Rješavanje računskih zadataka za pronalaženje molekularne formule tvari. Kako odrediti molekularnu formulu organskog jedinjenja

Teorija za zadatak 35 sa Jedinstvenog državnog ispita iz hemije

Pronalaženje molekulske formule neke supstance

Pronalaženje kemijske formule tvari iz masenih udjela elemenata

Maseni udio elementa je omjer njegove mase i ukupne mase tvari u koju je uključen:

$W=(m(elementi))/(m(elementi))$

Maseni udio elementa ($W$) izražava se u dijelovima jedinice ili u postocima.

Problem 1. Elementarni sastav supstance je sledeći: maseni udeo gvožđa je 72,41%$, maseni udeo kiseonika je 27,59%$. Izvedite hemijsku formulu.

Dato:

$W(Fe)=72,41%=0,7241$

$W(O)=27,59%=0,2759$

Rješenje:

1. Za proračune odaberite masu oksida $m$(oksida)$=100$ g Tada će mase željeza i kisika biti sljedeće:

$m(Fe)=m_(oksid)·W(Fe); m(Fe)=100·0,7241=72,41$ g.

$m(O)=m_(oksid)·W(O); m(O)=100·0,2759=$27,59 g.

2. Količine gvožđa i kiseonika su jednake, respektivno:

$ν(Fe)=(m(Fe))/(M(Fe));ν(Fe)=(72.41)/(56)=1.29.$

$ν(O)=(m(O))/(M(O));ν(O)=(27.59)/(16)=1.72.$

3. Nađite odnos količine gvožđa i kiseonika:

$ν(Fe) : ν(O)=1.29: 1.72.$

Uzimamo manji broj kao $1 (1.29=1)$ i nalazimo:

$Fe: O=1: 1,33$.

4. Budući da formula mora sadržavati cijeli broj atoma, ovaj omjer smanjujemo na cijele brojeve:

$Fe: O=1: 1,33=2: 2,66=3·3,99=3: 4$.

5. Zamijenite pronađene brojeve i dobijete oksidnu formulu:

$Fe: O=3: 4$, tj. formula supstance je $Fe_3O_4$.

Odgovor: $Fe_3O_4$.

Pronalaženje kemijske formule tvari iz masenih udjela elemenata, ako je naznačena gustina ili relativna gustina date supstance u gasovitom stanju

Zadatak 2. Maseni udio ugljika u ugljovodoniku je 80%$. Relativna gustina ugljovodonika u odnosu na vodonik je 15$.

Dato:

Rješenje:

1. Označimo formulu supstance kao $C_(x)H_(y)$.

2. Pronađite broj molova atoma ugljika i vodika u $100$ g ovog jedinjenja:

$x=n(C); y=ν(H).$

$ν(C)=(m(C))/(M(C))=(80)/(12)=6.6;ν(H)=(m(H))/(M(H))=( 20)/(1)=20.$

1 način.

3. Odnos između atoma:

$x: y=6.6: 20=1: 3$, ili $2: 6$.

Najjednostavnija formula supstance je $CH_3$.

4. Odredite molekulsku masu ugljovodonika prema relativnoj gustini njegovih para.

$M_r$(supstanca)$=2D(H_2)=32D(O_2)=29D$(vazduh).

$M_x=2D(H_2)=2·15=30$ g/mol.

5. Izračunajte relativnu molekulsku težinu ugljikovodika koristeći najjednostavniju formulu:

$M_r(CH_3)=A_r(C)+3A_r(H)=12+3=15$.

6. Vrijednosti $M_x$ i $M_r$ se ne poklapaju, $M_r=(1)/(2)M_x$, stoga je formula ugljovodonika $C_2H_6$.

Provjerimo: $M_r(C_2H_6)=2A_r(C)+6A_r(H)=2·12+6·1=30$.

odgovor: Molekularna formula ugljikovodika $C_2H_6$ je etan.

Metoda 2.

3. Odnos između atoma:

$(x)/(y)=(6.6)/(20);(x)/(y)=(1)/(3.03);y=3.03x.$

5. Molarna masa se može predstaviti kao:

$M_r(C_xH_y)=A_r(C)_x+A_r(H)_y; M_r(C_xH_y)=12x+y$ ili $30=12x+1y$.

6. Rješavamo sistem od dvije jednačine sa dvije nepoznate:

$\(\table\ y=3.03x; \12x+y=30;$ $12x+3.03x=30;x=2;y=6.$

odgovor: formula $C_2H_6$ je etan.

Pronalaženje hemijske formule supstance na osnovu podataka o početnoj supstanci i produktima njenog sagorevanja (pomoću jednadžbe hemijske reakcije)

Zadatak 3. Nađite molekularnu formulu ugljovodonika sa gustinom od $1,97$ g/l, ako sagorevanje $4,4$ g u kiseoniku proizvodi $6,72$ l ugljen monoksida (IV) (n.s.) i $7,2$ g vode .

Dato:

$m(C_xH_y)=4,4$ g

$ρ(C_xH_y)=1,97$ g/l

$V(CO_2)=6,72$ l

$m(H_2O)=7,2$ g

Rješenje:

1. Napišimo dijagram jednačine sagorijevanja ugljovodonika

$(C_xH_y)↖(4,4g)+O_2→(CO_2)↖(6,72l)+(H_2O)↖(7,2g)$

2. Izračunajte molarnu masu $C_xH_y·M=ρ·V_m$,

$M=1,97$ g/l$·22,4$ l/mol$=44$ g/mol.

Relativna molekulska težina $M_r=44$.

3. Odredite količinu supstance:

$ν(C_xH_y)=(m)/(M)$ ili $ν(C_xH_y)=(4.4)/(44)=0.1$ mol.

4. Koristeći vrijednost molarne zapremine, nalazimo:

$ν(CO_2)=(m)/(M)$ ili $ν(H_2O)=(7.2)/(18)=0.4$ mol.

6. Dakle: $ν(C_xH_y) : ν(CO_2) : νH_2O=0.1$ mol $: 0.3$ mol $: 0.4$ mol ili $1: 3: 4$, što bi trebalo da odgovara koeficijentima u jednadžbi i omogućava vam odrediti broj atoma ugljika i vodika:

$C_xH_y+O_2→3CO+4H_2O$.

Konačni oblik jednačine je:

$C_3H_8+5O_2→3CO_2+4H_2O$.

odgovor: formula ugljovodonika $C_3H_8$ - propan.

U nekim problemima, elementarni sastav supstance koja se traži nije očigledan iz teksta uslova. Najčešće se radi o reakcijama sagorevanja organskih materija. Nesigurnost sastava obično je povezana s mogućnošću prisutnosti kisika u spaljenom materijalu. U prvom koraku rješavanja ovakvih problema potrebno je proračunom identificirati elementarni sastav željene tvari.

Problem 2.11.
Kao rezultat sagorevanja 1,74 g organskog jedinjenja, dobijeno je 5,58 g mešavine CO 2 i H 2 O, ispostavilo se da su količine CO 2 i H 2 O u ovoj smeši jednake. Odredite molekulsku formulu organskog jedinjenja ako je relativna gustina njegove pare u odnosu na kiseonik 1,8125.
Dato:
masa organskog jedinjenja: m org v.va = 1,74 g;
ukupna masa proizvoda rastvora: m(CO 2) + m(H 2 O) = 5,58 g;
omjer količina tvari u produktima otopine: n(CO 2) = n(H 2 O);
relativna gustina pare polazne supstance u odnosu na kiseonik: D(O 2) = 1,8125.
Pronađite: molekulska formula spaljenog spoja.
Rješenje:
Korak 1. Klasa izgorjelog organskog jedinjenja nije naznačena, tako da se o elementarnom sastavu može suditi samo po produktima reakcije. Ugljik i vodonik jasno su bili uključeni u sastav spaljene tvari, jer su ti elementi prisutni u produktima sagorijevanja, a u reakciji je sudjelovao samo kisik iz zraka. Štaviše, sav ugljik i sav vodonik su u potpunosti prebačeni iz originalne supstance u CO 2 i H 2 O. Možda je sastav željenog spoja uključivao i kisik.
Situacija sa prisustvom ili odsustvom kiseonika može se razjasniti korišćenjem podataka iz problematičnih stanja. Znamo masu spaljenog organskog jedinjenja i kvantitativne podatke,
vezano za proizvode. Očigledno, ako se pokaže da je ukupna masa ugljika iz CO 2 i vodika iz H 2 O jednaka masi izvorne organske tvari, tada u njenom sastavu nije bilo kisika. Inače, ako

m[(C)(u CO 2)] + m[(H)(u H 2 O)] > m org. in-va

kisik je bio dio originalne supstance, a njegova masa će biti određena razlikom:

m org. in-va – m(C)(u CO 2) – m(H)(u H 2 O) = m(O)(u originalnom in-ve).

Odredimo masu ugljika i vodika u produktima reakcije i usporedimo je s masom polazne tvari.
1. Uslov sadrži informaciju o ukupnoj masi produkta reakcije, te stoga, prije svega, trebamo identificirati mase svakog od proizvoda posebno. Da bismo to učinili, označimo količinu tvari formiranog ugljičnog dioksida vrijednošću " A" Zatim, prema uslovu:

n(CO 2) = n(H 2 O) = mol.

Koristeći poznatu vrijednost “a”, nalazimo masu CO 2 i H 2 O:

m(CO 2) = M(CO 2). n(CO 2) = (44. a) g,
m(H 2 O) = M(H 2 O). n(H 2 O) = (18. a) g.

Rezultirajuće izraze sumiramo i izjednačavamo sa vrijednošću ukupne mase produkta reakcije iz uvjeta:

(44 . A) + (18 . A) = 5,58.

Dobili smo matematičku jednačinu sa jednom nepoznatom. Rješavajući ga, nalazimo vrijednost nepoznate količine: A = 0,09.

Ovom vrijednošću smo označili količinu tvari svakog proizvoda:

n(CO 2) = n(H 2 O) = 0,09 mol.

2. Nađimo masu ugljika u CO2 koristeći algoritam:

n(SO 2) ---> n(S) (u CO 2) ---> m(S) (u CO 2)
n(C)(u CO2) = n(CO2) = 0,09 mol (prema indeksima u formuli).
m(C)(u CO2) = n(C)(u CO2). M(C) = 0,09. 12 = 1,08 g = m(C) (u originalnom obliku)

3. Nađimo masu vodika u rezultirajućoj vodi koristeći algoritam:

n(H 2 O) ---> n(H) (u H 2 O) ---> m(H) (u H 2 O)
n(H) (u H 2 O) > n(H 2 O) 2 puta (prema indeksima u formuli)
n(H)(u H 2 O) = 2. n(H 2 O) = 2. 0,09 = 0,18 mol
m(H)(u H2O) = n(H)(u H2O) . M(H) = 0,18. 1 = 0,18 g =m(N) (u originalnom obliku)

4. Uporedite ukupnu masu ugljika i vodika sa masom polazne supstance:

m(C)(u CO 2) + m(H)(u H 2 O) = 1,08 + 0,18 = 1,26 g;
m org. in-va = 1,74 g.
m(C)(u CO 2) + m(H)(u H 2 O) > m org. v.v-a,

stoga je kisik uključen u sastav originalne tvari.

m(O)(u originalu) = m org. in-va – m(C)(u CO 2) – m(H)(u H 2 O) = 1,74 -1,26 = 0,48 g.

5. Dakle, polazna supstanca sadrži: ugljenik, vodonik i kiseonik.
Dalje radnje neće se razlikovati od primjera prethodno razmatranih zadataka. Označimo željenu supstancu kao C x H y O z.

Korak 2. Nacrtajmo dijagram reakcije sagorevanja:

C x N y O z . + O 2 ---> CO 2 + H 2 O

Korak 3. Odredimo odnos količina supstance ( n) ugljenik, vodonik i kiseonik u originalnom uzorku organske materije. Već smo u prvom koraku odredili količinu tvari ugljika i vodika.
Količine supstance ( n) kiseonika ćemo naći iz podataka o njegovoj masi:

Korak 4. Pronalazimo najjednostavniju formulu:

N(C) : N(H) : N(O) = 0,09: 0,18: 0,03

Odaberemo najmanju vrijednost (u ovom slučaju "0,03") i podijelimo sva tri broja s njom:

Dobili smo skup najmanjih cijelih brojeva:

N(C) : N(H) : N(O) = 3: 6:1

Ovo omogućava pisanje najjednostavnije formule: C 3 H 6 O 1

Korak 5. Otkrivanje prave formule.
Na osnovu podataka o relativnoj gustini pare željene supstance u odnosu na kiseonik, određujemo pravu molarnu masu:

M istina = D(O 2) . M(O2) = 1,8125. 32 = 58 g/mol.

Odredimo vrijednost molarne mase za najjednostavniju formulu:

M je jednostavno. = 3,12 + 6. 1 +1 . 16 = 58 g/mol.

M je jednostavno. = M tačno. stoga je najjednostavnija formula istinita.

C 3 H 6 O je molekulska formula spaljene supstance.

odgovor: C 3 H 6 O.

Ako znamo hemijsku formulu supstance, onda je dovoljno jednostavno izračunati relativne mase svakog elementa u njoj.

Očigledno se mogu razlikovati dvije glavne vrste računskih problema zasnovanih na obrascima st hemijske supstance. Prvo, znajući atomske mase svakog elementa, možete izračunati njihovu ukupnu masu po molu tvari i odrediti postotak svakog elementa. Drugo, možete riješiti inverzni problem: pronaći hemijsku formulu na osnovu datog procenta elemenata u tvari (na osnovu podataka kemijske analize)

Pogledajmo nekoliko primjera.

Primjer 1. Izračunajte procentualne masene udjele svakog elementa u fosfornoj kiselini.
Rješenje. Znajući relativne atomske mase svakog elementa, izračunavamo njihov zbir za H 3 PO 4:

M r (N 3 P0 4) = 3A r (N) + A r (P) + 4A r (0) = 3. 1 + 31 + 16 . 4 = 98. Tada je, na primjer, sadržaj vodonika

Primjer 2. Gvožđe sa kiseonikom stvara tri oksida. Jedan od njih sadrži 77,8% gvožđa, drugi - 70,0 i treći - 72,4%. Odredite formule oksida.

Rješenje. Napišimo formulu željeznog oksida u opštem slučaju: F x O y . Hajde da nađemo vezu x:y i, dovodeći do cjelobrojnog omjera, određujemo formule oksida.

1. Eksperimentalno je utvrđeno da određena supstanca molarne mase 116 g/mol sadrži 23±2% dušika. Potrebno je razjasniti procenat azota.

2. Hemijska analiza jedinjenja azot-vodonik relativne molekulske težine 32 pokazala je da je maseni udio azota u jedinjenju 66%. Dokažite da su rezultati analize netačni.

3. Odredite formulu supstance koja sadrži 1,22 mase. delova kalijuma, 1,11 mas. dijelova hlora i 2,00 mas. delova kiseonika. Postoje li druge supstance istog kvalitativnog sastava? Šta možete reći (jezikom formula) o njihovom kvantitativnom sastavu?

4. Neki metalni hloridi sadrže 74,7% hlora; identificirati nepoznati metal.

5. Sol koja sadrži neki element X ima sljedeći maseni omjer elemenata
X: H: N: O = 12: 5: 14: 48. Koja je formula ove soli?

6. Sredinom 19. vijeka. Uranijumu su dodijeljene sljedeće vrijednosti atomske mase: 240 (Mendeljejev), 180 (Armstrong), 120 (Berzelius). Ove vrijednosti su dobijene na osnovu rezultata hemijske analize uranijum katrana (jedan od uranijum oksida), koja je pokazala da sadrži 84,8% uranijuma i 15,2% kiseonika. Koju su formulu ovom oksidu pripisali Mendeljejev, Armstrong i Berzelius?

7. Neki alum (kristalni hidrati sastava A 1 + B 3 + (SO 4) 2. 12H 2 O) sadrže 51,76% kiseonika i 4,53% vodonika. Odredite formulu stipse.

8. Jedinjenje sadrži vodonik (maseni udio - 6,33%), ugljik (maseni udio - 15,19%), kisik (maseni udio - 60,76%) i još jedan element čiji je broj atoma u molekuli jednak broju ugljika. atomi. Odredite kakva je to jedinjenja, kojoj klasi pripada i kako se ponaša kada se zagrije.

1. 23% azota je

Supstanca može sadržavati samo cijeli broj atoma dušika (relativna masa 14). To znači da masa dušika u jednom molu tvari mora biti višestruka od 14. Dakle, 116 g tvari mora sadržavati 14n (g) dušika (14, 28, 42, 56, itd.). Broj najbliži 26,7 (višestruki od 14) je 28. Maseni udio dušika u tvari je jednak

2 . Ako je hemijska analiza pravilno obavljena, onda molekul ovog azotno-vodikovog jedinjenja treba da sadrži

Broj atoma u molekulu ne može biti razlomak, pa je analiza izvršena pogrešno.

3. Da bismo pronašli kvantitativni sastav, dijelimo masene dijelove elemenata na njihove relativne atomske mase

tj. formula željene supstance je KC1O 4 (kalijum perhlorat).

Isti elementi sadrže kalijum hipohlorit KClO, kalijum hlorit KClO 2, kalijum hlorat KClO 3.

Titanijum ili magnezijum.

Hemija, dio C. Problem C5. Određivanje formula organskih supstanci.

Vrste zadataka u zadatku C5.

Određivanje formule tvari prema masenim udjelima kemijskih elemenata ili općoj formuli tvari;

Određivanje formule tvari na bazi produkata izgaranja;

Određivanje formule supstance na osnovu njenih hemijskih svojstava.

Neophodne teorijske informacije.

Maseni udio elementa u tvari. Maseni udio elementa je njegov sadržaj u tvari kao postotak mase. Na primjer, tvar sastava C 2 H 4 sadrži 2 atoma ugljika i 4 atoma vodika. Ako uzmemo 1 molekul takve supstance, tada će njena molekulska težina biti jednaka: Mr(C 2 H 4) = 2 12 + 4 1 = 28 amu. i sadrži 2 12 amu. ugljenik. Da bismo pronašli maseni udio ugljika u ovoj tvari, njegovu masu moramo podijeliti s masom cijele tvari: ω(C) = 12 2 / 28 = 0,857 ili 85,7%. Ako supstanca ima opću formulu C x H y O z, tada su maseni udjeli svakog od njihovih atoma također jednaki omjeru njihove mase i mase cijele tvari. x masa C atoma je -12x, masa H atoma je y, masa z atoma kiseonika je 16z. Tada je ω(C) = 12 x / (12x + y + 16z) Ako ovu formulu zapišemo u opštem obliku, dobićemo sledeći izraz:

Molekularna i najjednostavnija formula tvari. Primjeri.

Relativna gustina gasa X prema gasu Y - D prema (X). Relativna gustina D je vrijednost koja pokazuje koliko je puta plin X teži od plina Y. Izračunava se kao omjer molarnih masa plinova X i Y: D prema Y (X) = M(X) / M(Y ) Često se koristi za proračune relativne gustine gasova za vodonik i vazduh. Relativna gustina gasa X prema vodoniku: D prema H2 = M (gas X) / M (H2) = M (gas X) / 2 Vazduh je mešavina gasova, pa se za njega može izračunati samo prosečna molarna masa. Njegova vrijednost se uzima kao 29 g/mol (na osnovu približnog prosječnog sastava). Dakle: D vazduhom. = M (gas X) / 29

Apsolutna gustina gasa u normalnim uslovima. Apsolutna gustina gasa je masa 1 litra gasa u normalnim uslovima. Obično se za plinove mjeri u g/l. ρ = m (gas) / V (gas) Ako uzmemo 1 mol gasa, onda je: ρ = M / V m, a molarna masa gasa se može naći množenjem gustine sa molarnom zapreminom.

Opće formule tvari različitih klasa.

Određivanje formula tvari prema masenim udjelima atoma uključenih u njegov sastav.

Rješenje ovakvih problema sastoji se iz dva dijela:

Prvo se pronalazi molarni omjer atoma u tvari - odgovara njegovoj najjednostavnijoj formuli. Na primjer, za supstancu sastava A x B y, odnos količina supstanci A i B odgovara omjeru broja njihovih atoma u molekuli: x: y = n(A) : n(B) ;

zatim se pomoću molarne mase supstance određuje njena prava formula.

Primjer 1. Odredi formulu supstance ako sadrži 84,21% C i 15,79% H i ima relativnu gustinu u vazduhu 3,93.

Primjer 1 rješenje.

Neka masa supstance bude 100 g. Tada će masa C biti jednaka 84,21 g, a masa H će biti 15,79 g.

Nađimo količinu supstance svakog atoma: ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 mol, ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 mol.

Određujemo molarni odnos C i H atoma: C: H = 7,0175: 15,79 (smanjimo oba broja za manji broj) = 1: 2,25 (pomnožimo sa 4) = 4: 9. Dakle, najjednostavnija formula je C 4 N 9.

Koristeći relativnu gustinu, izračunavamo molarnu masu: M = D (vazduh) 29 = 114 g/mol. Molarna masa koja odgovara najjednostavnijoj formuli C 4 H 9 je 57 g/mol, što je 2 puta manje od prave molarne mase. To znači da je prava formula C 8 H 18.

Postoji mnogo jednostavnija metoda za rješavanje ovog problema, ali, nažalost, neće dobiti pune ocjene. Ali je pogodan za provjeru prave formule, tj. možete ga koristiti da provjerite svoje rješenje. Metoda 2: Pronalazimo pravu molarnu masu (114 g/mol), a zatim pronalazimo mase atoma ugljika i vodika u ovoj tvari prema njihovim masenim udjelima. m(C) = 114 0,8421 = 96; one. broj C atoma 96/12 = 8 m(H) = 114 0,1579 = 18; tj. broj atoma H 18/1 = 18. Formula supstance je C 8 H 18.

Odgovor: C 8 H 18.

Primjer 2. Odredite formulu alkina gustine 2,41 g/l u normalnim uslovima.

Rješenje primjera 2. Opšta formula alkina je C n H 2n−2 Kako, s obzirom na gustinu gasovitog alkina, možemo pronaći njegovu molarnu masu? Gustina ρ je masa 1 litre gasa u normalnim uslovima. Pošto 1 mol supstance zauzima zapreminu od 22,4 litara, potrebno je saznati koliko teži 22,4 litara takvog gasa: M = (gustina ρ) (molarni volumen V m) = 2,41 g/l 22,4 l/mol = 54 g/mol. Zatim, napravimo jednačinu koja povezuje molarnu masu i n: 14 n − 2 = 54, n = 4. To znači da alkin ima formulu C 4 H 6.

Odgovor: C 4 H 6.

Primjer 3. Odredi formulu zasićenog aldehida ako je poznato da 3 10 22 molekula ovog aldehida teže 4,3 g.

Rješenje primjera 3. U ovom zadatku je dat broj molekula i odgovarajuća masa. Na osnovu ovih podataka moramo ponovo pronaći molarnu masu supstance. Da biste to učinili, morate zapamtiti koliko molekula se nalazi u 1 molu tvari. Ovo je Avogadrov broj: N a = 6,02 10 23 (molekula). To znači da možemo pronaći količinu aldehidne supstance: ν = N / Na = 3 10 22 / 6,02 10 23 = 0,05 mol, a molarnu masu: M = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 g/mol. Zatim, kao iu prethodnom primjeru, sastavljamo jednačinu i nalazimo n. Opšta formula zasićenog aldehida je C n H 2n O, odnosno M = 14n + 16 = 86, n = 5.

Odgovor: C 5 H 10 O, pentanal.

Primjer 4. Odredite formulu dihloroalkana koji sadrži 31,86% ugljika.

Rješenje primjera 4. Opšta formula dihloroalkana je: C n H 2n Cl 2, ima 2 atoma hlora i n atoma ugljika. Tada je maseni udio ugljika jednak: ω(C) = (broj C atoma u molekuli) (atomska masa C) / (molekulska masa dihloroalkana) 0,3186 = n 12 / (14n + 71) n = 3 , supstanca je dihloropropan.

Odgovor: C 3 H 6 Cl 2, dihloropropan.

Određivanje formula supstanci na bazi produkata sagorevanja.

U problemima sagorijevanja, količina elementarnih tvari uključenih u tvar koja se proučava određena je zapreminama i masama produkata izgaranja - ugljičnog dioksida, vode, dušika i drugih. Ostatak rješenja je isti kao kod prve vrste problema.

Primjer 5. Izgorjelo je 448 ml (n.s.) plinovitog zasićenog necikličkog ugljovodonika, a produkti reakcije su propušteni kroz višak vapnene vode, što je rezultiralo stvaranjem 8 g taloga. Koji je ugljovodonik uzet?

Rješenje primjera 5.

Opšta formula gasovitog zasićenog necikličkog ugljovodonika (alkana) je C n H 2n+2 Tada shema reakcije sagorevanja izgleda ovako: C n H 2n+2 + O 2 → CO 2 + H 2 O. Lako je vidjeti da kada se sagori 1 mol alkana, oslobađa se n molova ugljičnog dioksida. Količinu alkanske supstance nalazimo po njenoj zapremini (ne zaboravite da pretvorite mililitre u litre!): ν(C n H 2n+2) = 0,488 / 22,4 = 0,02 mol.

Kada se ugljen dioksid propušta kroz krečnu vodu, Ca(OH) 2, formira se talog kalcijum karbonata: CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + H 2 O Masa taloga kalcijum karbonata je 8 g, molarna masa kalcijum karbonata je 100 g/mol. To znači da je njegova količina supstance ν(CaCO 3) = 8 / 100 = 0,08 mol. Količina tvari ugljičnog dioksida je također 0,08 mol.

Količina ugljičnog dioksida je 4 puta veća od alkana, što znači da je formula alkana C 4 H 10.

Odgovor: C 4 H 10.

Primjer 6. Relativna gustina pare organskog jedinjenja u odnosu na azot je 2. Kada se sagori 9,8 g ovog jedinjenja, formira se 15,68 litara ugljen-dioksida (NO) i 12,6 g vode. Izvedite molekularnu formulu organskog jedinjenja.

Rješenje primjera 6. Budući da se tvar pri sagorijevanju pretvara u ugljični dioksid i vodu, to znači da se sastoji od atoma C, H i, moguće, O. Stoga se njena opća formula može napisati kao C x H y O z.

Možemo napisati shemu reakcije sagorijevanja (bez sređivanja koeficijenata): C x H y O z + O 2 → CO 2 + H 2 O Sav ugljik iz polazne tvari prelazi u ugljični dioksid, a sav vodonik u vodu.

Pronalazimo količine supstanci CO 2 i H 2 O i određujemo koliko molova C i H atoma sadrže: ν(CO 2) = V / V m = 15,68 / 22,4 = 0,7 mol. Za jedan molekul CO 2 postoji jedan atom C, što znači da postoji onoliko molova ugljika koliko i CO 2 .

ν(C) = 0,7 mol ν(H 2 O) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 mol.

Jedan molekul vode sadrži dva atom H, označava količinu vodonika duplo više nego voda. ν(H) = 0,7 2 = 1,4 mol.

Provjeravamo prisustvo kisika u tvari. Da bi se to uradilo, mase C i H moraju se oduzeti od mase cele početne supstance m(C) = 0,7 12 = 8,4 g, m(H) = 1,4 1 = 1,4 g Masa cele supstance je. 9,8 g m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, tj. u ovoj supstanci nema atoma kiseonika. Kada bi u datoj supstanci bio prisutan kiseonik, onda bi po njegovoj masi bilo moguće pronaći količinu supstance i izračunati najjednostavniju formulu na osnovu prisustva tri različita atoma.

Sljedeći koraci su vam već poznati: traženje najjednostavnijih i istinitih formula. C: H = 0,7: 1,4 = 1: 2 Najjednostavnija formula je CH 2.

Pravu molarnu masu tražimo prema relativnoj gustini gasa u poređenju sa azotom (ne zaboravite da se azot sastoji od dijatomski molekuli N 2 i njegova molarna masa 28 g/mol): M izvor. = D sa N2 M (N2) = 2 28 = 56 g/mol. Prava formula je CH 2, njegova molarna masa je 14. 56 / 14 = 4. Prava formula je C 4 H 8.

Odgovor: C 4 H 8.

Primjer 7. Odredite molekulsku formulu tvari čijim sagorijevanjem 9 g nastaje 17,6 g CO 2, 12,6 g vode i dušika. Relativna gustina ove supstance u odnosu na vodonik je 22,5. Odredite molekulsku formulu supstance.

Rješenje primjera 7.

Supstanca sadrži atome C, H i N Pošto masa dušika u produktima sagorijevanja nije data, morat će se izračunati na osnovu mase svih organskih tvari. Šema reakcije sagorevanja: C x H y N z + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2

Pronalazimo količine tvari CO 2 i H 2 O i određujemo koliko molova C i H atoma sadrže:

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

Pronađite masu dušika u početnoj tvari. Da biste to učinili, mase C i H moraju se oduzeti od mase cijele polazne tvari.

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

Masa ukupne supstance je 9,8 g.

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

C: H: N = 0,4: 1,4: 0,2 = 2: 7: 1 Najjednostavnija formula je C 2 H 7 N. Prava molarna masa M = D prema H2 M(H 2) = 22,5 2 = 45 g/mol. Poklapa se s molarnom masom izračunatom za najjednostavniju formulu. To jest, ovo je prava formula supstance.

Odgovor: C 2 H 7 N.

Primjer 8. Supstanca sadrži C, H, O i S. Sagorevanjem 11 g CO 2 oslobođeno je 8,8 g CO 2, 5,4 g H 2 O, a sumpor je u potpunosti pretvoren u barijum sulfat, čija se masa ispostavila kao biti 23,3 g Odrediti formulu supstance.

Rješenje primjera 8. Formula date supstance može se predstaviti kao C x H y S z O k. Kada se sagori, proizvodi ugljični dioksid, vodu i sumpor dioksid, koji se zatim pretvara u barij sulfat. U skladu s tim, sav sumpor iz izvorne tvari pretvara se u barij sulfat.

Pronalazimo količine tvari ugljičnog dioksida, vode i barij sulfata i odgovarajućih kemijskih elemenata iz ispitivane tvari:

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

Izračunavamo procijenjenu masu kisika u početnoj tvari:

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

Nalazimo molarni odnos elemenata u supstanci: C: H: S: O = 0,2: 0,6: 0,1: 0,3 = 2: 6: 1: 3 Formula supstance je C 2 H 6 SO 3. Treba napomenuti da smo na ovaj način dobili samo najjednostavniju formulu. Međutim, rezultirajuća formula je tačna, jer kada se pokuša udvostručiti ovu formulu (C 4 H 12 S 2 O 6), ispada da za 4 atoma ugljika, osim sumpora i kisika, postoji 12 atoma H, a ovo je nemoguće.

Odgovor: C 2 H 6 SO 3.

Određivanje formula supstanci na osnovu njihovih hemijskih svojstava.

Primjer 9. Odredite formulu alkadiena ako ga 80 g 2% otopine broma može obezbojiti.

Rješenje primjera 9.

Opšta formula alkadiena je C n H 2n−2. Napišimo jednačinu za reakciju dodavanja broma alkadienu, ne zaboravljajući da je u molekuli diena dvije dvostruke veze i, shodno tome, 2 mola broma će reagovati sa 1 molom diena: C n H 2n−2 + 2Br 2 → C n H 2n−2 Br 4

Budući da problem daje masenu i postotnu koncentraciju otopine broma koja je reagirala s dienom, možemo izračunati količinu izreagovane tvari broma:

m(Br 2) = m rastvor ω = 80 0,02 = 1,6 g ν(Br 2) = m / M = 1,6 / 160 = 0,01 mol.

Pošto je količina broma koja je reagovala 2 puta veća od alkadiena, možemo pronaći količinu diena i (pošto je njegova masa poznata) njegovu molarnu masu:

		C n H 2n−2 Br 4

1. M dien = m / ν = 3,4 / 0,05 = 68 g/mol.

   Pronalazimo formulu alkadiena koristeći njegove opšte formule, izražavajući molarnu masu u terminima n:

14n − 2 = 68 n = 5.

Ovo je pentadien C5H8.

Odgovor: C 5 H 8.

Primjer 10. Kada je 0,74 g zasićenog monohidričnog alkohola stupilo u interakciju sa metalnim natrijumom, oslobađao se vodonik u količini dovoljnoj da hidrogenira 112 ml propena (n.o.). Kakav je ovo alkohol?

Rješenje primjera 10.

Formula zasićenog monohidričnog alkohola je C n H 2n+1 OH. Ovdje je zgodno zapisati alkohol u obliku u kojem je lako konstruirati jednačinu reakcije – tj. sa posebnom OH grupom.

Kreirajmo jednadžbe reakcija (ne smijemo zaboraviti na potrebu izjednačavanja reakcija):

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

Možete pronaći količinu propena, a iz njega - količinu vodonika. Znajući količinu vodika, nalazimo količinu alkohola iz reakcije:

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

Pronađite molarnu masu alkohola i n:

M alkohol = m / ν = 0,74 / 0,01 = 74 g/mol, 14n + 18 = 74 14n = 56 n = 4.

Alkohol - butanol C 4 H 7 OH.

Odgovor: C 4 H 7 OH.

Primjer 11. Odredi formulu estera, hidrolizom 2,64 g od čega se oslobađa 1,38 g alkohola i 1,8 g jednobazne karboksilne kiseline.

Rješenje primjera 11.

Opšta formula estera koji se sastoji od alkohola i kiseline sa različitim brojem atoma ugljika može se predstaviti na sljedeći način: C n H 2n+1 COOC m H 2m+1 Prema tome, alkohol će imati formulu C m H 2m +1 OH, a kiselina C n H 2n+1 COOH. Jednačina hidrolize estera: 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

Prema zakonu održanja mase supstanci, zbir masa polaznih supstanci i zbir masa produkta reakcije su jednaki. Dakle, iz podataka problema možete pronaći masu vode:

m H2O = (masa kiseline) + (masa alkohola) − (masa etra) = 1,38 + 1,8 − 2,64 = 0,54 g ν H2O = m / M = 0,54 / 18 = 0,03 mol

U skladu s tim, količine kiselih i alkoholnih supstanci su također jednake molovima. Možete pronaći njihove molarne mase:

M kiselina = m / ν = 1,8 / 0,03 = 60 g/mol, M alkohol = 1,38 / 0,03 = 46 g/mol.

Dobijamo dvije jednadžbe iz kojih nalazimo m i n:

M CnH2n+1COOH = 14n + 46 = 60, n = 1 - sirćetna kiselina M CmH2m+1OH = 14m + 18 = 46, m = 2 - etanol.

Dakle, estar koji tražimo je etil ester sirćetne kiseline, etil acetat.

Odgovor: CH 3 COOC 2 H 5.

Primjer 12. Odredite formulu aminokiseline ako se izlaganjem 8,9 g te kiseline sa viškom natrijevog hidroksida može dobiti 11,1 g natrijeve soli te kiseline.

Rješenje primjera 12.

Opšta formula aminokiseline (pod pretpostavkom da ne sadrži druge funkcionalne grupe osim jedne amino grupe i jedne karboksilne grupe): NH 2 –CH(R)–COOH. Može se napisati na različite načine, ali radi lakšeg pisanja jednadžbe reakcije, bolje je odvojeno odvojiti funkcionalne grupe u formuli aminokiselina.

Možete napraviti jednadžbu za reakciju ove amino kiseline sa natrijum hidroksidom: NH 2 –CH(R)–COOH + NaOH → NH 2 –CH(R)–COONa + H 2 O Količine aminokiseline i njenog natrijuma soli su jednake. Međutim, ne možemo pronaći masu bilo koje od tvari u jednadžbi reakcije. Stoga je u takvim zadacima potrebno količine tvari aminokiseline i njene soli izraziti kroz molarne mase i izjednačiti ih:

M(aminokiseline NH 2 –CH(R)–COOH) = 74 + M R M(soli NH 2 –CH(R)–COONa) = 96 + M R ν aminokiseline = 8,9 / (74 + M R), ν sol = 11,1 / (96 + M R) 8,9 / (74 + M R) = 11,1 / (96 + M R) M R = 15

Lako je vidjeti da je R = CH 3. To se može uraditi matematički ako pretpostavimo da je R - C n H 2n+1. 14n + 1 = 15, n = 1. Ovo je alanin - aminopropanoična kiselina.

Odgovor: NH 2 –CH(CH 3)–COOH.

Problemi za samostalno rješavanje.

Dio 1. Određivanje formule tvari po sastavu.

1–1. Gustina ugljovodonika u normalnim uslovima je 1,964 g/l. Maseni udio ugljenika u njemu je 81,82%. Izvedite molekularnu formulu ovog ugljikovodika.

1–2. Maseni udio ugljenika u dijaminu je 48,65%, maseni udio dušika 37,84%. Izvedite molekularnu formulu diamina.

1–3. Relativna gustina pare zasićene dvobazne karboksilne kiseline u vazduhu je 4,07. Izvedite molekularnu formulu karboksilne kiseline.

1–4. 2 litre alkadiena na br. ima masu od 4,82 g. Izvedite molekularnu formulu alkadiena.

1–5. (Jedinstveni državni ispit 2011.) Uspostavite formulu za zasićenu jednobazičnu karboksilnu kiselinu, čija kalcijeva sol sadrži 30,77% kalcija.

Dio 2. Određivanje formule tvari na bazi produkata sagorijevanja.

2–1. Relativna gustina pare organskog jedinjenja za sumpor-dioksid je 2. Kada se sagori 19,2 g ove supstance, nastaje 52,8 g ugljen-dioksida (n.s.) i 21,6 g vode. Izvedite molekularnu formulu organskog jedinjenja.

2–2. Sagorevanjem organske materije težine 1,78 g u višku kiseonika dobijeno je 0,28 g azota, 1,344 l (n.s.) CO 2 i 1,26 g vode. Odredite molekulsku formulu supstance, znajući da navedeni uzorak supstance sadrži 1,204 10 22 molekula.

2–3. Ugljen-dioksid dobijen sagorevanjem 3,4 g ugljovodonika propušten je kroz višak rastvora kalcijum hidroksida da bi se dobilo 25 g sedimenta. Izvedite najjednostavniju formulu za ugljovodonik.

2–4. Prilikom sagorevanja organske materije koja sadrži C, H i hlor, oslobođeno je 6,72 litara (n.s.) ugljen-dioksida, 5,4 g vode i 3,65 g hlorovodonika. Odredite molekulsku formulu izgorjele tvari.

2–5. (Jedinstveni državni ispit 2011.) Kada je amin izgorio, oslobođeno je 0,448 l (n.s.) ugljičnog dioksida, 0,495 g vode i 0,056 l dušika. Odredite molekulsku formulu ovog amina.

Dio 3. Određivanje formule supstance na osnovu njenih hemijskih svojstava.

3–1. Odredite formulu alkena ako je poznato da 5,6 g tog alkena kada se doda sa vodom stvara 7,4 g alkohola.

3–2. Za oksidaciju 2,9 g zasićenog aldehida u kiselinu bilo je potrebno 9,8 g bakar (II) hidroksida. Odredite formulu aldehida.

3–3. Jednobazna monoamino kiselina težine 3 g sa viškom bromovodonika formira 6,24 g soli. Odredite formulu aminokiselina.

3–4. Kada je zasićeni dvoatomski alkohol težine 2,7 g stupio u interakciju sa viškom kalijuma, oslobođeno je 0,672 litara vodonika. Odredite formulu alkohola.

3–5. (Jedinstveni državni ispit 2011.) Oksidacijom zasićenog monohidričnog alkohola bakar (II) oksidom dobijeno je 9,73 g aldehida, 8,65 g bakra i vode. Odredite molekulsku formulu ovog alkohola.

Odgovori i komentari na probleme za samostalno rješavanje.

1–1. C 3 H 8

1–2. C 3 H 6 (NH 2) 2

1–3. C2H4(COOH)2

1–5. (HCOO) 2 Ca - kalcijum format, so mravlje kiseline

2–1. C 8 H 16 O

2–2. C 3 H 7 BR

2–3. C 5 H 8 (masu vodika nalazimo oduzimanjem mase ugljika od mase ugljovodonika)

2–4. C 3 H 7 Cl (ne zaboravite da se atomi vodika nalaze ne samo u vodi, već iu HCl)

2–5. C4H11N

3–1. C 4 H 8

3–2. C 3 H 6 O

3–3. C 2 H 5 NO 2

3–4. C4H8(OH)2