Подготовка к ГИА по химии

Консультация по теме:

«Решение задач на определение молекулярных формул органических и неорганических веществ»

Консультацию подготовила учитель химии МБОУ «Лицей №2 «Престиж» города Макеевки

Петрова Татьяна Анатольевна

Решение задач на определение молекулярных формул органических и неорганических веществ

Молекулярная и простейшая формула вещества.

Простейшая (эмпирическая) формула — показывает соотношение атомов в веществе.

Например, для. простейшей формуле СН (соотношение С:Н = 1:1) может соответстовать ацетилен С2Н2 , бензол С6Н6. .�Молекулярная (истинная) формула — формула, в которой отражается реальное число атомов каждого вида, входящих в молекулу вещества.�Например, С₆Н₆ — истинная формула бензола.��Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.

Если в задаче даны только массовые доли элементов, то в процессе решения задачи можно вычислить только простейшую формулу вещества. 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)

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.

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, тогда М(Х) = D_{по H2} 2 , если дана относительная плотность газообразного вещества по воздуху, то М(Х) = D_{по возд.} 29.

Если известна плотность газа, молярную массу газа можно найти, умножая плотность газа на молярный объём. М (Х) = ρ V_m,

​

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

1.Запишем формулу вещества в виде СхНу.

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: �х: у = ν(C) : ν(Н) = 7,0175 : 15,79  = 1 : 2,25  = 4 : 9.�Таким образом, простейшая формула — С₄Н₉, молекулярная формула (С₄Н₉)n

3.По относительной плотности рассчитаем молярную массу:�М = D_(возд.) • 29 = 114 г/моль.�Молярная масса (С₄Н₉)n =(124 +9) n =57 n г/моль = 114 г/моль. N= 114^57 =2/ Значит, истинная формула — С₈Н₁₈.

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.

 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 — С₈Н₁₈.

Определение молекулярной формулы соединения по общей формуле класса

Пример 4. Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.

1.Запишем общую формулу алкина С_nH_2n−2 .

2..Определим молярную массу алкина

M = ρ • V_m = 2,41 г/л • 22,4 л/моль = 54 г/моль.�3. Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n: �М (С_nH_2n−2 )=12 n +2 n − 2 = 54, n = 4.�Значит, алкин имеет формулу С₄Н₆.

Пример 5. Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3•10²² молекул этого альдегида имеют массу 4,3 г.

1.Найдем количество вещества альдегида:

ν =N / N_А = 3•10²² / 6,02•10²³ = 0,05 моль,

2.Найдем молярную массу альдегида:�М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль.

3.Составляем уравнение и находим n.�Общая формула предельного альдегида С_nH_2nO,

то есть М = 12n +2n + 16 = 86, n = 5.

Формула альдегида С₅Н₁₀О, пентаналь��

Определение молекулярных 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

Пример 12. 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.

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_хН_уО_z.

Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.

1.Находим количества веществ CO₂ и H₂O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится: ν(CO₂) = V / V_m = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.�На одну молекулу CO₂ приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько CO₂. ν(C) = 0,7 моль�ν(Н₂О) = 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.

Дальнейшие действия вам уже знакомы: вывод простейшей и истинной формул.

ν(C) : ν(H) = 0,7 : 1,4 = 1:2

Простейшая формула СН₂. Молекулярная формула (СН₂)n

Молярную массу УВ найдем по относительной плотности газа по азоту M_. = D_{по N2} • M_(N2) = 2 • 28 = 56 г/моль. М(СН₂)n =14 n =56 г/моль; n = 4 Истинная формула С₄Н₈.

Пример 13.�Вещества содержит С, Н, О и S. При сгорании 11 г его выделилось 8,8 г CO₂, 5,4 г Н₂О, а сера была полностью переведена в сульфат бария, масса которого оказалась равна 23,3 г. Определить формулу вещества.

Формулу заданного вещества можно представить как C_xH_yS_zO_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.

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

ν(CO₂) = m/M = 8,8/44 = 0,2 моль. ν(C) = 0,2 моль.�ν(Н₂О) = m / M = 5,4 / 18 = 0,3 моль. ν(H) = 0,6 моль.�ν(BaSO₄) = 23,3 / 233 = 0,1 моль. ν(S) = 0,1 моль.

2.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

3.Находим мольное соотношение элементов в веществе:�х:у: z: k = ν (C) : ν (H) : ν (S) : ν (O) = 0,2 : 0,6 : 0,1 : 0,3 = 2 : 6 : 1 : 3�Формула вещества C₂H₆SO₃.�Надо отметить, что таким образом мы получили только простейшую формулу.�Однако, полученная формула является истинной, поскольку при попытке удвоения этой формулы (С₄Н₁₂S₂O₆) получается, что на 4 атома углерода, помимо серы и кислорода, приходится 12 атомов Н, а это невозможно. Таким образом, истинная формула совпадает с простейшей. C₂H₆SO₃.

​

Определение молекулярных формул по продуктам сгорания веществ, не содержащих кислород

Пример 14. При сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислород, выделилось 2,24 л (н. у.) углекислого газа, 1,8 г воды и 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего вещества.

Запишем формулу вещества в общем виде: С_хНCl_уz

Рассчитаем количество веществ

ν(CO₂) = V / V_m = 2,24л / 22,4л/моль = 0,1 моль; ν(C) = 0,1 моль.�ν(Н₂О) = m / M = 1,8 г / 18г/моль = 0,1 моль; ν(H) = 0,2 моль.

ν(НCl) = m / M = 3,65г / 36,5 г/моль = 0,1 моль; ν(Cl) = 0,1 моль ν(Н) =0,1 моль

Обращаем внимание на то, что водород вошел как в состав воды, так и в состав хлороводорода,

х: y: z = ν (©) : ν (H) : ν (Cl) = 0,1:0,3:0,1 =1:3:1 МФ - СН₃Сl

Пример 15. Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании 9 г которого образовалось 17,6 г CO₂, 12,6 г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду — 22,5. Определить молекулярную формулу вещества.

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_хН_уN_z + O₂ → CO₂ + H₂O + N₂

Находим количества веществ CO₂ и H₂O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:

ν(CO₂) = m / M = 17,6 / 44 = 0,4 моль. ν(C) = 0,4 моль.�ν(Н₂О) = 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 г.

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

1. х: y: z = ν (©) : ν (H) : ν (N) = 0,4 : 1,4 : 0,2 = 2 : 7 : 1�Простейшая формула — С₂Н₇N.�Истинная молярная масса�М = D_{по Н2} • М(Н₂) = 22,5 • 2 = 45 г/моль.�Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества. С₂Н₇N.

Определение молекулярных формул веществ по химическим свойствам.

Пример 16.�Определить формулу алкадиена, если 0,34 г его могут обесцветить 80 г 2%-го раствора брома.

Общая формула алкадиенов — С_nH_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_nH_2n−2 + 2Br₂ → С_nH_2n−2Br₄

Рассчитаем массу и количество вещества прореагировавшего брома:

m(Br₂) = m_{раствора} • ω = 80 • 0,02 = 1,6 г�ν(Br₂) = 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:

М_диена = m / ν = 0,34г / 0,005моль = 68 г/моль.

Находим формулу алкадиена по его общей формул, выражая

молярную массу через n:

14n − 2 = 68�n = 5.

Это пентадиен С₅Н₈.

Рассчитаем массу и количество вещества прореагировавшего брома:

m(Br2) = mраствора • ω = 80 • 0,02 = 1,6 г

ν(Br2) = 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:

0,005 0,01

СnH2n−2 + 2Br2 → СnH2n−2Br4

Мдиена = m / ν = 0,34г / 0,005моль = 68 г/моль.

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

14n − 2 = 68

n = 5.

Это пентадиен С5Н8.

Пример 17.�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?

1.Формула предельного одноатомного спирта — C_nH_2n+1OH. Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции — т.е. с выделенной отдельно группой ОН.

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

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

3.Найдем количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по уравнению реакции находим 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.

1. 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 С₄Н₇ОН.

Пример 18.�Определить формулу сложного эфира, при гидролизе 2,64 г которого выделяется 1,38 г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты.

1. Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде:�C_nH_2n+1COOC_mH_2m+1�Соответственно, спирт будет иметь формулу C_mH_2m+1OH,�а кислота C_nH_2n+1COOH.�Уравнение гидролиза сложного эфира:�C_nH_2n+1COOC_mH_2m+1 + H₂O → C_mH_2m+1OH + C_nH_2n+1COOH
2. Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны.�Поэтому из данных задачи можно найти массу и количество вещества воды:

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

Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны 0,03 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(C_nH_2n+1COOH) = 14n + 46 = 60, n = 1 — уксусная кислота�M(C_mH_2m+1OH) = 14m + 18 = 46, m = 2 — этанол.

Таким образом, искомый эфир — это этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат. CH₃COOC₂H₅.

Пример 19. Определить формулу предельной одноосновной моноаминокислоты, если при действии на 8,9 г её избытком гидроксида натрия можно получить 11,1 г натриевой соли этой кислоты.

1.Общая формула аминокислоты NH₂–CH(R)–COOH.�2. Составим уравнение реакции этой аминокислоты с гидроксидом натрия:�NH₂–CH(R)–COOH + NaOH → NH₂–CH(R)–COONa + H₂O�

Количества вещества аминокислоты и её натриевой соли — равны. При этом мы не можем найти массу какого-либо из веществ по уравнению реакции. Поэтому в таких задачах надо выразить количества веществ аминокислоты и её соли через молярные массы и приравнять их:

M(аминокислоты NH₂–CH(R)–COOH) = 74 + М_R�M(соли NH₂–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 = CH₃.�Можно это сделать математически, если принять, что R — C_nH_2n+1.�14n + 1 = 15, n = 1.�Это аланин — аминопропановая кислота. NH₂–CH(CH₃)–COOH.

Определение молекулярной формулы вещества по уравнениям двух химических реакций

Пример 20. При взаимодействии одного и того же количества алкена

с различными галогеноводородами образуется соответственно

7,85 г хлорпроизволного или 12,3 г бромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкена.

Запишем уравнения реакций.

CnH2n+HCl=CnH2n+1Cl

CnH2n+HBr=CnH2n+1Br

Найдѐм молярные массы галогеналканов в общем виде

M(CnH2n+1Cl)=12n+2n+1+35,5=14n+36,5

M(CnH2n+1Br)=12n+2n+1+80=14n+81

Пример 21. При обработке предельного одноатомного спирта натрием получено 2,24 л водорода (н.у), а при обработке такой же массы спирта концентрированной серной кислотой получено 8,4 г алкена. Определите формулу спирта.

Запишем уравнения реакций.

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

C_nH_2n+1OH → C_nH_2n +Н₂О

Найдем количество вещества водорода и алкена

ν(Н₂)= V/ V_m = 2,24 л/ 22,4 л/моль = 0,1 моль

ν( C_nH_2n ) = m / M = 8,4 г/ 14n,

тогда ν( C_nH_2nОН ) = 0,2 моль

8,4 г/ 14n = 0,2 n =3 формула спирта - С₃Н₇ ОН, пропанол