Денисова В.Г. Занятие 3. Вывод формул по продуктам сгорания

Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Занятие 3. Вывод формул органических веществ по продуктам их
сгорания или окисления.
Сегодня мы рассмотрим задачи, в которых СООТНОШЕНИЕ ЧИСЛА АТОМОВ В
МОЛЕКУЛЕ ПРЕДСТАВЛЕНО через количества (массы, объемы) продуктов сгорания
/окисления вещества
Наиболее рациональным и распространенным способом решения этих задач является
нахождение количеств элементов, входивших в состав вещества, 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)
Эти же задачи можно решать по уравнениям реакций с использованием количеств продуктов
сгорания.
Рассмотрим пример 1: При сгорании 1,78 г органического вещества получено 0,224 л азота,
1,344 л углекислого газа и 1,26 г воды. Определите молекулярную формулу этого вещества, если его
относительная плотность по воздуху 3,07.
Способ I.
1) Найдем М (вещества) = 3,07 ∙ 29 = 89 г/моль
2) Найдем υ(С). υ(С) = υ(СО2) = 1,344/22,4 = 0,06 моль
Найдем массу углерода m(C) = υ(С) ∙ М(С) = 0,06 ∙ 12 = 0,72 г
3) Найдем υ(Н). υ(Н) = 2υ(Н2О) = 2∙1,26/18 = 0,14 моль
Найдем массу водорода m(Н) = υ(Н) ∙ М(Н) = 0,14 ∙ 1 = 0,14 г
4) Найдем υ(N). υ(N) = 2υ(N2) = 2∙0,224/22,4 = 0,02 моль
Найдем массу азота m(N) = υ(N) ∙ М(N) = 0,02 ∙ 14 = 0,28 г
5) Проверим, был ли в исходном веществе кислород: m(O) = m(вещества) – m (C) – m
(H) – m (N) = 1,78 – 0,72 – 0,14 – 0,28 = 0,64 г; найдем υ(О) = m/M = 0,64/16 = 0,04 моль
6) х : y : z : q = υ(C) : υ(H) : υ(O) : υ(N) = 0,06 : 0,14 : 0,04 : 0,02 = 3:7:2:1 С3Н7О2N
7) Проверим М(С3Н7О2N) = 89 /моль, значит, эта формула истинная.
Способ II. 1) Найдем количества всех веществ:
υ(вещества) = 1,78/89 = 0,02 моль ( М (вещества) = 3,07 ∙ 29 = 89 г/моль)
υ(СО2) = 1,344/22,4 = 0,06 моль
υ(Н2О) = 1,26/18 = 0,07 моль
υ(N2) = 0,224/22,4 = 0,01 моль
2) Составим уравнение реакции в общем виде, расставим коэффициенты перед
исходным веществом и продуктами реакции:
2СxНyОzNq + О2 = 2хСО2 + у Н2О + zN2
3) Подпишем количества веществ по условию задачи над формулами, количества по
уравнению - под формулами:
0,02
0,06
0,07
0,01
2СxНyОzNq + О2 = 2хСО2 + у Н2О + qN2
2
2х
у
z
Из пропорций: 0,02/2 = 0,06/2х; х = 3
0,02/2 = 0,07/у; у = 7
0,02/2 = 0,01/q; q = 1
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
4) Получилась формула С3Н7N, ее М = 57 г/моль. Остальное (89 – 57 = 32 г/моль)
приходится на кислород, 32/16 = 2; z = 2. Искомая формула С3Н7О2N
Задача 1. Решите задачу двумя способами: При сгорании 0,62 г органического вещества получено
0,448 л углекислого газа, 0,224 л азота и 0,9 г воды. Определите формулу вещества, если его
относительная плотность по водороду 15,5 (4 балла).
Задача 2. При сгорании 2,1 г вещества получено 2,24 г углекислого газа, 0,9 г воды и 0,56 л
сернистого газа. Определите молекулярную формулу вещества, предложите его структурную
формулу, если известно, что вещество имеет циклическое строение (решите задачу через количества
элементов) (3 балла).
Пример 2. При окислении 1,64 г органического вещества получено 1,12 л углекислого газа,
1,26 г воды, 1,06 г карбоната натрия. Определите молекулярную формулу вещества.
Решение. В состав органического вещества входили углерод, водород и натрий, возможно –
кислород. Здесь нужно учесть то, что углерод входит в состав углекислого газа и карбоната,
количество углерода из этих веществ будет суммироваться.
Итак, 1) Найдем υ1(С). υ(С) = υ(СО2) = 1,12/22,4 = 0,05 моль
Найдем υ2(С). υ(С) = υ(СО2) = 1,06/106 = 0,01 моль
υ(С) = 0,05 + 0,01 = 0,06 моль
Найдем массу углерода m(C) = υ(С) ∙ М(С) = 0,06 ∙ 12 = 0,72 г
3) Найдем υ(Н). υ(Н) = 2υ(Н2О) = 2∙1,26/18 = 0,14 моль
Найдем массу водорода m(Н) = υ(Н) ∙ М(Н) = 0,14 ∙ 1 = 0,14 г
4) Найдем υ(Nа). υ(Nа) = 2υ(Nа2СО3) = 2∙1,06/106 = 0,02 моль
Найдем массу натрия m(Nа) = υ(Nа) ∙ М(Nа) = 0,02 ∙ 23 = 0,46 г
5) Проверим, был ли в исходном веществе кислород: m(O) = m(вещества) – m (C) – m
(H) – m (Nа) = 1,64 – 0,72 – 0,14 – 0,46 = 0,32 г; найдем υ(О) = m/M = 0,32/16 = 0,02 моль
6) х : y : z : q = υ(C) : υ(H) : υ(O) : υ(Nа) = 0,06 : 0,14 : 0,02 : 0,02 = 3:7:1:1 С3Н7ОNа
Задача 3. При окислении 3,84 г органического вещества получено 2,24 л углекислого газа, 1,8 г воды,
2,12 г карбоната натрия. Определите молекулярную формулу вещества, постройте одну
соответствующую структурную формулу (3 балла).
Задача 4. При сгорании 12,9 г органического вещества получено 8,96 л углекислого газа, 7,2 г воды и
4,48 л хлороводорода. Определите молекулярную формулу органического вещества (3 балла).
Иногда рациональнее решать с использованием уравнения реакции.
Пример 3. При сгорании 0,9 г первичного амина выделилось 0,224 л азота. Определите формулу
амина.
Решение. Запишем схему горения амина в общем виде, причем интересовать нас будут
коэффициенты только перед азотом и амином:
2RNH2 + хO2 → yCO2 + zH2O + 1N2
Количество азота 0,224/22,4 = 0,01 моль, значит (по схеме реакции горения) количество амина в 2
раза больше – 0,02 моль. М(амина) = m/M = 0,9/0,02 = 45 г/моль. Вычтем из 45 молярную массу
аминогруппы 16, молярная масса радикала 45 – 16 = 29 г/моль. Это этил. Ответ: этиламин
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Пример 4. При сгорании некоторого объема газообразного углеводорода получено углекислого газа
в 2 раза больше (по объему) и затрачено кислорода в 2,5 раза больше (по объему). Все объемы
измерены при одинаковых условиях.
Решение. Запишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде:
СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О
Пусть углеводорода 1V, кислорода – 2,5 V, углекислого газа – 2V
Напишем эти объемы над формулами веществ, а количества по уравнению реакций – под формулами
1
2,5
2
СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О
1
((2х+0,5у)/2)
х
Из пропорции найдем х: 1/1 = 2/х; х = 2
Подставим значение х во вторую пропорцию: 1/1 = 2,5/((2х+0,5у)/2); 1/1 = 2,5/ ((4+0,5у)/2); у = 2.
Ответ: С2Н2
Задача 5. При сгорании некоторого объема газообразного углеводорода получено углекислого газа в
3 раза больше (по объему) и затрачено кислорода в 4 раза больше (по объему). Все объемы
измерены при одинаковых условиях (3 балла).
Иногда в олимпиадах встречаются такие задачи:
Пример 5. Смешали 2 л углеводорода и 8 л кислорода (избыток). После сгорания углеводорода и
конденсации паров воды объем газов составил 7 л, после пропускания через щелочь осталось 3 л
газа. Определите формулу углеводорода (объемы газов измерены при одинаковых условиях)
Решение. Запишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде:
СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О
А теперь порассуждаем: кислород был в избытке, израсходовался не полностью, щелочью не
поглотился, следовательно, оставшиеся 3 л газа – непрореагировавший кислород, вступило
кислорода в реакцию 8 – 3 = 5 л. Поглотился щелочью углекислый газ, его объём составил 7 – 3 = 4
л.
Напишем эти объемы над формулами веществ, а количества по уравнению реакций – под формулами
2
5
4
СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О
1
((2х+0,5у)/2)
х
Из пропорции найдем х: 2/1 = 4/х; х = 2
Подставим значение х во вторую пропорцию: 2/1 = 5/((2х+0,5у)/2); 2/1 = 5/ ((4+0,5у)/2); у = 2.
Ответ: С2Н2
Задача 6. Смешали 1 л углеводорода и 7,5 л кислорода (избыток). После сгорания углеводорода и
конденсации паров воды объем газов составил 6 л, после пропускания через щелочь осталось 2 л
газа. Определите формулу углеводорода (объемы газов измерены при одинаковых условиях)
(3 балла).
В олимпиадных задачах может содержаться элемент подбора (задачи с неполным условием).
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
Пример 6. При полном сгорании газообразного углеводорода в кислороде объем исходной смеси
газов относится к объёму полученного углекислого газа как 5:3. Определите молекулярную формулу
газа.
Решение. Запишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде:
СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О
Составим пропорцию: объем углеводорода + объем кислорода 1 + (2х+0,5у)/2 – соответствует 5V
Объём углекислого газа
х
– соответствует 3V
1 + (2х+0,5у)/2 = 5
х
3
Из пропорции выразим у = (2х – 3)/0,75
Х может принимать значения от 1 до 4, так как углеводород газообразный
Подставляя х, определим у.
При х = 1, у <0 – решения нет;
При х = 2, у = 1,33 решения нет
При х = 3, у = 4 – возможный вариант C3H4
При х = 4, у = 6,66 решения нет
Ответ: C3H4
Задача 7. Для полного сгорания углеводорода требуется объем кислорода в 6,5 раз больший, чем
объём паров углеводорода в тех же условиях. Определите возможные формулы углеводорода (5
баллов)
И еще 2 задачки:
Задача 8. При сжигании 9,5 г органического вещества получили 26,4 г углекислого газа, 8,1 г воды,
1,4 г азота. При полном испарении 1,9 г образца этого вещества получен газ объёмом 626 мл при
150оС и при давлении 112,4 кПа. Определите состав вещества и его возможную структурную
формулу (5 баллов).
Задача 9. К 300 мл смеси аммиака с углеводородом добавили избыток кислорода и сожгли. После
сгорания объем газов составил 1250 мл, после конденсации воды – 550 мл, после пропускания через
щелочь – 250 мл, после пропускания над раскаленной медью – 100 мл (все объемы измерены при
одинаковых условиях при температуре выше 100оС). Определите формулу углеводорода (6 баллов).
ЗАДАНИЕ3. Z-3
Уважаемые коллеги! 9 задач, выделенных синим шрифтом – это ваше третье 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-Z3, например: Ivanova-Z3. Работы
отправляются электронной почтой на адрес [email protected], с обязательным указанием в Теме
Денисова В.Г.
Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ»
письма слов "мастер-класс" и указанием номера задания. (Например: Мастер-класс, Z3). Если Вы в
течение суток не получили подтверждения о получении своего задания, отошлите его еще раз.
Контрольный срок выполнения задания №3 до 21-00 мск вр, 18 марта 2013 г (понедельник).
Проверяются и засчитываются только те работы, которые присланы в срок.