III. Вывод формул веществ по продуктам сгорания.

I. Вывод формул веществ по массовым долям элементов.

 

1. Написать формулу вещества, обозначив индексы через x, y, z.

2. Если неизвестна массовая доля одного из элементов, то её находят, отняв от

100 % известные массовые доли.

3. Найти соотношение индексов, для этого массовую долю каждого элемента (лучше в %) разделить на его атомную массу (округлить до тысячных долей)

x: y: z = ω ₁ / Ar ₁: ω ₂ / Ar ₂: ω ₃ / Ar ₃

4. Полученные числа привести к целым. Для этого разделить их на наименьшее из полученных чисел. При необходимости (если опять получилось дробное число) после этого домножить до целого числа на 2, 3, 4 ….

5. Получится простейшая формула. Для большинства неорганических веществ она совпадает с истинной, для органических, наоборот, не совпадает.

Задача № 1.

Массовая доля азота в оксиде азота равна 36,84 %. Найти формулу данного оксида.

Дано:

ω(N) = 36,84 % Решение:

1. Напишем формулу: N _x O _y

М.Ф. =? 2. Найдём массовую долю кислорода:

ω(О) = 100 % - 36,84 % = 61,16 %

3. Найдём соотношение индексов:

x: y = 36,84 / 14: 61,16 / 16 = 2,631: 3,948 =

2,631 / 2,631: 3,948 / 2,631 = 1: 1,5 =

= 1 ∙ 2: 1,5 ∙ 2 = 2: 3 Þ N ₂ O ₃

Ответ: N ₂ O ₃.

Задача № 2.

Установите формулу неорганического соединения, содержащего 20 % магния, 53,33 % кислорода и 26,67 % некоторого элемента.

Дано:

ω(Mg) = 20 % Решение:

ω(O) = 53,33 % 1. Напишем формулу: Mg _x Э_y О _z.

ω(э) = 26,67 % 2. Найдём соотношение индексов магния и кислорода:

х: у = 20 / 24: 53,33 / 16 = 0,83: 3,33 = 1: 4.

М.Ф. =? 3. Найдём молекулярную массу вещества, исходя из значения

массовой доли магния:

 

ω(Mg) = Ar(Mg) ∙ индекс / Mr Þ

Þ Mr = Ar(Mg) ∙ индекс / ω = 24 ∙ 1 / 0,2 = 120.

4. Найдём атомную массу неизвестного элемента:

ω(Э) = Ar(Э) ∙ индекс / Mr Þ Ar(Э) ∙ индекс =

= ω(Э) ∙ Мr = 0,2667 ∙ 120 = 32 Þ элемент – сера.

Ответ: MgSO ₄.

Задача № 3.

Массовая доля углерода в углеводороде равна 83,72 %. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Дано: Решение:

ω(С) = 83,72 % 1. Напишем формулу - С _х Н_у

2. Найдём массовую долю водорода:

М.Ф. =? ω(Н) = 100 % - 83,72 % = 16,28 %

3. Найдём соотношение индексов:

х: у = 83,72 / 12: 16,28 / 1 = 6,977: 16,28 = 1: 2,333 = 3: 7

4. Простейшая формула – С ₃ Н ₇, но она не соответствует истинной.

Выход – увеличить индексы в 2 раза Þ С ₆ Н _{14 .}

Ответ: С ₆ Н _14.

Задача № 4.

Массовая доля фосфора в его оксиде равна 43,66 %. Какова формула оксида?

Ответ: Р ₂ О ₅.

Задача № 5.

Определить формулу вторичного амина, массовые доли углерода, водорода и азота, в котором составляют 61; 15,3 и 23,7 % соответственно.

Ответ: CH ₃ – NH – C ₂ H ₅.

Задача № 6.

Массовая доля углерода в диеновом углеводороде составляет 88,89 %. Найти молекулярную формулу диена.

Ответ: С ₄ Н ₆.

II. Вывод формул веществ по массовым долям элементов и данным для нахождения истинной молярной массы (плотности, массе и объёму газа или относительной плотности).

1. Найти истинную молярную массу:

· если известна плотность:

r = m / V = M / V _m Þ M = r ∙ V _m = r _г/л ∙ 22,4 _л/моль

· если известна масса и объём газа, молярную массу можно найти двумя способами:

- через плотность r = m / V, M = r ∙ Vm;

- через количество вещества: n = V / Vm, M = m / n.

· если известна относительная плотность первого газа по другому:

D ₂¹ = M ₁ / M ₂ Þ M ₁ = D ₂ ∙ M ₂

M = D _H2 ∙ 2 M = D _O2 ∙ 32

M = D _{возд .} ∙ 29 M = D _N2 ∙ 28 и т.д.

2. Найти простейшую формулу вещества (см. предыдущий алгоритм) и его молярную массу.

3. Сравнить истинную молярную массу вещества с простейшей и увеличить индексы в нужное число раз.

Задача № 1.

Найти формулу углеводорода, в котором содержится 14,29 % водорода, а его относительная плотность по азоту равна 2.

Дано:

ω(Н) = 14,29 % Решение:

D(N₂) = 2 1. Найдём истинную молярную массу С _х Н _у:

М = D N₂ ∙ 28 = 2 ∙ 28 = 56 _г/моль.

М.Ф. =? 2. Найдём массовую долю углерода:

ω(С) = 100 % - 14,29 % = 85,71 %.

3. Найдём простейшую формулу вещества и его молярную массу:

х: у = 85,7 / 12: 14,29 / 1 = 7,142: 14,29 = 1: 2 Þ СН ₂

М(СН ₂) = 12 + 1 ∙ 2 = 14 _г/моль

4. Сравним молярные массы:

М(С _х Н _у) / М(СН ₂) = 56 / 14 = 4 Þ истинная формула – С ₄ Н _{8 .}

 

Ответ: С ₄ Н _{8 .}

Задача № 2.

Массовая доля углерода в углеводороде – 87,5 %, а относительная плотность углеводорода по воздуху равна 3,31. Определить формулу вещества.

Ответ: C ₇ H _{12 .}

Задача № 3.

Определить молекулярную формулу амина, массовые доли углерода, азота и водорода в котором составляют 38,7; 45,15 и 16,15 % соответственно. Относитель-

ная плотность его паров по воздуху равна 1,069.

Ответ: CH ₃ NH _2.

Задача № 4.

Определите формулу углеводорода, массовая доля водорода в котором составляет 14,3 %. Относительная плотность этого вещества по водороду равна 21.

Ответ: С ₃ Н _{6 .}

Задача № 5.

Относительная плотностьпаров углеводорода по воздуху равна 3,31,а массовая доля водорода в нём равна 12,5 %. Определите молекулярную формулу углеводорода.

Ответ: С ₇ Н _{12 .}

III. Вывод формул веществ по продуктам сгорания.

1. Проанализировать состав продуктов сгорания и сделать вывод о качественном составе сгоревшего вещества:

Н₂О ® Н, СО₂ ® С, SO₂ ® S, P₂O₅ ® P, Na₂CO₃ ® Na, C; HCl ® H, Cl

Наличие кислорода в веществе требует проверки. Обозначить индексы в формуле через x, y, z. Например: С_х Н_у О_z (?).

2. Найти количества веществ продуктов сгорания по формулам:

n = m / M и n = V / V_m

3. Найти количества элементов, содержавшихся в сгоревшем веществе.

Например:

n(С) = n(СО₂), n(Н) = 2 ∙ n(Н₂О), n(Na) = 2 ∙ n(Na₂CO₃), n(C) = n(Na₂CO₃) и т.д.

4. Если сгорело вещество неизвестного состава, то обязательно нужно проверить, содержался ли в нём кислород. Например: C_x, H_y, O_z (?),

m(O) = m _{в – ва} – (m(C) + m(H)

Предварительно нужно найти: m(C) = n(C) ∙ 12 _{г / моль,} m(H) = n(H) ∙ 1 _{г / моль}

Если кислород содержался, найти его количество: n(О) = m(O) / 16 _{г / моль}

5. Найти соотношения индексов по соотношению количеств элементов. Например:

x: y: z = n(С): n(Н): n(О)

Числа привести к целым, разделив их наименьшее.

6. Если известны данные для нахождения истинной молярной массы вещества, найти её по формулам: M = r ∙ V_m, M₁ = D₂ ∙ M₂

7. Написать простейшую формулу и найти её молярную массу. Сравнить истинную молярную массу с простейшей и увеличить индексы в нужное число раз.

Задача № 1.

При сгорании 7,2 г вещества образовалось 9,9 г углекислого газа и 8,1 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу вещества.

Дано: Решение:

m _{в – ва} = 7,2 г 1. Напишем формулу C _x H _y O _z (?).

m (CO₂) = 9,9 г 2. Найдём количества веществ:

m (H₂O) = 8,1 г n(СО₂) = m / М = 9,9 г / 44 _г/моль = 0,225_моль

D_H2 = 16 n(Н₂О) = m / M = 8,1 г / 18_г/моль = 0.45_моль

 

М.Ф. =? 3. Найдём количества элементов:

n(С) = n(СО₂) = 0,225_моль

n(Н) = 2 ∙ n(Н₂О) = 2 ∙ 0,45 = 0,9_моль

4. Найдём массы:

m(C) = 12_г/моль ∙ 0,225_моль = 2,7 г

m(H) = 1_г/моль ∙ 0,9_моль = 0,9 г

m(O) = 7,2 г – (2,7 + 0,9) = 3,6 г

Найдём количество элемента кислорода:

n(О) = 3,6 г / 16_г/моль = 0,225_моль

5. Найдём соотношение индексов:

x: y: z = 0,225: 0,9: 0,225 = 1: 4: 1

Простейшая формула - СН ₃ ОН:

М(СН₃ОН) = 32_г/моль

6. Найдём истинную молярную массу:

М _ист. = D_H2 ∙ 2 = 16 ∙ 2 = 32_г/моль

7. Сравним: М _ист. / М _прост. = 32_г/моль / 32_г/моль = 1

Молекулярная формула – СН₃ОН.

Ответ: СН ₃ ОН.

Задача № 2.

При сгорании газа, не содержащего кислород, выделилось 2,24 л углекислого газа, 1,8 г воды и 3,65 г хлороводорода. Определить формулу сгоревшего вещества.

Дано:

V(CO2) = 2,24 л Решение:

m(H2O) = 1,8 г 1. Написать формулу сгоревшего вещества: C _x H _y Cl_z.

m(HCl) = 3,65 2. Найти количества веществ:

n(CO ₂) = V / V _m = 2,24 _л / 22,4 _л/моль = 0,1моль

М.Ф. =? n(Н ₂ О) = m / M = 1,8 _г / 18 _г/моль = 0,1моль

n(HCl) = m / M = 3,65 _г / 36,5 _г/моль = 0.1моль

3. Найти количества элементов:

n(С) = n(СО ₂) = 0,1моль

n(Н) = 2 ∙ n(Н ₂ О) + n(НСl) = 2 ∙ 0,1 + 0,1 = 0,3 моль

n(Сl) = n(HCl) = 0,1моль

4. Найти соотношение индексов:

х: y: z = 0,1: 0,3: 0,1 = 1: 3: 1

5. Простейшая формула: CH ₃ Cl.

Ответ: CH ₃ Cl.

Задача № 3.

При сгорании вторичного амина симметричного строения выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 0,99 г воды и 0,112 л (н.у.) азота. Установите молекулярную формулу этого амина.

Ответ: (C ₂ H ₅) ₂ NH.

Задача № 4.

При полном сгорании органического вещества, не содержащего кислород, выделилось 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 1.8 г воды и 4 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения.

Ответ: C ₂ H ₄ F ₂.

Задача № 5.

При сгорании 0,62 г газообразного органического вещества выделилось 0,448 л углекислого газа, 0,9 г воды и 0.224 л азота (объёмы газов измерены при н. у.). Плотность вещества по водороду 15,50. Установите его молекулярную формулу.

Ответ: СН ₃ NH _{2 .}