Как найти молекулярную формулу веществ

Была ли эта статья полезной?

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.

Как определить молекулярную формулу

Вывод молекулярной формулы того или иного вещества чрезвычайно важен для химической практики, поскольку он позволяет на основе 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), то есть его простейшую (или по-другому – эмпирическую) формулу.

Инструкция

Чтобы понять, как выводить молекулярную формулу, необходимо рассмотреть пример. Анализ показал, что вещество является углеводородом CxHy, 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 количество вещества (число молей).

Зная, что молярная масса углерода равна 12 г/моль, а молярная масса водорода – 1 г/моль, количество вещества определяется следующим образом:
Для углерода: 0,8/12 = 0,0666 моль.
Для водорода: 0,2/1 = 0,2 моль.

То есть получается, что соотношение количества атомов углерода к количеству атомов водорода в этом веществе должно равняться 1/3. Простейшая формула, удовлетворяющая этому условию, – СН3.

Такому соотношению соответствует также бесчисленное количество формул: C2H6, C3H9, C4H12 и т.д. Однако необходима только одна формула, которая является молекулярной для данного вещества, т.е. отражает истинное количество атомов в его молекуле. Как же ее определить? Для этого, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D. Так, для вышеприведенного случая DH2=15. Тогда M(CxHy)=15 M(H2)=15х2 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. Это вещество – газ этан.

Определение формулы вещества зависит от точности математических вычислений. При нахождении количества вещества элемента следует учитывать хотя бы два знака после запятой и аккуратно производить округление чисел. Например, 0,887 можно в расчетах принять за 0,89. Но никак не за единицу.

Видео по теме

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Обучение
решения задач по химии по нахождению формулы вещества (методические
рекомендации)

Автор:
учитель химии МБОУ Школа № 2 г. Ленска Республики Саха (Якутия)

Суянко
Татьяна Алексеевна

                            Задачи
по данной теме решаются в 8-11 классах,  как в программном материале, так и
встречаются в заданиях ЕГЭ, но ещё более усложненные.

Задачи на
определение формулы органического вещества бывают нескольких видов. Обычно
решение этих задач не представляет особых сложностей, однако часто обучающиеся  затрудняются
в решении задач по нахождению формулы вещества. Причин бывает несколько:

1.                 
Некорректное оформление;

2.                 
Решение не математическим
путем, а методом перебора;

3.                 
Неверно составленная общая
формула вещества;

4.                 
Ошибки в уравнении реакции с
участием вещества, записанного в общем виде.

Типы задач на
нахождение формулы вещества.

1.                 
Определение формулы вещества по
массовым долям химических элементов или по общей формуле вещества;

2.                 
Определение формулы вещества по
продуктам сгорания;

3.                 
Определение формулы вещества по
химическим свойствам.

Для решения задач необходимы теоретические
сведения.

1. Для решения задач необходимо знать что такое:
1. Массовая доля элемента в веществе. 

Массовая доля элемента — это его
содержание в веществе в процентах по массе. Например, в веществе состава С₂Н₄  чтобы найти массовую долю углерода в этом
веществе, надо его массу разделить на массу всего вещества: ω(C) = 12 • 2 / 28 = 0,857 (от
единицы) или 85,7%.  Если
записать эту формулу в общем виде, то получится следующее выражение:

Массовая доля атома Э в веществе   =	Атомная масса атома Э	•	число атомов Э в	молекуле
Аr (Э) • n
——————
Mr(вещ.)
Молекулярная масса вещества

1. 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. 

1. Относительная плотность газа Х по газу У — D_поУ(Х). 

Относительная плотность обозначается D — это
величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её
рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У: D_поУ(Х) = М(Х) / М(У) Часто для расчетов используют относительные
плотности газов по водороду и по воздуху.

4.     
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 / V_m, а молярную массу газа можно найти, умножая плотность
на молярный объём.

1. Общие формулы веществ разных классов. 

Часто для решения задач с химическими реакциями удобно
пользоваться не обычной общей формулой, а формулой, в которой выделена отдельно
кратная связь или функциональная группа.

Класс органических веществ	Общая молекулярная формула	Формула с выделенной кратной связью и функциональной группой
Алканы	CnH2n+2
Алкены	CnH2n	CnH2n+1–CH=CH2
Алкины	CnH2n−2	CnH2n+1–C≡CH
Диены	CnH2n−2	—
Гомологи бензола	CnH2n−6	С6Н5–СnH2n+1
Предельные одноатомные спирты	CnH2n+2O	CnH2n+1–OH
Многоатомные спирты	CnH2n+2Ox	CnH2n+2−x(OH)x
Предельные альдегиды	CnH2nO
Кетоны	CnH2nO	O // CnH2n+1– C– O–CmH2m+1
Фенолы	CnH2n−6O	С6Н5(СnH2n)–OH
Предельные карбоновые кислоты	CnH2nO2
Сложные эфиры	CnH2nO2	O // CnH2n+1– C– O–CmH2m+1
Амины	CnH2n+3N	СnH2n+1NH2
Аминокислоты (предельные одноосновные)	CnH2n+1NO2	O // NH2– CH– C– OH C nH 2n+1

6.      Определение формул веществ по
массовым долям атомов, входящих в его состав.

Решение таких задач состоит из двух частей:

·                                
сначала находят мольное
соотношение атомов в веществе — оно соответствует его простейшей формуле.
Например, для вещества состава А_хВ_у соотношение количеств веществ А и В соответствует
соотношению числа их атомов в молекуле: х : у = n(A) : n(B);

·                                
затем, используя молярную массу
вещества, определяют его истинную формулу.

Пример 1. Определить формулу вещества, если оно содержит
84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.

Решение:

1.                 
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.

2.                 
По формуле нахождения массовой
доли элемента найдём количество атомов элемента

n=
M_r(вещ.)*w/ А_r (э);        n(С) : n(Н) = 144*0,8421/12 : 144*0,1579/1 = 8:18

формула вещества С₈Н₁₈

Пример 2. Определить
формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.

Решение:

Найдем молярную массу алкина
по формуле

M = (плотность ρ) • (молярный объём V_m) = 2,41
г/л • 22,4 л/моль = 54 г/моль

Зная общую формулу алкина, составим уравнение:

14 • n − 2 = 54,  n = 4. Значит, алкин имеет формулу С₄Н₆.

Пример 3. Определить формулу предельного альдегида, если
известно, что 3•10²² молекул этого альдегида весят 4,3 г.

Решение:

Находим количество вещества альдегида: 

ν = N / Na = 3•10²² / 6,02•10²³ = 0,05 моль, и молярную массу: 

М = m / n = 4,3 г / 0,05 моль = 86 г/моль. 

Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и
находим n. 

Общая формула предельного альдегида С_nH_2nO, то есть  М = 14n + 16 = 86, n = 5.

Формула альдегида С₅Н₁₀О

Пример 4. Определить
формулу дихлоралкана, содержащего 31,86 % углерода.

Решение:

Зная общую формулу алкана СnH _2n+2 Cl₂   и  формулу
нахождения  массовой доли элемента w(С) = (число
атомов C в молекуле) • (атомная масса C) / (молекулярная масса дихлоралкана) 0,3186 = n • 12 / (14n + 71)    n = 3, вещество — дихлорпропан.

Пример 5

1. Определить
   формулу аминокислоты, если известно, что она содержит 15,73% азота.

Решение:

Написать общую
формулу и выразить относительную молекулярную массу вещества через n

а)
общая формула аминокислот  С_nH_2n(NH₂)COOH

б)
выразим через n относительную молекулярную массу :

                      Mr(С_nH_2n(NH₂)COOH)
= 12n + 2n + 16 + 45 = 14n + 61

     в) подставим данные в формулу: 
0,1573=(14*1) / 14n + 61

     г) решим уравнение:  2,2022n + 9,5953 = 14;    n = 2.    Ответ: С₂Н₄(NH₂)COOH

7.       Определение формул веществ по
продуктам сгорания.

    В решении задач
с применением понятия моль учащиеся используют умения, сформированные в 10
классе; расчет количества вещества и элемента по их массам (объемам) и
определении их отношения в составе соединения.

    Эти действия
четко прослеживаются в обобщенной схеме решения задач на нахождение
молекулярной формул.

    Пример 1: При сжигании 0,29 г газообразного вещества получили 448 мл
углекислого газа (н.у.) и 0,45 г воды. Относительная плотность неизвестного
вещества по водороду равна  29. Определите молекулярную формулу вещества.

 Решение:

Найдём
количество вещества углекислого газа и воды и перейдем к нахождению их масс:

1.  ν =mM                                                                   
m= ν *M

  ν (CO₂)                                
ν (C)                                    
m (C)

  2ν (H₂O)                                 ν (H)                                         m(H)

                    m(в-ва) = m(C) + m(H)   <   m(в-ва)

 
углеводород              вещество содержит

                                              
кислород (или другие элементы)

Составляем
отношение количества вещества элементов:

2. ν (в-ва) : ν (C) :  ν (C) : ν (H) : ν (O)                            расчет    количественного                                   
состава вещества.

Решение:

                Мr = 29*D(н₂);   Мr
= 29*2 = 58;  М = 58гмоль.

                ν (в-ва) = mM;  ν (в-ва) = 0,2958 = 0,005(моль);

ν (CO₂) = ν ν _m; ν (CO₂)
= 0,44822,4 = 0,02(моль);  ν (C) = ν (CO₂)=
0,02(моль)

                                m(C) = 0,02*12 = 0,24(г)

ν (H₂O) = 0,4518 = 0,025(моль);  ν (H) = 2 ν (H₂O) = 0,05 моль;

                               
m(H) = 0,05*1 = 0,05(г)

m(в-ва) = 0,24г +
0,05г = 0,29г, следовательно, вещество состоит из водорода                и
углерода(углеводород)

ν (в-ва) : ν (C) : ν (H) = 0,005 : 0,02 : 0,05 = 1 : 4 : 10.

Итак, в 1 моль
вещества содержит 4 моль углерода и 10 моль водорода.

                                    
Ответ:  С₄ Н₁₀   (бутан)           

8.      Определение формул веществ по
химическим свойствам.

Пример 9. Определить
формулу алкадиена, если 3,4 г его могут обесцветить 80 г 2%-го раствора брома.

Решение

1.                 
Общая формула алкадиенов
— С_nH_2n−2. Запишем уравнение реакции присоединения брома к
алкадиену: С_nH_2n−2 + 2Br₂ → С_nH_2n−2Br₄

2.                 
рассчитаем количества вещества
прореагировавшего брома:

m(Br₂) = m_{раствора} • ω = 80 • 0,02 = 1,6 г ν(Br₂) = m / M = 1,6 / 160 = 0,01 моль.

3.                 
Найдём количество вещества
диена, и (так как известна его масса) его молярную массу:

0,005		0,01
СnH2n−2	+ 2Br2 →	СnH2n−2Br4

4.                 
М_диена = m / ν = 3,4 / 0,05 = 68 г/моль.

5.                 
Находим формулу алкадиена по
его общей формул, выражая молярную массу через n:

14n − 2 = 68 n =
5.

Это
пентадиен С₅Н₈.

Пример 10. При взаимодействии 0,74 г предельного одноатомного
спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для
гидрирования 112 мл пропена (н. у.). Что это за спирт?

Решение

1.                 
Формула предельного
одноатомного спирта — C_nH_2n+1OH.

2.                 
Составим уравнения реакций:

2C_nH_2n+1OH +
2Na → 2C_nH_2n+1ONa + H₂                
C₃H₆ + H₂ → C₃H₈

3.                 
Найдём  количество пропена, а
по нему — количество водорода и количество вещества спирта:

ν(C₃H₆) = V / V_m =
0,112 / 22,4 = 0,005 моль => ν(H₂) = 0,005 моль, ν_спирта =
0,005 • 2 = 0,01 моль

4.                 
Находим молярную массу спирта и
n:

1. Задачи для самостоятельного решения:

1. Массовая доля водорода в алкане составляет
0,1579.   Определить формулу алкана.

1. Массовая доля углерода в алкине 87,8%.
   Определить формулу алкина.
2. Массовая доля кислорода в аминокислоте равна
   35,95%. Найти молекулярную формулу аминокислоты.
3. Массовая доля хлора в хлоралкане 55,04%.
   Найти молекулярную формулу хлоралкана.
4. Найдите
   молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.
   Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 36.
5. Найдите
   молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором 81,8%.
   Относительная плотность вещества по азоту 1,57.
6. При сжигании
   углеводорода массой 29 г. Образовалось 88 г оксида углерода и 45 г воды.
   Относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найдите молекулярную
   формулу углеводорода.
7. При сгорании 31,2
   г углеводорода образовалось 105,6 г оксида углерода и вода. Относительная
   плотность паров этого углеводорода по аргону равна 1,95. Найдите
   молекулярную формулу углеводорода.
8. При сжигании 8,8
   г органического соединения образовалось 14,4 г воды и 13,44 л оксида
   углерода. Относительная плотность паров этого углеводорода по аммиаку
   равна 2,588. Найдите молекулярную формулу углеводорода.
9. Массовая доля
   углерода в предельном одноатомном спирте равна 0,6818. Найдите
   молекулярную формулу спирта.
10. Предельный
    альдегид содержит 18,60% кислорода. Найдите молекулярную формулу
    альдегида.

Литература:

1. ЕГЭ. Химия. Самостоятельная подготовка к
   ЕГЭ/Р.А.Лидин- М.: Издательство «Экзамен», 2015. – 351, (1) с. (Серия
   «ЕГЭ. Полный курс»)
2. ЕГЭ. 1000заданий с ответами и решениями по
   химии. Все задания части 1 и 2 / М.А.Рябов. – М. : Издательство
   «Экзамен», 2017. – 399, (1) с. (Серия «ЕГЭ. Банк заданий»)
3. Химия 11 класс. Задачник для учащихся
   общеобразовательных организаций. 2-е издание, переработанное. Москва
   Издательский центр «Вентана-Граф» 2014. ФГОС. А.Н.Лёвкин, Н.Е.Кузнецова
4.  М.А.Рябов Сборник задач и упражнений и
   тестов по химии. К учебнику Г.Е. Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана «Химия.10
   класс» Издательство «Экзамен».
5. Химия Практикум по общей химии 10-11 классы.
   Составитель Тулина Н.И., 2006, Издательство «Учитель»