333 = 3 : 7

4. Простейшая
формула – С₃Н₇, но
она не соответствует истинной.

Выход – увеличить
индексы в 2 раза 
С₆Н_14.

Ответ: С₆Н_14.

Задача № 4.

Массовая доля фосфора в его оксиде
равна 43,66 %. Какова формула оксида?

Ответ: Р₂О₅.

Задача № 5.

Определить формулу вторичного
амина, массовые доли углерода, водорода
и азота, в котором составляют 61; 15,3 и
23,7 % соответственно.

Ответ: CH₃
– NH – C₂H₅.

Задача № 6.

Массовая доля углерода в диеновом
углеводороде составляет 88,89 %. Найти
молекулярную формулу диена.

Ответ: С₄Н₆.

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:

 = m / V = M
/ V_m
 M
=  ∙
V_m
=  _г/л
∙ 22,4 _л/моль

 если известна масса и объём
газа, молярную массу можно найти двумя
способами:

– через плотность 
= m / V, M
=  ∙ Vm;

– через количество вещества: 
= V / Vm, M
= m / .

• если известна относительная плотность
  первого газа по другому:

D₂¹
= M₁
/ M₂

M₁
= D₂
∙ M₂

M =
D_H2
∙ 2 M = D_O2
∙ 32

M
= D_возд. ∙
29 M = D_N2
∙ 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.

Дано:

ω
(Н)
= 14,29 % Решение:

D(N₂)
= 2 1. Найдём истинную молярную
массу С_хН_у :

М = DN₂
∙ 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  СН₂

М(СН₂) = 12 + 1 ∙ 2 = 14 _г/моль

4. Сравним молярные
массы:

М(С_хН_у)
/ М(СН₂) = 56 / 14 = 4 
истинная формула – С₄Н_8.

Ответ: С₄Н_8.

Задача № 2.

Массовая доля углерода в углеводороде
– 87,5 %, а относительная плотность
углеводорода по воздуху равна 3,31.
Определить формулу вещества.

Ответ: C₇H_12.

Задача № 3.

Определить молекулярную формулу амина,
массовые доли углерода, азота и водорода
в котором составляют 38,7; 45,15 и 16,15 %
соответственно. Относитель-

ная плотность его паров по воздуху равна
1,069.

Ответ: CH₃NH_2.

Задача № 4.

Определите формулу углеводорода,
массовая доля водорода в котором
составляет 14,3 %. Относительная плотность
этого вещества по водороду равна 21.

Ответ: С₃Н_6.

Задача № 5.

Относительная плотность паров
углеводорода по воздуху равна 3,31, а
массовая доля водорода в нём равна 12,5
%. Определите молекулярную формулу
углеводорода.

Ответ: С₇Н_12.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #

  12.02.2015398.43 Кб275.pdf

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Тема: «Решение задач на нахождение молекулярной формулы газообраз­ного углеводорода по его плотности и массовой доле элементов»

1. Цели.

• Образовательные:

• закрепить знание понятий «органические вещества», «углеводороды», «массовая доля», «количество вещества», «относительная плотность»;

• научить студентов решать задачи на нахождение молекулярной формулы органического вещества;

• сформировать умения определять состав органических веществ исходя из знания массовых долей элементов, а также масс или объемов продуктов сгорания этих веществ;

• Развивающие: развивать умения анализировать, сравнивать, применять теоретические знания на практике для решения задач;

• Воспитательные: способствовать формированию научного мировоззрения.

2. Обеспечение занятия: таблица «Периодическая система», инструкции для студентов, тестовые задания для проверки знаний, карточки задания.

3. Порядок выполнения:

3.1. Разбор алгоритма решения задач.

3.2. Самостоятельное решение заданий.

3.3. Выполнение проверочной работы по вариантам.

4. Схема отчета:

4.1. Записать тему и цели практического занятия.

4.2. Привести решение задач.

4.3. Ответы к проверочной работе.

5. Анализ преподавателем выполнения работы.

6. Рекомендуемая литература:

1. Саенко О. Е. Химия. Учебник для колледжей. Ростов на Дону, 2008.

2. Габриелян О. С. Химия. Учебник для студентов среднего профессионального образования. –М.:Академия, 2008.

3. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2002. – С. 177–236.

Вывод формул соединений.

Этот вид расчетов чрезвычайно важен для химической практики, т.к. позволяет на основании экспериментальных данных определить формулу вещества (простейшую и молекулярную). На основании данных качественного и количественного анализов химик находит сначала соотношение атомов в молекуле (или другой структурной единице вещества), т.е. его простейшую формулу.
Например, анализ показал, что вещество является углеводородом C_xH_y, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны 0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов, достаточно определить их количества вещества (число молей):

Таким образом, CH₃ является простейшей формулой данного вещества. Соотношению атомов C и H, равному 1 : 3, соответствует бесчисленное количество формул: C₂H₆, C₃H₉, C₄H₁₂ и т.д., но из этого ряда только одна формула является молекулярной для данного вещества, т.е. отражающей истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D. Так, для вышеприведенного случая D_H2 = 15.
Тогда M(C_xH_y) = 15 M(H₂) = 15•2 г/моль = 30 г/моль.
Поскольку M(CH₃) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно, молекулярная формула вещества: C₂H₆.

Алгоритм 1. 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.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Вычислить относительную молекулярную массу M_r(C_хH_y) по относительной плотности:

3. Найти индексы х и y по отношению :

4. Записать простейшую формулу: С₃Н₈.

Проверка: М_r(C₃H₈) = 44, следовательно, C₃H₈ – истинная формула.

Задача 2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти массовую долю водорода:

(Н) = 100% – 83,3% = 16,7%.

3. Найти индексы и простейшую формулу для углеводорода C_хH_y:

следовательно, простейшая формула – C₂H₅.

4. Найти истинную формулу. Поскольку общая формула алканов С_nH_2n+2, то истинная формула – С₄Н₁₀.

Алгоритм 2. Решение расчетных задач на вывод
молекулярной формулы вещества по массе (объему) продуктов сгорания

Задача 3. При сжигании 29г углеводорода образовалось 88г углекислого газа и 45 г воды, относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти относительную молекулярную массу вещества:

M_r = D_возд•М_r(возд.),

M_r(C_хH_y)= 2•29 = 58.

3. Найти количество вещества образовавшегося оксида углерода(IV):

4. Найти количество вещества углерода в сожженном веществе:

(C) = (CO₂) = 2 моль.

5. Найти количество вещества воды:

(H₂O) = 45/18 = 2,5 моль.

6. Найти количество вещества водорода в сожженном веществе:

(H) = 2(H₂O),

(H) = 2,5•2 = 5 моль.

7. Найти простейшую формулу углеводорода:

(C) : (Н) = 2 : 5,

следовательно, простейшая формула – С₂Н₅.

8. Найти истинную формулу углеводорода:

М_r(C₂H₅) = 29,

M_r (C_хH_y) = 58,

следовательно, истинная формула – C₄H₁₀.

Задача 4. При сжигании 5,6 л (н.у.) газообразного органического вещества было получено 16,8 л (н.у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Масса 1 л исходного вещества при н.у. равна 1,875 г. Найти его молекулярную формулу.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти молекулярную массу вещества из пропорции:

1 л газа – 1,875 г,

22,4 л – m г.

Отсюда m = 42 г, M = 42 г/моль.

3. Найти количество вещества углекислого газа и углерода:

(CO₂) = 16,8/22,4 = 0,75 моль,

(C) = 0,75 моль.

4. Найти количества веществ воды и водорода:

(H₂O) = 13,5/18 = 0,75 моль,

(H) = 0,75•2 = 1,5 моль.

5. Найти сумму масс углерода и водорода:

m(C) + m(H) = 0,75•12 +1,5•1 = 10,5 г.

6. Найти массу сожженного вещества:

Следовательно, вещество содержит только углерод и водород.

7. Найти простейшую формулу углеводорода C_хH_y:

(C) : (H) = 0,75 : 1,5 = 1 : 2,

следовательно, простейшая формула – СН₂.

8. Найти истинную формулу углеводорода:

M_r(CH₂) = 14,

M_r(в-ва) : M_r(CH₂) = 42 : 14 = 3,

следовательно, истинная формула – С₃Н₆.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Установите молекулярную формулу монохлоралкана, содержащего 38,38% хлора. Приведите графические формулы и названия всех соединений, отвечающих данной формуле.

Решение:

1. Общая формула алканов C_nH_2n+2, общая формула монохлоралканов C_nH_2n+1Cl

2. Cоставим выражение для расчета массовой доли хлора:

М(Cl) 35,5

ω( Сl) =——————-=————-=0,3838 , откуда n=4

М(C_nH_2n+1Cl) 14n+36,5

Формула монохлоралкана С₄Н₉Сl

3. Графические формулы изомеров:

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂Сl 1-хлорбутан

СН₃ – СН₂ – СНCl– СН₃ 2- хлорбутан

СН₃ – СН – СН₂Сl 2-метил-1-хлорпропан

‌‌| ‌

СН₃

СН₃ – СCl – СН₃ 2-метил-2-хлорпропан

‌‌| ‌

СН₃ ‌‌

Задача 2. Установите молекулярную формулу алкена и продукта взаимодействия его с 1 моль бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4,24. Укажите название исходного алкена и одного его изомера.

Решение:

1. Общая формула монобромлканов C_nH_2n+1Br. Молярная масса монобромлкана М= 12n+2n+1+80=14n+81

2. Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙4,24=123г/моль

Из выражения 14n+81=123 n=3

1. Формула бромалкана С₃Н₇Br, исходного алкана С₃Н₆ – пропен. Изомер – циклопропан.

Задача 3. Установите молекулярную формулу алкена, если одно и то же количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, 5,23 г хлорпроизводного или 8,2 г бромпроизводного.

Решение:

1. Уравнения реакций:

C_nH_2n + Н Сl = C_nH_2n+1Cl

C_nH_2n + Н Br = C_nH_2n+1Br

1. Так как количество вещества алкена одно и то же в обеих реакциях, то количества веществ галогеналканов равны:

n(C_nH_2n+1Cl) = n(C_nH_2n+1Br)

3. Из выражения 5,23/14n+36,5=8,2/14n+81 n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 4. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н.у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Решение:

1. Находим количество вещества алкена:

n(C_nH_2n) = 1,012/22,4 = 0,045 моль

1. По уравнению реакции

C_nH_2n +Сl₂ = C_nH_2nCl₂

n(C_nH_2nCl₂)= n(C_nH_2n) =0,045 моль

1. М(C_nH_2nCl₂)=m/n=5,09/0,045=113г/моль

12n +2n+71=113 n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 5. При полном сгорании 3,9 г углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров вещества 3,482г/л. Выведите молекулярную формулу.

Задача 6. При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкана. Запишите структурные формулы названия возможных изомеров.

Задача 7. При полном сгорании неизвестной массы углеводорода образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 14. Выведите молекулярную формулу углеводорода.

Задача 7. При полном сгорании неизвестной массы углеводорода образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 14. Выведите молекулярную формулу углеводорода.

Задача 6. При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкана. Запишите структурные формулы названия возможных изомеров.

Задача 5. При полном сгорании 3,9 г углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров вещества 3,482г/л. Выведите молекулярную формулу.

Задача 1. Установите молекулярную формулу монохлоралкана, содержащего 38,38% хлора. Приведите графические формулы и названия всех соединений, отвечающих данной формуле.

Задача 3. Установите молекулярную формулу алкена, если одно и то же количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, 5,23 г хлорпроизводного или 8,2 г бромпроизводного.

Задача 2. Установите молекулярную формулу алкена и продукта взаимодействия его с 1 моль бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4,24. Укажите название исходного алкена и одного его изомера.

Задача 4. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н.у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Задача 8. При сжигании 3.2г углеводорода образуется 8,8г СО2. Относительная плотность по водороду этого вещества равна 8. Найдите формулу углеводорода.

Задача 9. При сжигании углеводорода массой 2,1 г получили 6,6г оксида углерода (IV). Относительная плотность органического соединения по водороду равна 42. Выведите молекулярную формулу углеводорода

Задача 10. При сжигании 4,4г алкана выделилось 13,4г углекислого газа. Относительная плотность вещества по воздуху равна 1,52. Определите молекулярную формулу алкана.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.

Задача 2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.

Задача 3. При сжигании 29г углеводорода образовалось 88г углекислого газа и 45 г воды, относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Задача 4. При сжигании 5,6 л (н.у.) газообразного органического вещества было получено 16,8 л (н.у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Масса 1 л исходного вещества ( при н.у.) равна 1,875 г. Найти его молекулярную формулу.

Задача 5. При сгорании 11,2 г Углеводорода получили оксид углерода массой 35,2 г и воду массой 14,4 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 1,93. Выведите молекулярную формулу.

Задача 6. При сжигании 2.2 г вещества получили 4,4 г оксида углерода и 1,8 г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 44. Определите молекулярную формулу вещества.

Задача 7. Выведите формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2 % водорода, если относительная плотность по водороду равна 22.

Задача 8. Определите молекулярную формулу углеводорода, если массовая доля углерода равна 85,75, а водорода –14,3%. Относительная плотность этого вещества по азоту примерно равна 2.

Задача 9. Найти формулу вещества, содержащего 85,71% углерода и 14,29% водорода, если относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,448.

Задача10. При сгорании 4,3 г Углеводорода получили оксид углерода массой 13,2 г и воду массой 6,3 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,966. Выведите молекулярную формулу.

Задача 11. При сгорании 2,1 г вещества получили оксид углерода массой 6,6 г и воду массой 2,7 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,96. Выведите молекулярную формулу.

Задача 12. При сгорании 8,6 г Углеводорода получили оксид углерода массой 26,4 г и воду массой 12,6 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,966. Выведите молекулярную формулу.

Задача 13. При сжигании 3,9 г органического вещества плотность паров по водороду- 39, образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Определить формулу вещества .

Задача 14. При сжигании алкена массой 11,2 г получили 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Относительная плотность алкена по воздуху равна 1,93. Найти молекулярную формулу алкена.

Задача 15. Определить молекулярную формулу углеводорода, если при сжигании 2,2 г его было получено 3,36л углекислого газа и 3,6 г воды. Плотность вещества по воздуху равна 1,5172.

Задача 16. Определить молекулярную формулу углеводорода, если при сжигании 1,3 г его было получено 2,24л углекислого газа и 0,9 г воды. Плотность вещества по водороду равна 12,992.

Задача 17. При сжигании 5,25 г газообразного углеводорода с плотностью по водороду =21 получили 8,4 л углекислого газа и 6,75 г воды. Определить формулу вещества.

Задача 18. Найти молекулярную формулу углеводорода, имеющего плотность по водороду =22. если при сгорании 4,4 г его образуется 6,72л CO₂ и 7,2 г Н₂О.

Задача 19. Относительная плотность по водороду некоторого алкана 15. Определите его формулу.

Задача 20. Массовая доля углерода в алкане составляет 84%. Определите его формулу.

Задача 21. При сгорании 2,2 г органического вещества, имеющего плотность по воздуху 1,517, образовалось 3,36 л углекислого газа (н.у.) и 3,6 г воды. Определите формулу органического вещества.

Задача 22. Органическое вещество содержит углерод (массовая доля 84,21%) и водород (15,79%). Плотность паров вещества по воздуху составляет 3,93. Определите формулу органического вещества.

Задача 23. Массовая доля углерода в углеводороде составляет 83,33%. плотность паров по водороду =36. Определите формулу углеводорода. Сколько он имеет изомеров? Напишите структурные формулы этих изомеров и назовите их.

Задача 24. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37 мл и плотностью 1,4 г/мл получили алкен 39,2 г.

Задача 25. Определите молекулярную формулу предельного трехатомного спирта, массовая доля углерода в котором равна массовой доле кислорода.