Определение формулы вещества по массовым долям химических элементов (результатам количественного анализа) или по общей формуле вещества. Вывод формул веществ по массовым долям элементов

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).

Химия, часть С. Задача С5. Определение формул органических веществ.

Типы задач в задании С5.

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

Определение формулы вещества по продуктам сгорания;

Определение формулы вещества по химическим свойствам.

Необходимые теоретические сведения.

Массовая доля элемента в веществе. Массовая доля элемента - это его содержание в веществе в процентах по массе. Например, в веществе состава С 2 Н 4 содержится 2 атома углерода и 4 атома водорода. Если взять 1 молекулу такого вещества, то его молекулярная масса будет равна: Мr(С 2 Н 4) = 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 С х Н у О z , 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) Если записать эту формулу в общем виде, то получится следующее выражение:

Молекулярная и простейшая формула вещества. Примеры.

Относительная плотность газа Х по газу У - D поУ (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: D поУ (Х) = М(Х) / М(У) Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху . Относительная плотность газа Х по водороду: D по 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: D по возд. = М (газа Х) / 29

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 / V m , а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.

Общие формулы веществ разных классов.

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 х В 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 примера 1.

Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н - 15,79 г.

Найдём количество вещества каждого атома: ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль, ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.

Определяем мольное соотношение атомов С и Н: С: Н = 7,0175: 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (домножим на 4) = 4: 9. Таким образом, простейшая формула - С 4 Н 9 .

По относительной плотности рассчитаем молярную массу: М = D (возд.) 29 = 114 г/моль. Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С 4 Н 9 - 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы. Значит, истинная формула - С 8 Н 18 .

Есть гораздо более простой метод решения такой задачи, но, к сожалению, за него не поставят полный балл . Зато он подойдёт для проверки истинной формулы, т.е. с его помощью вы можете проверить своё решение. Метод 2: Находим истинную молярную массу (114 г/моль), а затем находим массы атомов углерода и водорода в этом веществе по их массовым долям. m(C) = 114 0,8421 = 96; т.е. число атомов С 96/12 = 8 m(H) = 114 0,1579 = 18; т.е число атомов Н 18/1 = 18. Формула вещества - С 8 Н 18 .

Ответ: С 8 Н 18 .

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

Решение примера 2. Общая формула алкина С n H 2n−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 V m) = 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 С 4 Н 6 .

Ответ: С 4 Н 6 .

Пример 3. Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3 10 22 молекул этого альдегида весят 4,3 г.

Решение примера 3. В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо вновь найти величину молярной массы вещества. Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в 1 моль вещества. Это число Авогадро: N a = 6,02 10 23 (молекул). Значит, можно найти количество вещества альдегида: ν = N / Na = 3 10 22 / 6,02 10 23 = 0,05 моль, и молярную массу: М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль. Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим n. Общая формула предельного альдегида С n H 2n O, то есть М = 14n + 16 = 86, n = 5.

Ответ: С 5 Н 10 О, пентаналь.

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

Решение примера 4. Общая формула дихлоралкана: С n H 2n Cl 2 , 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.

Ответ: С 3 Н 6 Cl 2 , дихлорпропан.

Определение формул веществ по продуктам сгорания.

В задачах на сгорание количества веществ элементов, входящих в исследуемое вещество, определяют по объёмам и массам продуктов сгорания - углекислого газа, воды, азота и других. Остальное решение - такое же, как и в первом типе задач.

Пример 5. 448 мл (н. у.) газообразного предельного нециклического углеводорода сожгли, и продукты реакции пропустили через избыток известковой воды, при этом образовалось 8 г осадка. Какой углеводород был взят?

Решение примера 5.

Общая формула газообразного предельного нециклического углеводорода (алкана) - C n H 2n+2 Тогда схема реакции сгорания выглядит так: C n H 2n+2 + О 2 → CO 2 + H 2 O Нетрудно заметить, что при сгорании 1 моль алкана выделится n моль углекислого газа. Количество вещества алкана находим по его объёму (не забудьте перевести миллилитры в литры!): ν(C n H 2n+2) = 0,488 / 22,4 = 0,02 моль.

При пропускании углекислого газа через известковую воду Са(ОН) 2 выпадает осадок карбоната кальция: СО 2 + Са(ОН) 2 = СаСО 3 + Н 2 О Масса осадка карбоната кальция - 8 г, молярная масса карбоната кальция 100 г/моль. Значит, его количество вещества ν(СаСО 3) = 8 / 100 = 0,08 моль. Количество вещества углекислого газа тоже 0,08 моль.

Количество углекислого газа в 4 раза больше чем алкана, значит формула алкана С 4 Н 10 .

Ответ: С 4 Н 10 .

Пример 6. Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8 г этого соединения образуется 15,68 л углекислого газа (н. у) и 12,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Решение примера 6. Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как С х Н у О z .

Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов): С х Н у О z + О 2 → CO 2 + H 2 O Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород - в воду.

Находим количества веществ CO 2 и H 2 O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится: ν(CO 2) = V / V m = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль. На одну молекулу CO 2 приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько CO 2 .

ν(C) = 0,7 моль ν(Н 2 О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.

В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза больше , чем воды. ν(H) = 0,7 2 = 1,4 моль.

Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н. m(C) = 0,7 12 = 8,4 г, m(H) = 1,4 1 = 1,4 г Масса всего вещества 9,8 г. m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, т.е.в данном веществе нет атомов кислорода. Если бы кислород в данном веществе присутствовал, то по его массе можно было бы найти количество вещества и рассчитывать простейшую формулу, исходя из наличия трёх разных атомов.

Дальнейшие действия вам уже знакомы: поиск простейшей и истинной формул. С: Н = 0,7: 1,4 = 1: 2 Простейшая формула СН 2 .

Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забудьте, что азот состоит из двухатомных молекул N 2 и его молярная масса 28 г/моль): M ист. = D по N2 M (N2) = 2 28 = 56 г/моль. Истиная формула СН 2 , её молярная масса 14. 56 / 14 = 4. Истинная формула С 4 Н 8 .

Ответ: С 4 Н 8 .

Пример 7. Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании 9 г которого образовалось 17,6 г CO 2 , 12,6 г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду - 22,5. Определить молекулярную формулу вещества.

Решение примера 7.

Вещество содержит атомы С,Н и N. Так как масса азота в продуктах сгорания не дана, её надо будет рассчитывать, исходя из массы всего органического вещества. Схема реакции горения: С х Н у N z + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2

Находим количества веществ CO 2 и H 2 O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:

ν(CO 2) = m / M = 17,6 / 44 = 0,4 моль. ν(C) = 0,4 моль. ν(Н 2 О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль. ν(H) = 0,7 2 = 1,4 моль.

Находим массу азота в исходном веществе. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.

m(C) = 0,4 12 = 4,8 г, m(H) = 1,4 1 = 1,4 г

Масса всего вещества 9,8 г.

m(N) = 9 − 4,8 − 1,4 = 2,8 г, ν(N) = m /M = 2,8 / 14 = 0,2 моль.

C: H: N = 0,4: 1,4: 0,2 = 2: 7: 1 Простейшая формула - С 2 Н 7 N. Истинная молярная масса М = D по Н2 М(Н 2) = 22,5 2 = 45 г/моль. Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества.

Ответ: С 2 Н 7 N.

Пример 8. Вещества содержит С, Н, О и S. При сгорании 11 г его выделилось 8,8 г CO 2 , 5,4 г Н 2 О, а сера была полностью переведена в сульфат бария, масса которого оказалась равна 23,3 г. Определить формулу вещества.

Решение примера 8. Формулу заданного вещества можно представить как C x H y S z O k . При его сжигании получается углекислый газ, вода и сернистый газ, который затем превращают в сульфат бария. Соответственно, вся сера из исходного вещества превращена в сульфат бария.

Находим количества веществ углекислого газа, воды и сульфата бария и соответствующих химических элементов из исследуемого вещества:

ν(CO 2) = m/M = 8,8/44 = 0,2 моль. ν(C) = 0,2 моль. ν(Н 2 О) = m / M = 5,4 / 18 = 0,3 моль. ν(H) = 0,6 моль. ν(BaSO 4) = 23,3 / 233 = 0,1 моль. ν(S) = 0,1 моль.

Рассчитываем предполагаемую массу кислорода в исходном веществе:

m(C) = 0,2 12 = 2,4 г m(H) = 0,6 1 = 0,6 г m(S) = 0,1 32 = 3,2 г m(O) = m вещества − m(C) − m(H) − m(S) = 11 − 2,4 − 0,6 − 3,2 = 4,8 г, ν(O) = m / M = 4,8 / 16 = 0,3 моль

Находим мольное соотношение элементов в веществе: C: H: S: O = 0,2: 0,6: 0,1: 0,3 = 2: 6: 1: 3 Формула вещества C 2 H 6 SO 3 . Надо отметить, что таким образом мы получили только простейшую формулу. Однако, полученная формула является истинной, поскольку при попытке удвоения этой формулы (С 4 Н 12 S 2 O 6) получается, что на 4 атома углерода, помимо серы и кислорода, приходится 12 атомов Н, а это невозможно.

Ответ: C 2 H 6 SO 3 .

Определение формул веществ по химическим свойствам.

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

Решение примера 9.

Общая формула алкадиенов - С n H 2n−2 . Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с 1 моль диена вступят 2 моль брома: С n H 2n−2 + 2Br 2 → С n H 2n−2 Br 4

Так как в задаче даны масса и процентная концентрация раствора брома, прореагировавшего с диеном, можно рассчитать количества вещества прореагировавшего брома:

m(Br 2) = m раствора ω = 80 0,02 = 1,6 г ν(Br 2) = m / M = 1,6 / 160 = 0,01 моль.

Так как количество брома, вступившего в реакцию, в 2 раза больше, чем алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:

		С n H 2n−2 Br 4

1. М диена = m / ν = 3,4 / 0,05 = 68 г/моль.

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

14n − 2 = 68 n = 5.

Это пентадиен С 5 Н 8 .

Ответ: C 5 H 8 .

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 примера 10.

Формула предельного одноатомного спирта - C n H 2n+1 OH. Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции - т.е. с выделенной отдельно группой ОН.

Составим уравнения реакций (нельзя забывать о необходимости уравнивать реакции):

2C n H 2n+1 OH + 2Na → 2C n H 2n+1 ONa + H 2 C 3 H 6 + H 2 → C 3 H 8

Можно найти количество пропена, а по нему - количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:

ν(C 3 H 6) = V / V m = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль => ν(H 2) = 0,005 моль, ν спирта = 0,005 2 = 0,01 моль.

Находим молярную массу спирта и n:

M спирта = m / ν = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль, 14n + 18 = 74 14n = 56 n = 4.

Спирт - бутанол С 4 Н 7 ОН.

Ответ: C 4 H 7 OH.

Пример 11. Определить формулу сложного эфира, при гидролизе 2,64 г которого выделяется 1,38 г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты.

Решение примера 11.

Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде: C n H 2n+1 COOC m H 2m+1 Соответственно, спирт будет иметь формулу C m H 2m+1 OH, а кислота C n H 2n+1 COOH. Уравнение гидролиза сложного эфира: C n H 2n+1 COOC m H 2m+1 + H 2 O → C m H 2m+1 OH + C n H 2n+1 COOH

Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны. Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:

m H2O = (масса кислоты) + (масса спирта) − (масса эфира) = 1,38 + 1,8 − 2,64 = 0,54 г ν H2O = m / M = 0,54 / 18 = 0,03 моль

Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны моль. Можно найти их молярные массы:

М кислоты = m / ν = 1,8 / 0,03 = 60 г/моль, М спирта = 1,38 / 0,03 = 46 г/моль.

Получим два уравнения, из которых найдём m и n:

M CnH2n+1COOH = 14n + 46 = 60, n = 1 - уксусная кислота M CmH2m+1OH = 14m + 18 = 46, m = 2 - этанол.

Таким образом, искомый эфир - это этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат.

Ответ: CH 3 COOC 2 H 5 .

Пример 12. Определить формулу аминокислоты, если при действии на 8,9 г её избытком гидроксида натрия можно получить 11,1 г натриевой соли этой кислоты.

Решение примера 12.

Общая формула аминокислоты (если считать, что она не содержит никаких других функциональных групп, кроме одной аминогруппы и одной карбоксильной): NH 2 –CH(R)–COOH. Можно было бы записать её разными способами, но для удобства написания уравнения реакции лучше выделять в формуле аминокислоты функциональные группы отдельно.

Можно составить уравнение реакции этой аминокислоты с гидроксидом натрия: NH 2 –CH(R)–COOH + NaOH → NH 2 –CH(R)–COONa + H 2 O Количества вещества аминокислоты и её натриевой соли - равны. При этом мы не можем найти массу какого-либо из веществ в уравнении реакции. Поэтому в таких задачах надо выразить количества веществ аминокислоты и её соли через молярные массы и приравнять их:

M(аминокислоты NH 2 –CH(R)–COOH) = 74 + М R M(соли NH 2 –CH(R)–COONa) = 96 + М R ν аминокислоты = 8,9 / (74 + М R), ν соли = 11,1 / (96 + М R) 8,9 / (74 + М R) = 11,1 / (96 + М R) М R = 15

Легко увидеть, что R = CH 3 . Можно это сделать математически, если принять, что R - C n H 2n+1 . 14n + 1 = 15, n = 1. Это аланин - аминопропановая кислота.

Ответ: NH 2 –CH(CH 3)–COOH.

Задачи для самостоятельного решения.

Часть 1. Определение формулы вещества по составу.

1–1. Плотность углеводорода при нормальных условиях равна 1,964 г/л. Массовая доля углерода в нем равна 81,82%. Выведите молекулярную формулу этого углеводорода.

1–2. Массовая доля углерода в диамине равна 48,65%, массовая доля азота равна 37,84%. Выведите молекулярную формулу диамина.

1–3. Относительная плотность паров предельной двухосновной карбоновой кислоты по воздуху равна 4,07. Выведите молекулярную формулу карбоновой кислоты.

1–4. 2 л алкадиена при н.у. имеет массу, равную 4,82 г. Выведите молекулярную формулу алкадиена.

1–5. (ЕГЭ–2011) Установите формулу предельной одноосновной карбоновой кислоты, кальциевая соль которой содержит 30,77 % кальция.

Часть 2. Определение формулы вещества по продуктам сгорания.

2–1. Относительная плотность паров органического соединения по сернистому газу равна 2. При сжигании 19,2 г этого вещества образуется 52,8 г углекислого газа (н.у.) и 21,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

2–2. При сжигании органического вещества массой 1,78 г в избытке кислорода получили 0,28 г азота, 1,344 л (н.у.) СО 2 и 1,26 г воды. Определите молекулярную формулу вещества, зная, что в указанной навеске вещества содержится 1,204 10 22 молекул.

2–3. Углекислый газ, полученный при сгорании 3,4 г углеводорода, пропустили через избыток раствора гидроксида кальция и получили 25 г осадка. Выведите простейшую формулу углеводорода.

2–4. При сгорании органического вещества, содержащего С, Н и хлор, выделилось 6,72 л (н.у.) углекислого газа, 5,4 г воды, 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего вещества.

2–5. (ЕГЭ–2011) При сгорании амина выделилось 0,448 л (н.у.) углекислого газа, 0,495 г воды и 0,056 л азота. Определить молекулярную формулу этого амина.

Часть 3. Определение формулы вещества по химическим свойствам.

3–1. Определить формулу алкена, если известно, что он 5,6 г его при присоединении воды образуют 7,4 г спирта.

3–2. Для окисления 2,9 г предельного альдегида до кислоты потребовалось 9,8 г гидроксида меди (II). Определить формулу альдегида.

3–3. Одноосновная моноаминокислота массой 3 г с избытком бромоводорода образует 6,24 г соли. Определить формулу аминокислоты.

3–4. При взаимодействии предельного двухатомного спирта массой 2,7 г с избытком калия выделилось 0,672 л водорода. Определить формулу спирта.

3–5. (ЕГЭ–2011) При окислении предельного одноатомного спирта оксидом меди (II) получили 9,73 г альдегида, 8,65 г меди и воду. Определить молекулярную формулу этого спирта.

Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.

1–1. С 3 Н 8

1–2. С 3 Н 6 (NH 2) 2

1–3. C 2 H 4 (COOH) 2

1–5. (HCOO) 2 Ca - формиат кальция, соль муравьиной кислоты

2–1. С 8 Н 16 О

2–2. С 3 Н 7 NO

2–3. С 5 Н 8 (массу водорода находим, вычитая из массы углеводорода массу углерода)

2–4. C 3 H 7 Cl (не забудьте, что атомы водорода содержатся не только в воде, но и в HCl)

2–5. C 4 H 11 N

3–1. С 4 Н 8

3–2. С 3 Н 6 О

3–3. С 2 Н 5 NO 2

3–4. C 4 H 8 (OH) 2

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

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

Похожие советы

Положительный тест на беременность: что дальше?

Почему болит поясница на ранних сроках беременности?

Лечение бесплодия с кысть аль хинди

Тема: цифры рядом с нами

Треска рецепты приготовления

Fashion макияж поэтапно как делать