Найти формулу вещества по массовой доле. Решение задач на определение формулы
Тема 2 Задачи на вывод молекулярных формул веществ
Тема: Определение молекулярной формулы веществ по массовым долям элементов
Цели: Знать понятие массовая доля, относительная плотность газов.
Уметь находить массовые доли, определять формулы веществ по массовым долям.
План
Относительная плотность газов
Решение задач
Домашнее задание
Массовые доли элементов в веществе
Массовая доля элемента определяется отношением массы элемента к
Относительной молекулярной массе вещества w = А r Э* i /М в-ва
Массовая доля элемента часто выражается в процентах, тогда формула для массовой доли элемента будет выглядеть следующим образом:
w % = А r Э* i /М в-ва * 100%
Сумма всех массовых долей элементов образующих данное вещество равна единице или 100%.
W 1 + W 2 + W 3 + W 4 =1 или W 1 %+ W 2 %+ W 3 %+ W 4 %=100%
Если массовая доля одного из элементов не известна её можно определить как разницу между единицей (100%) и суммой известных массовых долей.
W 3 = 1- ( W 1 + W 2 + W 4 ) W 3 %= 100% - ( W 1 %+ W 2 %+ W 4 %)
Алгоритм решения задач.
1. Обозначим в формуле вещества количество атомов при помощи индексов x,y,z, и т.д. по числу элементов в молекуле.
2. Если в условии не дана массовая доля одного из элементов, определяем её по разности 100% минус массовые доли всех остальных элементов.
3. Находим отношения индексов x:y:z, которое является отношением частных от деления массовой доли элемента на его относительную атомную массу. Привести частные от деления к отношению целых чисел. Определить простейшую формулу вещества.
x:y:z=w 1 % /А r 1 : w 2 % /Аr 2 : w 3 % /А r 3
4. Если относительная молекулярная масса не дана, находим её по условию задачи. Д(Н 2 )= Мг(в-ва)/ Д(Н 2 ); Мг(в-ва)= Д(О 2 )* Мг(О 2 );
Мг(в-ва)= Д(возд.)* Мг(возд.); М= ρ г/л*22,4л …
5. Сравни относительную молярную массу простейшей формулы вещества с истиной, найденной по условию задачи. Отношение этих масс даёт число, на которое надо умножить индексы в простейшей формуле.
Молярную массу вещества.Она задается в задачах:__
Соотношение числа атомов элементов в молекуле.
Оно задается: ___
1)в готовом виде
1) указанием класса вещества;
2)через плотность (М = ρ *Vm)
2)через массовые доли элементов в веществе; ______
3)через Dr 2 (Г 1 ) (М (Г 1 )= Dr* М(Г 2 ))
3) через мольные доли элементов в веществе;
4) через соотношение m и V m\M=V\Vm
4) через количество продуктов
реакции, в которой участвует искомое вещество, например
продукты сгорания.
Задача: Плотность углеводорода по кислороду 1,75 массовая доля водорода в нём 14,3% . Определите молекулярную формулу углеводорода.
Дано:Решение:
СxHy
2) w(С) = 100% - 14,3% = 85,7% х: у = w(С)/ А r ( C ) : w(Н)/ А r (Н)
D(О 2 ) =1,75
х: у = 85,7/12: 14,3/1 х: у = 7,14: 14,3 х: у = 1: 2
w(Н) = 14,3%
3) Простейшая формула – СН 2 М r (СН 2 ) =12 +1*2 =14
Найти: СxHy - ?
4) М r (СхНу =D(О 2 ) *М r (О 2 ) =1,75 * 32 = 56
5) 56: 14 = 4 => формула вещества С 4 Н 8 - это бутен
6) М r (С 4 Н 8 ) = 12* 4 + 1 * 8 = 56 Задача решена верно.
Ответ: С 4 Н 8 - бутен
Пример 2: Элементный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41 %), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59 %). Выведите химическую формулу.
Решение:
Находим отношение числа атомов:
Fe: O → 72,41/56: 27,59/16 ≈ 1,29: 1,72.
Меньшее число принимаем за единицу (делим на наименьшее число в данном случае оно 1,29) и находим следующее отношение:
Fe:O ≈ 1:1,33.
Так как должно быть целое число атомов, то это отношение приводим к целым числам:
Fe:O = 3:3,99 ≈ 3:4.
Ответ: химическая формула данного вещества Fe 3 O 4 .
Алгоритм решения задач.
1. Обозначим число атомов элементов искомого типа (устно): через х, y , z
2. Приравняем отношение чисел атомов элементов отношению атомных факторов: х: у: z… = a%/A 1 : b% / А 2 : с% /А 3 ..., Где A 1 , А 2 , А 3 - атомные массы элементов.
3. Находим простейшую формулу и значение относительной молекулярной массы.
4. Определяем относительную молекулярную массу искомого вещества по плотности (М = 2DН 2 ; М = 29Dвоздуха или М= ρ г/л*22,4л).
5. Узнаем, во сколько раз для получения истиной формулы надо увеличить число атомов простейшей формулы.
6. Находим молекулярную формулу вещества.
Пример 3:
Найдите формулу алкена если его плотность по водороду равна 21. Постройте его структурную формулу, назовите.
Дано:
М(С n H 2 n ) = D Н2 * М(Н 2 ) М(С n H 2 n ) =21*2 = 42
D Н2 (С n H 2 n ) = 21
Соотношение числа атомов элементов через указание класса вещества. Алкены имеют формулу С n H 2 n
Выразим М алкена в общем виде: М (С n H 2 n ) =12 n + 2 n
Найти n – ?
Составим уравнение 14 n = 42 n = 3
Ответ: С 3 Н 6 – пропен структурная формула:
Отсканируйте решение и отправьте на электронный адрес: bogdanowskaj @ mail . ru
В некоторых задачах элементный состав искомого вещества не очевиден из текста условия. Чаще всего это касается реакций горения органических веществ. Неопределенность состава обычно связана с возможностью наличия кислорода в сгоревшем веществе. В первом шаге решения таких задач необходимо путем расчета выявить элементный состав искомого вещества.
Задача 2.11.
В результате сжигания 1,74 г органического соединения получено 5,58 г смеси СО 2 и Н 2 О. Количества веществ СО 2 и Н 2 О в этой смеси оказались равными. Определите молекулярную формулу органического соединения, если относительная плотность его паров по кислороду равна 1,8125.
Дано:
масса органического соединения: m орг в.ва = 1,74 г;
суммарная масса продуктов р-ции: m(СО 2) + m(Н 2 О) = 5,58 г;
соотношение количеств веществ продуктов р-ции: n
(СО 2) = n
(Н 2 О);
относительная плотность паров исходного вещества по кислороду: D(O 2) = 1,8125.
Найти:
молекулярную формулу сгоревшего соединения.
Решение:
Шаг 1. Класс сгоревшего органического соединения не указан, поэтому об элементном составе можно судить только по продуктам реакции. Углерод и водород входили в состав сгоревшего вещества однозначно, так как эти элементы присутствуют в продуктах горения, а из воздуха принимал участие в реакции только кислород. Причем весь углерод и весь водород полностью перешли из исходного вещества в СО 2 и Н 2 О. Возможно, в состав искомого соединения также входил кислород.
Прояснить ситуацию с наличием или отсутствием кислорода можно по данным из условия задачи. Нам известна масса сгоревшего органического соединения и количественные данные,
относящиеся к продуктам. Очевидно, что если суммарная масса углерода из СО 2 и водорода из Н 2 О окажется равной массе исходного органического вещества, то кислорода в его составе не было. В ином случае, если
m[(С)(в СO 2)] + m[(Н)(в Н 2 О)] > m орг. в-ва
кислород входил в состав исходного вещества, причем его масса определится по разности:
m орг. в-ва – m(С)(в СО 2) – m(Н)(в Н 2 О) = m(O)(в исх. в-ве).
Определим массу углерода и водорода в продуктах реакции и сравним ее с массой исходного вещества.
1. В условии указана информация о суммарной массе продуктов реакции, и поэтому, в первую очередь, нам необходимо выявить массы каждого из продуктов по отдельности. Для этого обозначим количество вещества образовавшегося углекислого газа величиной «а
». Тогда, согласно условию:
n(СО 2) = n(Н 2 О) = а моль.
Используя величину «а» как известную, найдем массу СО 2 и Н 2 О:
m(СО 2) = М(СО 2) . n
(СО 2) = (44 . а) г,
m(Н 2 О) = М(Н 2 O) . n
(Н 2 О) = (18 . а) г.
Суммируем полученные выражения и приравниваем к значению общей массы продуктов реакции из условия:
(44 . а ) + (18 . а ) = 5,58.
Получили математическое уравнение с одним неизвестным. Решая его, находим значение неизвестной величины: а = 0,09.
Этим значением мы обозначали количество вещества каждого из продуктов:
n (СО 2) = n (Н 2 О) = 0,09 моль.
2. Найдем массу углерода в СО2 по алгоритму:
n(СO 2) ---> n(С)(в СО 2) ---> m(С)(в СО 2)
n(С)(в СO 2) = n(СO 2) = 0,09 моль (по индексам в формуле).
m(С)(в СO 2) = n(С)(в СO 2) . М(С) = 0,09 . 12 = 1,08 г = m(С)(в исх. в-ве)
3. Найдем массу водорода в образовавшейся воде по алгоритму:
n(Н 2 О) ---> n(Н)(в Н 2 О) ---> m(Н)(в Н 2 О)
n(Н) (в Н 2 О) > n(Н 2 О) в 2 раза (по индексам в формуле)
n(Н)(в Н 2 О) = 2 . n(Н 2 О) = 2 . 0,09 = 0,18 моль
m(Н)(в Н2O) = n(Н)(в Н2O) . М(H) = 0,18 . 1 = 0,18 г =m(Н)(в исх. в-ве)
4. Сравниваем суммарную массу углерода и водорода с массой исходного вещества:
m(С)(в СO 2) + m(Н)(в Н 2 О) = 1,08 + 0,18 = 1,26 г;
m орг. в-ва = 1,74 г.
m(С)(в СO 2) + m(Н)(в Н 2 О) > m орг. в.в-а,
следовательно, кислород входит в состав исходного вещества.
m(О)(в исх. в-ве) = m орг. в-ва – m(С)(в СО 2) – m(Н)(в Н 2 О) = 1,74 -1,26 = 0,48 г.
5. Итак, в исходном веществе содержится: углерод, водород и кислород.
Дальнейшие действия ничем не отличатся от примеров ранее рассмотренных задач. Обозначим искомое вещество как С х Н у О z .
Шаг 2. Составим схему реакции горения:
С х Н у О z . + О 2 ---> СО 2 + Н 2 О
Шаг 3.
Определим соотношения количеств вещества (n
) углерода, водорода и кислорода в исходном образце органического вещества. Количество вещества углерода и водорода мы уже определили в первом шаге.
Количества вещества (n
) кислорода найдем по данным о его массе:
Шаг 4. Находим простейшую формулу:
N(С) : N(Н) : N(О) = 0,09: 0,18: 0,03
Выбираем наименьшее значение (в данном случае «0,03») и делим на него все три числа:
Получили набор наименьших целых чисел:
N(С) : N(Н) : N(О) = 3: 6:1
Это дает возможность записать простейшую формулу: С 3 Н 6 О 1
Шаг 5.
Выявление истинной формулы.
По данным об относительной плотности паров искомого вещества по кислороду определяем истинную молярную массу:
M истин. = D(О 2) . М(О 2) = 1,8125 . 32 = 58 г/моль.
Определим значение молярной массы для простейшей формулы:
М прост. = 3 .12 + 6 . 1 +1 . 16 = 58 г/моль.
М прост. = M истин. следовательно, простейшая формула является истинной.
С 3 Н 6 О - молекулярная формула сгоревшего вещества.
Ответ: С 3 Н 6 О.
С задачами на вывод химической формулы вещества учащиеся встречаются при прохождении программы химии с 8 по 11 классы. К тому же, данный тип задач довольно часто встречается в олимпиадных заданиях, контрольно – измерительных материалах ЕГЭ (части В и С). Диапазон сложности данных задач достаточно широк. Как показывает опыт, у школьников часто возникают затруднения уже на первых этапах решения при выводе молярной массы вещества.
В данной разработке предлагаются задачи на нахождение формулы вещества, исходя из разных параметров в условиях. В представленных задачах приведены различные способы нахождения молярной массы вещества. Задачи составлены таким образом, чтобы учащиеся могли освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Наглядно демонстрируются наиболее общие приёмы решений. Для учащихся предлагаются решённые задачи по принципу нарастания сложности и задачи для самостоятельного решения.
Вывод химической формулы вещества: |
Номер задачи
|
Вычисление молярной массы вещества |
Задачи для самостоятельного решения |
На основании массовых долей (%) атомов элементов |
M, где n - число атомов |
Определить химическую формулу соединения, имеющего состав: натрий – 27,06%; азот – 16,47 %; кислород – 57,47%. Ответ: NaNO 3 |
|
На основании массовых долей (%) атомов элементов и плотности соединения |
М (CхНу) = D(Н2) ·М (Н2) |
Относительная плотность паров органического кислородсодержащего соединения по кислороду равна 3, 125. Массовая доля углерода равна 72%, водорода – 12 %. Выведите молекулярную формулу этого соединения. Ответ: C 6 H 12 О |
|
По плотности вещества в газообразном состоянии |
М (в-ва) = ρ · М (газообр. в-ва) |
Относительная плотность паров предельного альдегида по кислороду равна 1,8125. Выведите молекулярную формулу альдегида. Ответ: C 3 Н 6 О |
|
На основании массовых долей (%) атомов элементов и массе соединения |
М находится по соотношению, |
Углеводород содержит 81,82 % углерода. Масса 1 л. этого углеводорода (н.у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу углеводорода. |
|
По массе или объёму исходного вещества и продуктам горения |
М (в-ва)=Vm·ρ |
Относительная плотность паров кислородсодержащего органического соединения по гелию равна 25,5. При сжигании 15,3 г. этого вещества образовалось 20,16 л. СО 2 и 18,9 г. Н 2 О. Выведите молекулярную формулу этого вещества.Ответ: C 6 H 14 О |
Приводится пример решения задачи на применение уравнения Менделеева – Клайперона
Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты.
Относительная плотность углеводорода по водороду, имеющего состав: w(С) = 85,7 %; w (Н) = 14,3 %, равна 21. Выведите молекулярную формулу углеводорода.
Определите молекулярную формулу алкана, если известно, что его пары в 2,5 раза тяжелее аргона.
Массовая доля углерода в соединении равна 39,97 %, водорода 6, 73 %, кислорода 53,30 %. Масса 300 мл. (н.у.) этого соединения равна 2,41 г. Выведите молекулярную формулу этого вещества.
Дано: |
Решение: |
Вывести формулу соединения |
Для решения задач этого типа необходимо знать общие формулы классов органических веществ и общие формулы для вычисления молярной массы веществ этих классов:
Алгоритм решения большинства задач на нахождение молекулярной формулы включает следующие действия:
— запись уравнений реакций в общем виде;
— нахождение количество вещества n, для которого даны масса или объем, или массу или объём которого можно вычислить по условию задачи;
— нахождение молярной массы вещества М = m/n, формулу которого нужно установить;
— нахождение числа атомов углерода в молекуле и составление молекулярной формулы вещества.
Примеры решения задачи 35 ЕГЭ по химии на нахождение молекулярной формулы органического вещества по продуктам сгорания с объяснением
При сгорании 11,6 г органического вещества образуется 13,44 л углекислого газа и 10,8 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2. Установлено, что это вещество взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, каталитически восстанавливается водородом с образованием первичного спирта и способно окисляться подкисленным раствором перманганата калия до карбоновой кислоты. На основании этих данных:
1) установите простейшую формулу исходного вещества,
2) составьте его структурную формулу,
3) приведите уравнение реакции его взаимодействия с водородом.
Решение: общая формула органического вещества СxHyOz.
Переведем объем углекислого газа и массу воды в моли по формулам:
n = m /М и n = V / V m,
Молярный объем Vm = 22,4 л/моль
n(CO 2) = 13,44/22,4= 0,6 моль, =>в исходном веществе содержалось n(C) =0,6 моль,
n(H 2 O) = 10,8/18 = 0,6 моль, => в исходном веществе содержалось в два раза больше n(H) = 1,2 моль,
Значит, искомое соединение содержит кислород количеством:
n(O)= 3,2/16 = 0,2 моль
Посмотрим соотношение атомов С, Н и О, входящих в состав исходного органического вещества:
n(C) : n(H) : n(O) = x: y: z = 0,6: 1,2: 0,2 = 3: 6: 1
Нашли простейшую формулу: С 3 H 6 О
Чтобы узнать истинную формулу, найдем молярную массу органического соединения по формуле:
М(СxHyOz) = Dвозд(СxHyOz) *M(возд)
M ист (СxHyOz) = 29*2 = 58 г/моль
Проверим, соответствует ли истинная молярная масса молярной массе простейшей формулы:
М (С 3 H 6 О) = 12*3 + 6 + 16 = 58 г/моль — соответствует, => истинная формула совпадает с простейшей.
Молекулярная формула: С 3 H 6 О
Из данных задачи: » это вещество взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, каталитически восстанавливается водородом с образованием первичного спирта и способно окисляться подкисленным раствором перманганата калия до карбоновой кислоты» делаем вывод, что это альдегид.
2) При взаимодействии 18,5 г предельной одноосновной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.
3) Некоторая предельная карбоновая одноосновная кислота массой 6 г требует для полной этерификации такой же массы спирта. При этом получается 10,2 г сложного эфира. Установите молекулярную формулу кислоты.
4) Определите молекулярную формулу ацетиленового углеводорода, если молярная масса продукта его реакции с избытком бромоводорода в 4 раза больше,чем молярная масса исходного углеводорода
5) При сгорании органического вещества массой 3,9 г образовались оксид углерода (IV) массой 13,2 г и вода массой 2,7 г. Выведите формулу вещества, зная, что плотность паров этого вещества по водороду равна 39.
6) При сгорании органического вещества массой 15 г образовались оксид углерода (IV) объемом 16,8 л и вода массой 18 г. Выведите формулу вещества, зная, что плотность паров этого вещества по фтороводороду равна 3.
7) При сгорании 0,45 г газообразного органического вещества выделилось 0,448 л (н.у.) углекислого газа, 0,63 г воды и 0,112 л (н.у.) азота. Плотность исходного газообразного вещества по азоту 1,607. Установите молекулярную формулу этого вещества.
8) При сгорании бескислородного органического вещества образовалось 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 3,6 г воды и 3,65 г хлороводорода. Определите молекулярную формулу сгоревшего соединения.
9) При сгорании органического вещества массой 9,2 г образовались оксид углерода (IV) объёмом 6,72 л (н.у.) и вода массой 7,2 г. Установите молекулярную формулу вещества.
10) При сгорании органического вещества массой 3 г образовались оксид углерода (IV) объёмом 2,24 л (н.у.) и вода массой 1,8 г. Известно, что это вещество реагирует с цинком.
На основании данных условия задания:
1) произведите вычисления, необходимые для установления молекулярной формулы органического вещества;
2) запишите молекулярную формулу исходного органического вещества;
3) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;
4) напишите уравнение реакции этого вещества с цинком.
Области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Mr (CхHy) = DN2·28, где DN2 -относительная плотность по азоту
Mr (CхHy) = DО2·32, где DО2 - относительная плотность по кислороду
Mr (CхHy) = r ·22,4, где r абсолютная плотность (г/мл)
ПРИМЕР 1 Алкан имеет плотность паров по кислороду 2,25. Определить его относительную молекулярную массу.
Вычислить относительную молекулярную массу Mr(CхHy) по относительной плотности: Mr (CхHy) = DО2·32 ,
Mr (CхHy) = 2,25·32 = 72
Решение расчетных задач на вывод молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов
Задача 1. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.
1. Записать условие задачи.
https://pandia.ru/text/78/558/images/image002_199.jpg" width="220" height="54 src=">
3. Найти индексы х и y по отношению:
https://pandia.ru/text/78/558/images/image005_123.jpg" width="282" height="70 src=">
2. Найти массовую долю водорода:
https://pandia.ru/text/78/558/images/image007_103.jpg" width="303" height="41 src=">
следовательно, простейшая формула – C2H5.
4. Найти истинную формулу. Поскольку общая формула алканов СnH2n+2, то истинная формула – С4Н10.
Задания для самостоятельной работы
Решить задачи
1. Органическое вещество содержит 84,21% углерода и 15,79% водорода. Плотность паров вещества по воздуху 3,93. Определить формулу вещества.
2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%. Относительная плотность паров вещества – 2,59
3. Алкан имеет плотность паров по воздуху 4,414. Определить формулу алкана.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Габриелян. 10, 11 кл. – М., Дрофа. 2008.
2. , Фельдман -8, 9. М.: Просвещение, 1990;
3. Глинка химия. Л.: Химия, 1988;
4. Макареня химию. М.: Высшая школа, 1989;
5. Романцева задач и упражнений по общей химии. М.: Высшая школа, 1991.
