Riešenie výpočtových úloh na nájdenie molekulového vzorca látky. Ako určiť molekulárny vzorec organickej zlúčeniny

Teória k úlohe 35 z Jednotnej štátnej skúšky z chémie

Nájdenie molekulového vzorca látky

Zistenie chemického vzorca látky z hmotnostných zlomkov prvkov

Hmotnostný zlomok prvku je pomer jeho hmotnosti k celkovej hmotnosti látky, v ktorej je zahrnutý:

$W=(m(prvky))/(m(prvky))$

Hmotnostný zlomok prvku ($W$) je vyjadrený v zlomkoch jednotky alebo v percentách.

Úloha 1. Elementárne zloženie látky je nasledovné: hmotnostný podiel železa je 72,41 %$, hmotnostný podiel kyslíka je 27,59 %$. Odvoďte chemický vzorec.

Vzhľadom na to:

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

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

Riešenie:

1. Pre výpočty zvoľte hmotnosť oxidu $m$(oxid)$=100$ g Potom budú hmotnosti železa a kyslíka nasledovné:

$m(Fe)=m_(oxid)·W(Fe); m(Fe) = 100.0,7241 = 72,41 $ g.

$m(0)=m_(oxid)-W(0); m(0)=100.0,2759=$27,59 g.

2. Množstvo látok železa a kyslíka je rovnaké:

$ν(Fe)=(m(Fe))/(M(Fe));ν(Fe)=(72,41)/(56)=1,29,$

$v(O)=(m(O))/(M(O));V(O)=(27,59)/(16)=1,72,$

3. Nájdite pomer množstva látok železa a kyslíka:

$ν(Fe): v(O)=1,29: 1,72,$

Menšie číslo berieme ako $1 (1,29=1)$ a zistíme:

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

4. Keďže vzorec musí obsahovať celý počet atómov, znížime tento pomer na celé čísla:

$Fe: O = 1: 1,33 = 2: 2,66 = 3 - 3,99 = 3: 4 $.

5. Dosaďte nájdené čísla a získajte vzorec oxidu:

$Fe: O=3: 4$, t.j. vzorec látky je $Fe_3O_4$.

Odpoveď: $Fe_3O_4$.

Nájdenie chemického vzorca látky z hmotnostných zlomkov prvkov, ak je uvedená hustota alebo relatívna hustota danej látky v plynnom stave

Úloha 2. Hmotnostný podiel uhlíka v uhľovodíku je 80 % $. Relatívna hustota uhľovodíka vzhľadom na vodík je 15 $.

Vzhľadom na to:

Riešenie:

1. Označme vzorec látky ako $C_(x)H_(y)$.

2. Nájdite počet mólov atómov uhlíka a vodíka v 100 $ g tejto zlúčeniny:

$x=n(C); y=v(H).$

$v(C)=(m(C))/(M(C))=(80)/(12)=6,6; v(H)=(m(H))/(M(H))=( 20)/(1) = 20,$

1 spôsob.

3. Vzťah medzi atómami:

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

Najjednoduchší vzorec látky je $CH_3$.

4. Určte molekulovú hmotnosť uhľovodíka podľa relatívnej hustoty jeho pár.

$M_r$(látka)$=2D(H_2)=32D(O_2)=29D$(vzduch).

$M_x=2D(H_2)=2-15=30$ g/mol.

5. Vypočítajte relatívnu molekulovú hmotnosť uhľovodíka pomocou najjednoduchšieho vzorca:

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

6. Hodnoty $M_x$ a $M_r$ sa nezhodujú, $M_r=(1)/(2)M_x$, preto je uhľovodíkový vzorec $C_2H_6$.

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

odpoveď: Molekulový vzorec uhľovodíka $C_2H_6$ je etán.

Metóda 2.

3. Vzťah medzi atómami:

$(x)/(y)=(6,6)/(20);(x)/(y)=(1)/(3,03);y=3,03x.$

5. Molárna hmotnosť môže byť vyjadrená ako:

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

6. Riešime sústavu dvoch rovníc s dvoma neznámymi:

$\(\table\ y=3,03x; \12x+y=30;$12x+3,03x=30;x=2;y=6,$

odpoveď: vzorec $C_2H_6$ je etán.

Nájdenie chemického vzorca látky na základe údajov o východiskovej látke a produktoch jej horenia (pomocou rovnice chemickej reakcie)

Úloha 3. Nájdite molekulárny vzorec uhľovodíka s hustotou 1,97 $ g/l, ak jeho spálením 4,4 $ g v kyslíku vznikne 6,72 $ l oxidu uhoľnatého (IV) (n.s.) a 7,2 $ g vody .

Vzhľadom na to:

$m(C_xH_y) = 4,4 $ g

$ρ(C_xH_y)=1,97 $ g/l

$ V(CO_2) = 6,72 $ l

$m(H_20)=7,2$ g

Riešenie:

1. Napíšme schému rovnice spaľovania uhľovodíkov

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

2. Vypočítajte molárnu hmotnosť $C_xH_y·M=ρ·V_m$,

$M=1,97$ g/l$·22,4$ l/mol$=44$ g/mol.

Relatívna molekulová hmotnosť $M_r=44$.

3. Určte látkové množstvo:

$ν(C_xH_y)=(m)/(M)$ alebo $ν(C_xH_y)=(4,4)/(44)=0,1$ mol.

4. Pomocou hodnoty molárneho objemu zistíme:

$v(CO_2)=(m)/(M)$ alebo $ν(H_20)=(7,2)/(18)=0,4$ mol.

6. Preto: $ν(C_xH_y) : ν(CO_2) : νH_2O=0,1$ mol $: 0,3$ mol $: 0,4$ mol alebo $1: 3: 4$, čo by malo zodpovedať koeficientom v rovnici a umožňuje vám na určenie počtu atómov uhlíka a vodíka:

$C_xH_y+O_2→3CO+4H_2O$.

Konečný tvar rovnice je:

$C_3H_8+5O_2→3CO_2+4H_2O$.

odpoveď: uhľovodíkový vzorec $C_3H_8$ - propán.

V niektorých problémoch nie je z textu podmienky zrejmé elementárne zloženie hľadanej látky. Najčastejšie ide o spaľovacie reakcie organických látok. Neistota zloženia je zvyčajne spojená s možnosťou prítomnosti kyslíka v spaľovanom materiáli. V prvom kroku riešenia takýchto problémov je potrebné výpočtom identifikovať elementárne zloženie požadovanej látky.

Problém 2.11.
Spálením 1,74 g organickej zlúčeniny sa získalo 5,58 g zmesi C02 a H20. Množstvo látok C02 a H20 v tejto zmesi bolo rovnaké. Určte molekulový vzorec organickej zlúčeniny, ak relatívna hustota jej pár vzhľadom na kyslík je 1,8125.
Vzhľadom na to:
hmotnosť organickej zlúčeniny: m org v.va = 1,74 g;
celková hmotnosť produktov roztoku: m(C02) + m(H20) = 5,58 g;
pomer množstiev látok v produktoch roztoku: n(C02) = n(H20);
relatívna hustota pár východiskovej látky vzhľadom na kyslík: D(O 2) = 1,8125.
Nájsť: molekulový vzorec spálenej zlúčeniny.
Riešenie:
Krok 1. Trieda spálenej organickej zlúčeniny nie je uvedená, takže elementárne zloženie možno posúdiť iba podľa produktov reakcie. Uhlík a vodík boli jednoznačne zahrnuté v zložení spálenej látky, pretože tieto prvky sú prítomné v produktoch spaľovania a na reakcii sa podieľal iba kyslík zo vzduchu. Navyše všetok uhlík a všetok vodík boli úplne prevedené z pôvodnej látky na CO 2 a H 2 O. Možno, že zloženie požadovanej zlúčeniny zahŕňalo aj kyslík.
Situáciu s prítomnosťou alebo neprítomnosťou kyslíka je možné objasniť pomocou údajov z problémových stavov. Poznáme hmotnosť spálenej organickej zlúčeniny a kvantitatívne údaje,
súvisiace s produktmi. Je zrejmé, že ak sa ukáže, že celková hmotnosť uhlíka z CO 2 a vodíka z H 2 O sa rovná hmotnosti pôvodnej organickej hmoty, potom v jej zložení nebol žiadny kyslík. V opačnom prípade, ak

m[(C)(v C02)]+ m[(H)(v H20)] > m org. in-va

kyslík bol súčasťou pôvodnej látky a jeho hmotnosť bude určená rozdielom:

m org. in-va – m(C)(v CO 2) – m(H)(v H20) = m(O)(v origináli in-ve).

Stanovme hmotnosť uhlíka a vodíka v produktoch reakcie a porovnajme ju s hmotnosťou východiskovej látky.
1. Podmienka obsahuje informácie o celkovej hmotnosti produktov reakcie, a preto v prvom rade musíme identifikovať hmotnosti každého z produktov samostatne. Na to označme látkové množstvo vzniknutého oxidu uhličitého hodnotou „ A" Potom podľa podmienky:

n(C02) = n(H20) = mol.

Pomocou známej hodnoty „a“ ​​nájdeme hmotnosť CO 2 a H 2 O:

m(C02) = M(C02). n(C02) = (44, a) g,
m(H20) = M(H20). n(H20) = (18. a) g.

Výsledné výrazy zosumarizujeme a prirovnáme k hodnote celkovej hmotnosti reakčných produktov z podmienky:

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

Získali sme matematickú rovnicu s jednou neznámou. Pri jeho riešení nájdeme hodnotu neznámeho množstva: A = 0,09.

Touto hodnotou sme označili látkové množstvo každého produktu:

n(C02) = n(H20) = 0,09 mol.

2. Nájdite hmotnosť uhlíka v CO2 pomocou algoritmu:

n(С02) ---> n(С) (v CO 2) ---> m(С) (v CO 2)
n(C)(v CO2) = n(CO2) = 0,09 mol (podľa indexov vo vzorci).
m(C)(v C02) = n(C)(v C02). M(C) = 0,09. 12 = 1,08 g = m(C) (v pôvodnej forme)

3. Nájdite hmotnosť vodíka vo výslednej vode pomocou algoritmu:

n(H20) ---> n(H)(v H20) ---> m(H)(v H20)
n(H) (v H20) > n(H20) 2 krát (podľa indexov vo vzorci)
n(H)(v H20) = 2. n(H20) = 2. 0,09 = 0,18 mol
m(H)(v H20) = n(H)(v H20). M(H) = 0,18. 1 = 0,18 g = m(N) (v pôvodnej forme)

4. Porovnajte celkovú hmotnosť uhlíka a vodíka s hmotnosťou východiskovej látky:

m(C)(v C02)+ m(H)(v H20) = 1,08 + 0,18 = 1,26 g;
m org. in-va = 1,74 g.
m(C)(v C02) + m(H)(v H20) > m org. v.v-a,

preto je kyslík súčasťou zloženia pôvodnej látky.

m(O)(v origináli) = m org. in-va – m(C)(v CO2) – m(H)(v H20) = 1,74 -1,26 = 0,48 g.

5. Východisková látka teda obsahuje: uhlík, vodík a kyslík.
Ďalšie akcie sa nebudú líšiť od príkladov predtým diskutovaných úloh. Požadovanú látku označme ako C x H y O z.

Krok 2. Zostavme schému spaľovacej reakcie:

C x N y Oz. + 02 ---> C02 + H20

Krok 3. Určme pomer látkových množstiev ( n) uhlík, vodík a kyslík v pôvodnej vzorke organickej hmoty. Množstvo uhlíkových a vodíkových látok sme už určili v prvom kroku.
Množstvo látky ( n) kyslíka zistíme z údajov o jeho hmotnosti:

Krok 4. Nájdeme najjednoduchší vzorec:

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

Vyberieme najmenšiu hodnotu (v tomto prípade „0,03“) a vydelíme ňou všetky tri čísla:

Dostali sme množinu najmenších celých čísel:

N(C):N(H):N(0)=3:6:1

To umožňuje napísať najjednoduchší vzorec: C 3 H 6 O 1

Krok 5. Odhalenie skutočného vzorca.
Na základe údajov o relatívnej hustote pár požadovanej látky vzhľadom na kyslík určíme skutočnú molárnu hmotnosť:

M pravda = D(02). M(02) = 1,8125. 32 = 58 g/mol.

Určme hodnotu molárnej hmotnosti pre najjednoduchší vzorec:

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

M je jednoduché. = M pravda. preto je ten najjednoduchší vzorec pravdivý.

C 3 H 6 O je molekulový vzorec spálenej látky.

odpoveď: C3H60.

Ak poznáme chemický vzorec látky, potom stačí jednoducho vypočítať relatívne hmotnosti každého prvku v nej.

Zrejme možno rozlíšiť dva hlavné typy výpočtových problémov založených na formulároch sv chemických látok. Po prvé, ak poznáte atómové hmotnosti každého prvku, môžete vypočítať ich celkovú hmotnosť na mól látky a určiť percento každého prvku. Po druhé, môžete vyriešiť inverzný problém: nájdite chemický vzorec na základe daného percenta prvkov v látke (na základe údajov chemickej analýzy)

Pozrime sa na pár príkladov.

Príklad 1. Vypočítajte percentuálne hmotnostné frakcie každého prvku v kyseline fosforečnej.
Riešenie. Keď poznáme relatívne atómové hmotnosti každého prvku, vypočítame ich súčet pre H3PO4:

Mr (N3P04) = 3Ar (N) + Ar (P) + 4Ar (0) = 3. 1 + 31 + 16. 4 = 98. Potom je napríklad obsah vodíka

Príklad 2. Železo tvorí s kyslíkom tri oxidy. Jeden z nich obsahuje 77,8% železa, ďalší - 70,0 a tretí - 72,4%. Určite vzorce oxidov.

Riešenie. Napíšme vzorec oxidu železa vo všeobecnom prípade: F x O y . Hľadajme vzťah x:y a čo vedie k celočíselnému pomeru, určíme vzorce oxidov.

1. Experimentálne sa zistilo, že určitá látka s molárnou hmotnosťou 116 g/mol obsahuje 23 ± 2 % dusíka. Je potrebné objasniť percento dusíka.

2. Chemická analýza zlúčeniny dusík-vodík s relatívnou molekulovou hmotnosťou 32 ukázala, že hmotnostný podiel dusíka v zlúčenine je 66 %. Dokážte, že výsledky analýzy sú nesprávne.

3. Určte vzorec látky s hmotnosťou 1,22. dielov draslíka, 1,11 hmotn. dielov chlóru a 2,00 hm. časti kyslíka. Existujú aj iné látky rovnakého kvalitatívneho zloženia? Čo môžete povedať (v reči vzorcov) o ich kvantitatívnom zložení?

4. Niektoré chloridy kovov obsahujú 74,7 % chlóru; identifikovať neznámy kov.

5. Soľ obsahujúca nejaký prvok X má nasledujúci hmotnostný pomer prvkov
X: H: N: O = 12: 5: 14: 48. Aký je vzorec tejto soli?

6. V polovici 19. stor. Uránu boli priradené tieto hodnoty atómovej hmotnosti: 240 (Mendelejev), 180 (Armstrong), 120 (Berzelius). Tieto hodnoty boli získané z výsledkov chemickej analýzy uránového dechtu (jeden z oxidov uránu), ktorý ukázal, že obsahuje 84,8 % uránu a 15,2 % kyslíka. Aký vzorec pripísali tomuto oxidu Mendelejev, Armstrong a Berzelius?

7. Niektoré kamenec (kryštalické hydráty zloženia A 1 + B 3 + (SO 4) 2. 12H 2 O) obsahujú 51,76 % kyslíka a 4,53 % vodíka. Určite vzorec kamenca.

8. Zlúčenina obsahuje vodík (hmotnostný zlomok - 6,33 %), uhlík (hmotový podiel - 15,19 %), kyslík (hmotový podiel - 60,76 %) a ešte jeden prvok, ktorého počet atómov v molekule sa rovná počtu uhlíka. atómov. Zistite, o aký druh zlúčeniny ide, do akej triedy patrí a ako sa správa pri zahrievaní.

1. 23 % dusíka je

Látka môže obsahovať iba celý počet atómov dusíka (relatívna hmotnosť 14). To znamená, že hmotnosť dusíka v jednom mole látky musí byť násobkom 14. Teda 116 g látky musí obsahovať 14n (g) dusíka (14, 28, 42, 56 atď.). Číslo najbližšie k 26,7 (násobky 14) je 28. Hmotnostný zlomok dusíka v látke sa rovná

2 . Ak je chemická analýza vykonaná správne, potom by molekula tejto zlúčeniny dusíka a vodíka mala obsahovať

Počet atómov v molekule nemôže byť zlomkový, takže analýza bola vykonaná nesprávne.

3. Aby sme našli kvantitatívne zloženie, rozdelíme hmotnostné časti prvkov na ich relatívne atómové hmotnosti

t.j. vzorec požadovanej látky je KC104 (chloristan draselný).

Rovnaké prvky obsahuje chlórnan draselný KClO, chloritan draselný KClO 2, chlorečnan draselný KClO 3.

Titán alebo horčík.

Chémia, časť C. Úloha C5. Stanovenie vzorcov organických látok.

Typy úloh v úlohe C5.

Určenie vzorca látky podľa hmotnostných zlomkov chemických prvkov alebo podľa všeobecného vzorca látky;

Stanovenie vzorca látky na báze produktov spaľovania;

Určenie vzorca látky na základe jej chemických vlastností.

Potrebné teoretické informácie.

Hmotnostný zlomok prvku v látke. Hmotnostný zlomok prvku je jeho obsah v látke vyjadrený v hmotnostných percentách. Napríklad látka so zložením C 2 H 4 obsahuje 2 atómy uhlíka a 4 atómy vodíka. Ak vezmeme 1 molekulu takejto látky, jej molekulová hmotnosť sa bude rovnať: Mr(C 2 H 4) = 2 12 + 4 1 = 28 amu. a obsahuje 2 12 amu. uhlíka. Na zistenie hmotnostného zlomku uhlíka v tejto látke je potrebné vydeliť jej hmotnosť hmotnosťou celej látky: ω(C) = 12 2 / 28 = 0,857 alebo 85,7 %. Ak má látka všeobecný vzorec C x H y O z, potom sa hmotnostné zlomky každého z ich atómov rovnajú pomeru ich hmotnosti k hmotnosti celej látky. Hmotnosť x atómov C je - 12x, hmotnosť atómov H je y, hmotnosť z atómov kyslíka je 16z. Potom ω(C) = 12 x / (12x + y + 16z) Ak tento vzorec napíšeme vo všeobecnom tvare, dostaneme nasledujúci výraz:

Molekulový a najjednoduchší vzorec látky. Príklady.

Relatívna hustota plynu X k plynu Y - D podľa (X). Relatívna hustota D je hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát je plyn X ťažší ako plyn Y. Vypočíta sa ako pomer molárnych hmotností plynov X a Y: D pomocou Y (X) = M(X) / M(Y). ) Často sa používa na výpočty relatívnej hustoty plynov pre vodík a vzduch. Relatívna hustota plynu X vodíkom: D by H2 = M (plyn X) / M (H2) = M (plyn X) / 2 Vzduch je zmes plynov, preto sa preň dá vypočítať len priemerná molárna hmotnosť. Jeho hodnota sa považuje za 29 g/mol (na základe približného priemerného zloženia). Preto: D letecky. = M (plyn X)/29

Absolútna hustota plynu za normálnych podmienok. Absolútna hustota plynu je hmotnosť 1 litra plynu za normálnych podmienok. Zvyčajne sa pre plyny meria v g/l. ρ = m (plyn) / V (plyn) Ak vezmeme 1 mól plynu, potom: ρ = M / V m, a molárnu hmotnosť plynu zistíme vynásobením hustoty molárnym objemom.

Všeobecné vzorce látok rôznych tried.

Stanovenie vzorcov látok podľa hmotnostných zlomkov atómov zahrnutých v jeho zložení.

Riešenie takýchto problémov pozostáva z dvoch častí:

Najprv sa zistí molárny pomer atómov v látke - zodpovedá jej najjednoduchšiemu vzorcu. Napríklad pre látku zloženia A x B y pomer množstiev látok A a B zodpovedá pomeru počtu ich atómov v molekule: x: y = n(A) : n(B) ;

potom sa pomocou molárnej hmotnosti látky určí jej skutočný vzorec.

Príklad 1 Určte vzorec látky, ak obsahuje 84,21 % C a 15,79 % H a má relatívnu hustotu na vzduchu rovnajúcu sa 3,93.

Príklad 1 riešenie.

Hmotnosť látky nech je 100 g, potom sa hmotnosť C bude rovnať 84,21 g a hmotnosť H bude 15,79 g.

Zistime látkové množstvo každého atómu: ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 mol, ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 mol.

Stanovíme molárny pomer atómov C a H: C : H = 7,0175 : 15,79 (obe čísla znížte o menšie číslo) = 1 : 2,25 (vynásobte 4) = 4 : 9. Najjednoduchší vzorec je teda C 4 N 9.

Pomocou relatívnej hustoty vypočítame molárnu hmotnosť: M = D (vzduch) 29 = 114 g/mol. Molárna hmotnosť zodpovedajúca najjednoduchšiemu vzorcu C4H9 je 57 g/mol, čo je 2-krát menej ako skutočná molárna hmotnosť. To znamená, že skutočný vzorec je C8H18.

Na vyriešenie tohto problému existuje oveľa jednoduchší spôsob, ale, žiaľ, nezíska plný počet bodov. Ale je vhodný na kontrolu pravdivého vzorca, t.j. môžete ho použiť na kontrolu svojho riešenia. Metóda 2: Nájdeme skutočnú molárnu hmotnosť (114 g/mol) a potom zistíme hmotnosti atómov uhlíka a vodíka v tejto látke podľa ich hmotnostných zlomkov. m(C) = 114 0,8421 = 96; tie. počet atómov uhlíka 96/12 = 8 m(H) = 114 0,1579 = 18; teda počet atómov H 18/1 = 18. Vzorec látky je C 8 H 18.

Odpoveď: C8H18.

Príklad 2 Určte vzorec alkínu s hustotou 2,41 g/l za normálnych podmienok.

Riešenie podľa príkladu 2. Všeobecný vzorec alkínu je C n H 2n−2 Ako možno pri hustote plynného alkínu zistiť jeho molárnu hmotnosť? Hustota ρ je hmotnosť 1 litra plynu za normálnych podmienok. Keďže 1 mol látky zaberá objem 22,4 litra, je potrebné zistiť, koľko váži 22,4 litra takého plynu: M = (hustota ρ) (molárny objem V m) = 2,41 g/l 22,4 l/mol. = 54 g/mol. Ďalej vytvoríme rovnicu spájajúcu molárnu hmotnosť a n: 14 n − 2 = 54, n = 4. To znamená, že alkín má vzorec C 4 H 6.

Odpoveď: C4H6.

Príklad 3 Určte vzorec nasýteného aldehydu, ak je známe, že 3 10 22 molekúl tohto aldehydu váži 4,3 g.

Riešenie podľa príkladu 3. V tejto úlohe je uvedený počet molekúl a zodpovedajúca hmotnosť. Na základe týchto údajov musíme opäť nájsť molárnu hmotnosť látky. Aby ste to dosiahli, musíte si pamätať, koľko molekúl je obsiahnutých v 1 mole látky. Toto je Avogadrove číslo: Na = 6,02 10 23 (molekuly). To znamená, že môžeme nájsť množstvo aldehydovej látky: ν = N / Na = 3 10 22 / 6,02 10 23 = 0,05 mol a molárna hmotnosť: M = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 g / mol. Ďalej, ako v predchádzajúcom príklade, zostavíme rovnicu a nájdeme n. Všeobecný vzorec nasýteného aldehydu je CnH2nO, to znamená, M = 14n + 16 = 86, n = 5.

Odpoveď: C 5 H 10 O, pentanal.

Príklad 4. Určte vzorec dichlóralkánu, ktorý obsahuje 31,86 % uhlíka.

Riešenie podľa príkladu 4. Všeobecný vzorec dichlóralkánu je: CnH2nCl2, obsahuje 2 atómy chlóru a n atómov uhlíka. Potom sa hmotnostný zlomok uhlíka rovná: ω(C) = (počet atómov C v molekule) (atómová hmotnosť C) / (molekulová hmotnosť dichlóralkánu) 0,3186 = n 12 / (14n + 71) n = 3 , látkou je dichlórpropán.

Odpoveď: C 3 H 6 Cl 2, dichlórpropán.

Stanovenie vzorcov látok na báze produktov spaľovania.

Pri problémoch so spaľovaním je množstvo elementárnych látok obsiahnutých v skúmanej látke určené objemami a hmotnosťami produktov spaľovania - oxidu uhličitého, vody, dusíka a iných. Zvyšok riešenia je rovnaký ako v prvom type úlohy.

Príklad 5. Spálilo sa 448 ml (n.s.) plynného nasýteného necyklického uhľovodíka a reakčné produkty sa nechali prejsť nadbytkom vápennej vody, čím sa vytvorilo 8 g zrazeniny. Aký uhľovodík sa vzal?

Riešenie podľa príkladu 5.

Všeobecný vzorec plynného nasýteného necyklického uhľovodíka (alkánu) je C n H 2n+2 Potom schéma spaľovacej reakcie vyzerá takto: C n H 2n+2 + O 2 → CO 2 + H 2 O. Je ľahké vidieť, že pri spaľovaní 1 mólu alkánu sa uvoľní n mólov oxidu uhličitého. Množstvo alkánovej látky zistíme podľa jej objemu (nezabudnite prepočítať mililitre na litre!): ν(C n H 2n+2) = 0,488 / 22,4 = 0,02 mol.

Pri prechode oxidu uhličitého cez vápennú vodu Ca(OH) 2 sa vytvorí zrazenina uhličitanu vápenatého: CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + H 2 O Hmotnosť zrazeniny uhličitanu vápenatého je 8 g, mol. hmotnosť uhličitanu vápenatého je 100 g/mol. To znamená, že jeho látkové množstvo je ν(CaCO 3) = 8 / 100 = 0,08 mol. Množstvo látky oxidu uhličitého je tiež 0,08 mol.

Množstvo oxidu uhličitého je 4-krát väčšie ako v alkáne, čo znamená, že vzorec alkánu je C4H10.

Odpoveď: C4H10.

Príklad 6. Relatívna hustota pár organickej zlúčeniny vzhľadom na dusík je 2. Pri spaľovaní 9,8 g tejto zlúčeniny sa vytvorí 15,68 litrov oxidu uhličitého (NO) a 12,6 g vody. Odvoďte molekulový vzorec organickej zlúčeniny.

Riešenie podľa príkladu 6. Keďže sa látka pri spaľovaní mení na oxid uhličitý a vodu, znamená to, že pozostáva z atómov C, H a prípadne O. Preto jej všeobecný vzorec možno zapísať ako C x H y O z.

Schéma spaľovacej reakcie môžeme napísať (bez usporiadania koeficientov): C x H y O z + O 2 → CO 2 + H 2 O Všetok uhlík z východiskovej látky prechádza na oxid uhličitý a všetok vodík na vodu.

Zistíme množstvá látok CO 2 a H 2 O a určíme, koľko mólov atómov C a H obsahujú: ν(CO 2) = V / V m = 15,68 / 22,4 = 0,7 mol. Na jednu molekulu CO 2 pripadá jeden atóm C, čo znamená, že existuje toľko mólov uhlíka ako CO 2 .

v(C) = 0,7 mol v(H20) = m/M = 12,6/18 = 0,7 mol.

Jedna molekula vody obsahuje dva atóm H, znamená množstvo vodíka dva krát toľko než voda. v(H) = 0,72 = 1,4 mol.

Skontrolujeme prítomnosť kyslíka v látke. Na to je potrebné od hmotnosti celej východiskovej látky odpočítať hmotnosti C a H m(C) = 0,7 12 = 8,4 g, m(H) = 1,4 1 = 1,4 g Hmotnosť celej látky je. 9,8 g m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, t.j. v tejto látke nie sú žiadne atómy kyslíka. Ak by bol v danej látke prítomný kyslík, potom by podľa jeho hmotnosti bolo možné nájsť množstvo látky a vypočítať najjednoduchší vzorec na základe prítomnosti troch rôznych atómov.

Ďalšie kroky sú vám už známe: hľadanie najjednoduchších a pravdivých vzorcov. C: H = 0,7: 1,4 = 1: 2 Najjednoduchší vzorec je CH2.

Skutočnú molárnu hmotnosť hľadáme podľa relatívnej hustoty plynu v porovnaní s dusíkom (nezabudnite, že dusík pozostáva z diatomické molekuly N 2 a jeho molárna hmotnosť 28 g/mol): M zdroj. = D pomocou N2 M (N2) = 228 = 56 g/mol. Skutočný vzorec je CH 2, jeho molárna hmotnosť je 14. 56 / 14 = 4. Skutočný vzorec je C 4 H 8.

Odpoveď: C4H8.

Príklad 7. Určte molekulový vzorec látky, ktorej spálením 9 g vzniklo 17,6 g CO 2, 12,6 g vody a dusíka. Relatívna hustota tejto látky vzhľadom na vodík je 22,5. Určite molekulový vzorec látky.

Riešenie podľa príkladu 7.

Látka obsahuje atómy C, H a N Keďže hmotnosť dusíka v produktoch spaľovania nie je uvedená, bude sa musieť vypočítať na základe hmotnosti všetkých organických látok. Schéma reakcie spaľovania: C x H y Nz + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2

Nájdeme množstvá látok CO 2 a H 2 O a určíme, koľko mólov atómov C a H obsahujú:

v(C02) = m/M = 17,6/44 = 0,4 mol. v(C) = 0,4 mol. v(H20) = m/M = 12,6/18 = 0,7 mol. v(H) = 0,72 = 1,4 mol.

Nájdite hmotnosť dusíka vo východiskovej látke. Aby sa to dosiahlo, musia sa hmotnosti C a H odčítať od hmotnosti celej východiskovej látky.

m(C) = 0,412 = 4,8 g, m(H) = 1,41 = 1,4 g

Hmotnosť celkovej látky je 9,8 g.

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

C: H: N = 0,4: 1,4: 0,2 = 2: 7: 1 Najjednoduchší vzorec je C2H7N. Skutočná molárna hmotnosť M = D pri H2 M(H2) = 22,52 = 45 g/mol. Zhoduje sa s molárnou hmotnosťou vypočítanou pre najjednoduchší vzorec. To znamená, že toto je skutočný vzorec látky.

Odpoveď: C2H7N.

Príklad 8. Látka obsahuje C, H, O a S. Pri spaľovaní 11 g z nej sa uvoľnilo 8,8 g CO 2, 5,4 g H 2 O a síra sa úplne premenila na síran bárnatý, ktorého hmotnosť sa ukázala ako byť 23,3 g Určite vzorec látky.

Riešenie podľa príkladu 8. Vzorec danej látky môže byť vyjadrený ako C x H y S z O k. Pri jeho spaľovaní vzniká oxid uhličitý, voda a oxid siričitý, ktorý sa následne premieňa na síran bárnatý. V súlade s tým sa všetka síra z pôvodnej látky premení na síran bárnatý.

Zisťujeme množstvá látok oxidu uhličitého, vody a síranu bárnatého a zodpovedajúcich chemických prvkov zo skúmanej látky:

v(C02) = m/M = 8,8/44 = 0,2 mol. v(C) = 0,2 mol. v(H20) = m/M = 5,4/18 = 0,3 mol. v(H) = 0,6 mol. v(BaS04) = 23,3/233 = 0,1 mol. v(S) = 0,1 mol.

Vypočítame odhadovanú hmotnosť kyslíka vo východiskovej látke:

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 látka − 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

Molárny pomer prvkov v látke nájdeme: C : H : S : O = 0,2 : 0,6 : 0,1 : 0,3 = 2 : 6 : 1 : 3 Vzorec látky je C 2 H 6 SO 3. Treba poznamenať, že týmto spôsobom sme získali iba najjednoduchší vzorec. Výsledný vzorec je však pravdivý, pretože pri pokuse o zdvojnásobenie tohto vzorca (C4H12S2O6) sa ukázalo, že na 4 atómy uhlíka okrem síry a kyslíka pripadá 12 atómov H, a to je nemožné.

Odpoveď: C2H6SO3.

Určovanie vzorcov látok na základe ich chemických vlastností.

Príklad 9. Určte vzorec alkadiénu, ak ho dokáže odfarbiť 80 g 2% roztoku brómu.

Riešenie podľa príkladu 9.

Všeobecný vzorec alkadiénov je CnH2n−2. Napíšme rovnicu pre reakciu pridávania brómu k alkadiénu, pričom nezabúdajme, že v molekule diénu dve dvojité väzby a teda 2 móly brómu budú reagovať s 1 mólom diénu: C n H 2n-2 + 2Br 2 → C n H 2n-2 Br 4

Keďže úloha udáva hmotnosť a percentuálnu koncentráciu roztoku brómu, ktorý reagoval s diénom, môžeme vypočítať množstvo zreagovanej brómovej látky:

m(Br2) = m roztok co = 80 0,02 = 1,6 g v(Br2) = m/M = 1,6/160 = 0,01 mol.

Keďže množstvo zreagovaného brómu je 2-krát väčšie ako množstvo alkadiénu, môžeme zistiť množstvo diénu a (keďže jeho hmotnosť je známa) jeho molárnu hmotnosť:

		CnH2n-2Br4

1. M dién = m/v = 3,4/0,05 = 68 g/mol.

   Vzorec alkadiénu nájdeme pomocou jeho všeobecných vzorcov, vyjadrujúcich molárnu hmotnosť v zmysle n:

14n − 2 = 68 n = 5.

Toto je pentadién C5H8.

Odpoveď: C5H8.

Príklad 10. Keď 0,74 g nasýteného jednosýtneho alkoholu interagovalo s kovovým sodíkom, uvoľnil sa vodík v množstve dostatočnom na hydrogenáciu 112 ml propénu (n.o.). Čo je to za alkohol?

Riešenie príkladu 10.

Vzorec nasýteného jednosýtneho alkoholu je CnH2n+1OH. Tu je vhodné napísať alkohol vo forme, v ktorej je ľahké zostaviť reakčnú rovnicu - t.j. so samostatnou OH skupinou.

Vytvorme reakčné rovnice (nesmieme zabudnúť na potrebu vyrovnávania reakcií):

2CnH2n+1OH + 2Na → 2CnH2n+1 ONa + H2C3H6 + H2 → C3H8

Môžete nájsť množstvo propénu az neho - množstvo vodíka. Keď poznáme množstvo vodíka, zistíme množstvo alkoholu z reakcie:

ν(C3H6) = V/V m = 0,112 / 22,4 = 0,005 mol => ν(H2) = 0,005 mol, v alkohol = 0,005 2 = 0,01 mol.

Nájdite molárnu hmotnosť alkoholu a n:

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

Alkohol - butanol C 4 H 7 OH.

Odpoveď: C4H7OH.

Príklad 11. Určte vzorec esteru, pri ktorom hydrolýzou 2,64 g sa uvoľní 1,38 g alkoholu a 1,8 g jednosýtnej karboxylovej kyseliny.

Riešenie podľa príkladu 11.

Všeobecný vzorec esteru pozostávajúceho z alkoholu a kyseliny s rôznym počtom atómov uhlíka možno znázorniť takto: CnH2n+1 COOCmH2m+1 Alkohol bude mať teda vzorec CmH2m +1 OH a kyselina CnH2n+1 COOH. Rovnica hydrolýzy esteru: 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

Podľa zákona o zachovaní hmotnosti látok súčet hmotností východiskových látok a súčet hmotností produktov reakcie sú rovnaké. Preto z údajov o probléme môžete nájsť hmotnosť vody:

m H2O = (hmotnosť kyseliny) + (hmotnosť alkoholu) − (hmotnosť éteru) = 1,38 + 1,8 − 2,64 = 0,54 g ν H2O = m / M = 0,54 / 18 = 0,03 mol

V súlade s tým sú množstvá kyslých a alkoholových látok tiež rovné mólom. Ich molárne hmotnosti nájdete:

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

Dostaneme dve rovnice, z ktorých nájdeme m a n:

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

Teda ester, ktorý hľadáme, je etylester kyseliny octovej, etylacetát.

Odpoveď: CH 3 COOC 2 H 5.

Príklad 12. Určte vzorec aminokyseliny, ak po vystavení jej 8,9 g s nadbytkom hydroxidu sodného možno získať 11,1 g sodnej soli tejto kyseliny.

Riešenie podľa príkladu 12.

Všeobecný vzorec aminokyseliny (za predpokladu, že neobsahuje žiadne iné funkčné skupiny okrem jednej aminoskupiny a jednej karboxylovej skupiny): NH 2 –CH(R)–COOH. Dalo by sa to napísať rôznymi spôsobmi, ale pre pohodlie pri písaní reakčnej rovnice je lepšie oddeliť funkčné skupiny oddelene vo vzorci aminokyselín.

Môžete vytvoriť rovnicu pre reakciu tejto aminokyseliny s hydroxidom sodným: NH 2 –CH(R)–COOH + NaOH → NH 2 –CH(R)–COONa + H 2 O Množstvo aminokyseliny a jej sodíka soľ sú rovnaké. V reakčnej rovnici však nevieme nájsť hmotnosť žiadnej z látok. Preto je v takýchto problémoch potrebné vyjadriť množstvá látok aminokyseliny a jej soli prostredníctvom molárnych hmotností a prirovnať ich:

M(aminokyseliny NH 2 –CH(R)–COOH) = 74 + М RM (soli NH 2 –CH(R)–COONa) = 96 + М R ν aminokyselín = 8,9 / (74 + М R), ν soľ = 11,1 / (96 + MR) 8,9 / (74 + MR) = 11,1 / (96 + MR) MR = 15

Je ľahké vidieť, že R = CH 3. Dá sa to urobiť matematicky, ak predpokladáme, že R - C n H 2n+1. 14n + 1 = 15, n = 1. Toto je kyselina alanín - aminopropánová.

Odpoveď: NH2-CH(CH3)-COOH.

Problémy na samostatné riešenie.

Časť 1. Stanovenie vzorca látky zložením.

1–1. Hustota uhľovodíkov za normálnych podmienok je 1,964 g/l. Hmotnostný podiel uhlíka v ňom je 81,82%. Odvoďte molekulárny vzorec tohto uhľovodíka.

1–2. Hmotnostný podiel uhlíka v diamíne je 48,65 %, hmotnostný podiel dusíka je 37,84 %. Odvoďte molekulárny vzorec diamínu.

1–3. Relatívna hustota pár nasýtenej dvojsýtnej karboxylovej kyseliny vo vzduchu je 4,07. Odvoďte molekulový vzorec karboxylovej kyseliny.

1–4. 2 litre alkadiénu pri č. má hmotnosť 4,82 g Odvoďte molekulový vzorec alkadiénu.

1–5. (Jednotná štátna skúška 2011) Vytvorte vzorec pre nasýtenú jednosýtnu karboxylovú kyselinu, ktorej vápenatá soľ obsahuje 30,77 % vápnika.

Časť 2. Stanovenie vzorca látky na báze produktov spaľovania.

2–1. Relatívna hustota pár organickej zlúčeniny pre oxid siričitý je 2. Pri spaľovaní 19,2 g tejto látky vznikne 52,8 g oxidu uhličitého (n.s.) a 21,6 g vody. Odvoďte molekulový vzorec organickej zlúčeniny.

2–2. Pri spaľovaní organickej hmoty s hmotnosťou 1,78 g v nadbytku kyslíka sa získalo 0,28 g dusíka, 1,344 l (n.s.) CO 2 a 1,26 g vody. Určte molekulový vzorec látky s vedomím, že uvedená vzorka látky obsahuje 1,204 10 22 molekúl.

2–3. Oxid uhličitý získaný spálením 3,4 g uhľovodíka sa nechal prejsť nadbytkom roztoku hydroxidu vápenatého, čím sa získalo 25 g sedimentu. Odvoďte najjednoduchší vzorec pre uhľovodík.

2–4. Pri spaľovaní organických látok s obsahom C, H a chlóru sa uvoľnilo 6,72 litra (n.s.) oxidu uhličitého, 5,4 g vody a 3,65 g chlorovodíka. Určte molekulový vzorec spálenej látky.

2–5. (Jednotná štátna skúška 2011) Pri horení amínu sa uvoľnilo 0,448 l (n.s.) oxidu uhličitého, 0,495 g vody a 0,056 l dusíka. Určte molekulový vzorec tohto amínu.

Časť 3. Určenie vzorca látky na základe jej chemických vlastností.

3–1. Určte vzorec alkénu, ak je známe, že 5,6 g z neho po pridaní s vodou vytvorí 7,4 g alkoholu.

3–2. Na oxidáciu 2,9 g nasýteného aldehydu na kyselinu bolo potrebných 9,8 g hydroxidu meďnatého. Určite vzorec aldehydu.

3–3. Jednobázická monoaminokyselina s hmotnosťou 3 g s nadbytkom bromovodíka tvorí 6,24 g soli. Určite vzorec aminokyselín.

3–4. Keď nasýtený dvojatómový alkohol s hmotnosťou 2,7 g interagoval s nadbytkom draslíka, uvoľnilo sa 0,672 litra vodíka. Určite vzorec alkoholu.

3–5. (Jednotná štátna skúška 2011) Oxidáciou nasýteného jednosýtneho alkoholu oxidom meďnatým sa získalo 9,73 g aldehydu, 8,65 g medi a vody. Určite molekulový vzorec tohto alkoholu.

Odpovede a pripomienky k problémom pre samostatné riešenie.

1–1. C3H8

1–2. C3H6(NH2)2

1–3. C2H4(COOH)2

1–5. (HCOO) 2 Ca - mravčan vápenatý, soľ kyseliny mravčej

2–1. C8H160

2–2. C3H7NO

2–3. C 5 H 8 (hmotnosť vodíka zistíme odčítaním hmotnosti uhlíka od hmotnosti uhľovodíka)

2–4. C 3 H 7 Cl (nezabudnite, že atómy vodíka sú obsiahnuté nielen vo vode, ale aj v HCl)

2–5. C4H11N

3–1. C4H8

3–2. C3H60

3–3. C2H5N02

3–4. C4H8(OH)2