Занятие 2. Вывод формул на основании мольных и массовых

Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Занятие 2. Вывод формул на основании
мольных и массовых долей химических элементов.
Итак, на прошлом занятии мы остановились на том, что
СООТНОШЕНИЕ ЧИСЛА АТОМОВ В МОЛЕКУЛЕ МОЖЕТ БЫТЬ ПРЕДСТАВЛЕНО:
1.
Через указание класса вещества
2.
Через мольные доли элементов в веществе
3.
Через массовые доли элементов в веществе
4.
Через количества (массы, объемы) продуктов сгорания /окисления вещества
5.
Через количества (массы, объемы) реагентов и (или) продуктов, участвующих в реакции
с искомым веществом.
Последние 4 способа сводятся к установлению соотношения молей элементов, входящих в исходное
вещество. Иными словами, если мы представим искомое соединение как АxВyСz, то индексы будут
относиться друг к другу, как количества элементов А, В и С (в молях):
х : y : z = υ(А) : υ(В) : υ(С)
2. Мольные доли элементов в веществе обозначаются χ. Мольная доля элемента
показывает, какая часть (в%) из всех атомов в молекуле приходится на атомы данного элемента.
Например, в молекуле метана всего 5 атомов, атомов водорода – 4, значит, мольная доля водорода
4/5 или 80%. Мольные доли элементов относятся друг к другу как индексы в молекулярной формуле
вещества.
х : y : z = χ(А) : χ(В) : χ(С)
Пример 1: Определите простейшую и истинную формулу вещества, в котором мольные доли
углерода, водорода и кислорода равны соответственно 20%; 60% и 20%.
Решение: Пусть формула искомого вещества СxНyОz, тогда
х : y : z = χ(С) : χ(Н) : χ(О) = =20 : 60 : 20 = 1 : 3 : 1.
СН3О – простейшая формула, которая не может быть истинной, так как в ней нечетное число атомов
водорода, удвоением получаем С2Н6О2, это может быть формула
этиленгликоля НО-СН2-СН2-ОН, полуацеталя НО-СН2-О-СН3, пероксида СН3-О-О-СН3
Пример 2. Определите формулу соединения, в котором мольная доля водорода равна 41,67%,
йода – 8,33%, кислорода – 50%.
Решение: Пусть формула искомого вещества HxIyОz, тогда
х : y : z = χ(H) : χ(I) : χ(О) = 41,67 : 8,33 : 50. Разделим все доли на меньшую из них, то есть на 8,33.
Получим соотношение 5 : 1 : 6. Следовательно, формула вещества H5IО6
Задача 1. Мольные доли элементов в веществе составляют: 7,69% серебра; 23,08% азота; 46,15%
водорода; 23,08% кислорода. Установите молекулярную формулу вещества, предположите его
строение и дайте название. (2 балла)
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
3. Массовые доли элементов в веществе обозначаются ω. Массовая доля элемента в
веществе показывает, какая часть (в%) массы всего вещества приходится на массу данного элемента.
Для расчета массовой доли элемента пользуются формулой:
ω(Э) = Ar(Э)∙n / Mr(вещества), где n – число атомов элемента в формульной единице вещества
Используя только массовые доли элементов в веществе, можно установить его простейшую
формулу:
ω(А) ω(В) ω(С)
х : y : z = ------- : ------- : ------Ar(А) Ar(В) Ar(С)
Пример 3: установите простейшую формулу вещества, содержащего (по массе) 16,22 %
углерода, 37,84 % азота, 2,7 % водорода и кислород.
Решение. Определим массовую долю кислорода в веществе, вычитая массовые доли остальных
элементов из 100%. 100 – 16,22 – 37,84 – 2, 7 = 43,24% (О).
Представим формулу искомого вещества как СxНyОzNq, тогда
ω(С) ω(Н) ω(О) ω(N) 16,22 2,7
43,24
37,84
х : y : z : q= ------- : ------- : ------- : -------- = ------- : ------- : ------- : -------- =
Ar(С) Ar(Н) Ar(О) Ar(N)
12
1
16
14
= 1,35 : 2,7 : 2,7 : 2,7 = 1 : 2 : 2 : 2 Простейшая формула СН2О2N2
Для установления истинной формулы необходимо знать молярную массу вещества.
Предположим, что в условии сказано, что молярная масса вещества такая же, как у малахита.
Найдем молярную массу малахита (CuOH)2CO3, она равна 222 г/моль
Молярная масса простейшей формулы СН2О2N2 равна 74 г/моль
Разделим молярную массу истинного вещества на молярную массу простейшей формулы: 222/74 = 3,
следовательно, простейшую формулу нужно утроить: С3Н6О6N6 – истинная формула.
Задача 2. Определите простейшую формулу соединения, в котором массовые доли углерода,
кислорода и водорода равны соответственно: 76,6%, 6,38% и 17,02% (2 балла).
Только массовых долей достаточно для вывода истинной формулы, если точно указан
класс вещества.
Пример 4. Массовая доля кальция в соли предельной одноосновной карбоновой кислоты
составляет 21,5%. Определите формулу кислоты.
Решение: Запишем в общем виде формулу соли предельной одноосновной карбоновой кислоты:
(СnН2n+1СОО)2Са. Составим пропорцию: молярная масса кальция 40 г/моль составляет 21,5%
Молярная масса соли 28n +130 г/моль
–
100%
Из пропорции 40/(28n +130) = 21,5/100 находим n; n = 2, значит, формула кислоты С2Н5СООН.
Пропорцию можно составлять не только по отношению к молярной массе вещества, но и по
отношению к неизвестной его части:
молярная масса кальция
40 г/моль
составляет
21,5%
молярная масса 2-х остатков 28n +90 г/моль
–
100 – 21,5 = 78,5%
Из пропорции 40/(28n +90) = 21,5/78,5 находим n, n = 2
Задача 3. Массовая доля кислорода в предельном трехатомном спирте равна 40%. Установите
молекулярную формулу спирта (2 балла).
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Если в задаче есть данные для определения молярной массы, то удобнее сразу использовать
ее для вывода истинной формулы. Это можно сделать, составляя пропорции, или используя
формулу
ω(А)∙Mr(в-ва) ω(В) ∙Mr(в-ва)
ω(С) ∙Mr(в-ва)
х : y : z = ------------------ : ------------------------ : ---------------------Ar(А)∙100%
Ar(В) ∙100%
Ar(С) ∙100%
Пример 5. Массовые доли углерода, азота и водорода в веществе равны соответственно 65,75%;
19,18%; 15,07%. Определите его молекулярную формулу, если известно, что относительная
плотность по воздуху его паров 2,517.
Решение 1: Определим молярную массу искомого вещества. М = 2,517 ∙ 29 = 73 г/моль.
Составим пропорцию:
Молярная масса вещества 73 г/моль соответствует 100%
Молярная масса углерода 12х
–
65,75%
Из пропорции х = 4
Аналогично составим пропорцию для азота:
Молярная масса вещества 73 г/моль соответствует 100%
Молярная масса азота
14у
–
19,18%
у=1
Для водорода:
Молярная масса вещества 73 г/моль соответствует 100%
Молярная масса азота
1z
–
15,07%
z = 11
Искомая формула С4Н11N
Решение 2. Можно сразу подставлять значения в формулу, если проанализировать формулу, то,
становится ясно, что каждая дробь в ней выведена из пропорций, представленных в предыдущем
решении.
ω(С)∙Mr(в-ва) ω(Н) ∙Mr(в-ва)
ω(N) ∙Mr(в-ва)
х : y : z = ------------------ : ------------------------ : ---------------------- =
Ar(С)∙100%
Ar(Н) ∙100%
Ar(N) ∙100%
65,75 ∙ 73
15,07 ∙ 73
19,18 ∙ 73
= ------------------ : ------------------: ---------------- = 4 : 11 : 1
12∙100%
1 ∙100%
14 ∙100%
Можно использовать способ, рассмотренный в примере 3: найти простейшую формулу,
сравнить молярную массу простейшей формулы с истинной молярной массой вещества.
Задача 4. Установите молекулярную формулу вещества, если массовые доли в нем углерода,
водорода и кислорода равны соответственно: 57,83%; 3,61% и 38,55%. Молярная масса этого
вещества в 2,862 раза больше, чем молярной массы бутана. Предложите одну структурную формулу
этого соединения (2 балла)
А теперь задачки посложнее:
Задача 5. Напишите структурные формулы трѐх углеводородов, имеющих разную молярную
массу, но одинаковую массовую долю углерода, равную 90% (3 балла).
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Задача 6. Некоторый углеводород при действии избытка бромной воды образует
тетерабромпроизводное, содержащее 75,8% брома по массе. При кипячении этого углеводорода с
подкисленным серной кислотой раствором перманганата калия образуется только одна одноосновная
карбоновая кислота. Определите структурную формулу исходного углеводорода (4 балла).
Задача 7. В результате обработки алкена водным раствором перманганата калия получено
соединение, в котором массовая доля углерода на 47% меньше, чем исходном алкене. Установите
формулу алкена и полученного из него соединения (4 балла).
Задача 8. При нагревании природного дипептида с концентрированной соляной кислотой
образовалось два продукта, массовая доля хлора в одном из них составила 28,29%. При реакции
этого же пептида с разбавленной соляной кислотой образовался один продукт с массовой долей
хлора 16,71%. Определите аминокислотный состав дипептида и напишите две возможные
структурные формулы (4 балла).
Задача 9. Фуллерен С60 за счет внедрения калия в его кристаллическую решетку образует
соединение (интеркалят) с массовой долей калия 14%. При соиспарении фуллерена с цезием и
рубидием получается аналогичное соединение, содержащее 67,2% (по массе) углерода. Установите
формулы интеркалятов. (4 балла).
Задача 10. Массовая доля углерода в углеводороде равна массовой доле водорода. Установите
формулу углеводорода (2 балла).
ЗАДАНИЕ2. Z-2
Уважаемые коллеги! 10 задач, выделенных синим шрифтом – это ваше второе домашнее
задание. Каждая задача оценивается в то количество баллов, которое указано в скобках после текста
задачи. Решения можно оформлять в печатном виде, можно писать от руки, затем фотографировать
или сканировать и вставлять в общий документ WORD. Чтобы размер файла не был чрезмерно
большим, изображения нужно обрезать по размерам текста и сжимать. Оформляйте работы
правильно: вставляйте фото или сканы в документ WORD, не присылайте работу в виде
нескольких отдельных фотографий, не архивируйте работы.
Не забывайте в самом документе указывать свою фамилию и инициалы, номер задания.
Документ сохраняется в файле с именем Familija-Z2, например: Ivanova-Z2. Работы
отправляются электронной почтой на адрес [email protected], с обязательным указанием в Теме
письма слов "мастер-класс" и указанием номера задания. (Например: Мастер-класс, Z2). Если Вы в
течение суток не получили подтверждения о получении своего задания, отошлите его еще раз.
Контрольный срок выполнения задания №2 до 21-00 мск вр, 11 марта 2013 г (понедельник).
Проверяются и засчитываются только те работы, которые присланы в срок.