Решение задач на вывод формулы

Решение задач на вывод формулы.
Нахождение формулы вещества можно производить по различным заданным параметрам. При
расчете часто используемые формулы и постоянные, это:
1.
𝑤 (𝐴) 𝑤 (𝐵)
:
𝐴𝑟 (𝐴) 𝐴𝑟 (𝐵)
= a : b, где a и b – индексы в формуле AaBb, w(A) и w(B) – массовые доли
элементов в соединении, Ar(A) и Ar(B) – относительные атомные массы А и В
𝑀
2. 𝜌 = 𝑉𝑚 , где ρ – плотность вещества (г/мл)
М1
3. ⅅ=М2 , где ⅅ- относительная плотность газа по другому газу;
плотность по водороду
𝑚
ⅅ(Н2)=
М1
2
4. n (ʋ)= 𝑀 , где n(ʋ)- количество вещества (моль);𝑚 – масса вещества, М – молярная масса
(численно совпадает с молекулярной)
𝐴𝑟 (𝑋)∗𝑛
5. 𝑤 (Х) =
, где Х – искомый химический элемент
𝑀𝑟 (в−ва)
6. Vм = 22,4 л, 𝐍А=6,02*1023
Тип 1. Установление формулы по массовым долям.
Задача 1. Вычислите число атомов азота в 100 г карбоната аммония, содержащего 10%
неазотистых примесей.
Решение.
Большинство расчетных задач лучше решать в молях. Масса чистого карбоната аммония равна
m((NН4)2СО3) = 100∙0,9 = 90 г. Число молей карбоната аммония составляет v((NН4)2СО3) = m/ M =
90/96 = 0,938 моль. Согласно химической формуле (NН4)2СО3, в одном его моле содержится два моль
N, поэтому v(N) = 2 v((NН4)2СО3) = 1,876. Число атомов азота получается умножением числа молей
азота на постоянную Авогадро: N(N) = v∙ NA= 1,876*6,02•1023 = 1,13•1024.
Ответ.
1,13•1024 атомов азота.
Задача 2. Определите формулу химического соединения, если массовые доли составляющих его
элементов равны: Н - 2,04%, S - 32,65%, О - 65,31%.
Решение.
По массовым долям элементов можно найти только простейшую формулу. Для этого возьмем
образец вещества массой 100 г и найдем отношение количеств элементов (в молях) в этом образце.
Для этого следует разделить массу каждого элемента на его относительную атомную массу:
v(Н) : v(S) : v(О) = 2,04/1 : 32,65/32 : 65,31/16 = 2,04 : 1,02 : 4,08.
Наименьшее из чисел (1,02) делим на него все полученные цифры и находим отношение:
v(Н) : v(S) : v(О) = 2:1:4.
Оно означает, что в молекуле химического соединения на 2 атома водорода приходится 1 атом серы
и 4 атома кислорода, следовательно, формула искомого соединения - Н2SO4.
Ответ.
Формула соединения - Н2SO4.
Задача 3. Определите формулу вещества, если известно, что оно содержит 6,25% Р, 12,5% N, 56,25%
Н, 25,0% О (по молям). Назовите это вещество, предложите способ его получения и напишите одно
уравнение реакции с его участием.
Решение.
Возьмем 1 моль вещества и найдем количества элементов в нем:
v(Р): v(N) : v(Н): v(О) = 0,0625:0,125:0,5625:0,25 = 1:2:9:4.
Отсюда простейшая формула — РN2Н9О4. Этой формуле отвечает гидрофосфат аммония
(NН4)2НРО4. Это вещество получают взаимодействием концентрированного раствора аммиака с
точно рассчитанным количеством фосфорной кислоты:
2NН3 + Н3РО4 = (NН4)2НРО4.
Простейшая реакция, которую можно придумать с участием этого вещества, — это обменная
реакция с растворимыми солями кальция в водном растворе:
(NН4)2НРО4 + СаСl2 = СаНРО4↓+ 2NН4Сl.
Ответ.
(NН4)2НРО4.
Задача 4. Установите формулу кристаллогидрата сульфата железа (II), если известно, что эта
соль содержит 45,32% воды по массе.
Решение.
1-й способ. Пусть в состав молекулы кристаллогидрата входят х молекул воды. Общая формула соли
FeSO4∙хН2О. Один моль этой соли имеет массу 152+18 x г и содержит 18 x г воды. Массовая доля
воды равна
ω(Н2О) = 18 x / (152+18 x) = 0,4532,
откуда х = 7.
2-й способ. Массовая доля соли в кристаллогидрате равна 100% - 45,32% = 54,68%. Один моль
безводной соли FeSО4∙хН2О имеет массу 152 г, что составляет 54,68% от массы одного моля
кристаллогидрата. Значит, молярная масса кристаллогидрата равна:
M(FeSО4∙хН2О) = 152 / 0,5468 = 278 г/моль,
откуда находим, что х = 7.
Ответ.
FеSО4∙7Н2О.
Тип 2. Установление формулы по массовым долям, если один из элементов неизвестен.
Задача 1. Соединение содержит 35,37% (0,3537) хрома, 43,54% (0,4354) кислорода, остальное
приходится на неизвестный элемент. Установите формулу данного вещества.
Решение. Пусть формула вещества имеет вид CraXbOc
1) Найти соотношение числа атомов хрома и кислорода в соединении к их атомным массам и
выразим его молекулярную формулу: а:с= 35,37/52:43,54/16= 0,68:2,72= 1:4
Предположим, что в соединении 1 атом хрома, тогда формула имеет вид CrXbO4, выразим его
молярную массу: 0,3537=52/М, откуда М=147г/моль.
2) Находим неизвестный элемент. На b атомов неизвестного элемента приходится 147-5216*4=31г/моль. Это может быть по таблице Д.И.Менделеева только фосфор, следовательно, искомая
формула CrРO4
Тип 3. Установление формулы по продуктам сгорания.
Задача 1. При сгорании 0.62г газообразного органического вещества выделяется 0.448л
углекислого газа, 0.9г воды и 0.224л азота ( объемы газов измерены при н. у. ). Плотность вещества
по водороду 15.50. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения.
Решение: 1) Прежде всего, рассчитаем количества веществ продуктов сгорания и на этой основе
найдем количества веществ атомарных углерода, водорода и азота:
n(C) = n(CO2) = 0.448/22.4 = 0.02 моль
n(H) = 2n(H2O) = 2*0.9/18 = 0.1 моль
n(N) = 2n(N2) = 2*0.224/22.4 = 0.02 моль
Здесь же проверим, содержится ли в веществе кислород. Для этого найдем сумму масс элементов
углерода, водорода и азота и сравним ее с массой сгоревшего вещества:
m(C) + m(H) + m(N) =0.02*12 + 0.1*1 + 0.02*14 = 0.62 г
Сумма масс элементов равна массе навески вещества, значит, кислород в веществе отсутствует.
2) Теперь можно установить простейшую формулу вещества:
n(C) : n(H) : n(N) =0.02:0.1:0.02 = 1:5:1
Простейшая формула CH5N . Для нахождения истинной молекулярной формулой вещества
необходимо знать его молекулярную массу. Из условия задачи молярная масса соединения равна М
= 15.5*2 = 31 г/моль. Действительно, молярная масса CH5N равна 31 г/моль. Следовательно,
простейшая формула и будет истинной молекулярной формулой.
Тип 4. Установление формулы на основании уравнения реакции с его участием.
Задача 1. При действии избытка углекислого газа на 32,9 г неизвестного соединения металла с
кислородом образовалось твердое вещество “А”, и выделился газ “В”. Вещество “А” растворили в
воде, и добавили избыток раствора нитрата бария, при этом выпало 27,58 г осадка. Газ “В”
пропустили через трубку с раскаленной медью, и масса трубки увеличилась на 6,72 г. Установите
формулу исходного соединения.
Решение. Из условия задачи ясно, что после пропускания СО2над кислородным соединением металла
образовался карбонат металла, причем щелочного (поскольку карбонаты только щелочных металлов
достаточно хорошо растворимы в воде), и выделился кислород. Пусть формула исходного
соединения – МеxОy. Уравнения реакций:
2МехОу + хСО2 = хМе2СО3 + (у-0,5х)О2↑,
Ме2СО3 + ВаСl2 = 2МеСl + ВаСО3↓,
2Сu + О2 = 2СuО.
Увеличение массы трубки с нагретой медью равно массе прореагировавшего по последней реакции
кислорода, поэтому: v(О2) = 6,72/32 = 0,21 моль.
По второй реакции, v(ВаСО3) = 27,58 / 197 = 0,14 моль = v(Ме2СО3), следовательно, v(Ме) = 2 •
v(Ме2СО3) = 0,28 моль. Отношение коэффициентов в уравнении реакции равно отношению
количеств веществ (в молях), поэтому из первого уравнения следует, что х/(у-0,5х) = 0,14/0,21,
откуда получаем, что х:у = 1:2. Поэтому можно заключить, что простейшая формула кислородного
соединения - МеО2.
Поскольку v(МеО2) = v(Ме) = 0,28 моль, то молярная масса кислородного соединения равна:
М(МеО2) = 39,2 / 0,28 = 117,5 г/моль, а атомная масса металла: М(Ме) = 117,5-32 = 85,5 г/моль. Этот
металл - рубидий, Rb. Искомая формула — RbО2.
Ответ. RbО2.
Задача 2. При взаимодействии 6,0 г металла с водой выделилось 3,36 л водорода (н.у.).
Определите этот металл, если он в своих соединениях двухвалентен.
Решение. Поскольку металл двухвалентен, его реакция с водой
описывается уравнением:
Ме + 2Н2О = Ме(ОН)2 + Н2↑.
Согласно уравнению, v(Ме) = v(Н2) = 3,36/22,4 = 0,15 моль. Отсюда атомная масса металла равна
A(Ме) = m/v = 6,0/0,15 = 40 г/моль. Этот металл - кальций.
Ответ. Кальций.
Задача 3. Дихлоралкан, в котором атомы хлора находятся у соседних атомов углерода,
обработали избытком спиртового раствора щелочи. Масса выделившегося газа оказалась в 2,825 раза
меньше массы исходного дихлоралкана. Установите строение исходного соединения и продукта
реакции.
Решение. При обработке дихлоралкана избытком спиртового раствора щелочи отщепляются две
молекулы хлороводорода и образуется алкин:
С2Н5ОН
CnH2nCl2 + 2KOH → CnH2n-2↑ + 2KCl + 2Н2О.
Согласно уравнению реакции, из 1 моль СnН2nСl2 массой (14n + 71) г выделяется 1 моль СnН2n-2
массой (14n-2) г. По условию,
(14n - 2) • 2,825 = 14n + 71,
откуда n = 3. Искомый алкин — пропин, СН3 – С ≡ СН, он образуется из 1,2-дихлорпропана:
С2Н5ОН
СН3СНСl - СН2Сl + 2КОН →
CH3C ≡ CH ↑ + 2KCl + 2Н2О
Ответ. 1,2-дихлорпропан; пропин.
Тип 5. Установление молекулярной формулы соединения, используя формулы
гомологического ряда.
При решении данного типа задач можно использовать общие формулы гомологических рядов
органических веществ, и на их основе просчитывать общие формулы расчета молярной
(молекулярной) массы.
Гомологический ряд
Общая формула
Молярная масса
Алканы
СпН2п+2
14п+2
Алкены
СпН2п
14п
Алкины
СпН2п-2
14п-2
Диены
СпН2п-2
14п-2
Циклоалканы
СпН2п
14п
Арены
СпН2п-6
14п-6
Моногалогеналканы
Дигалогеналканы
Одноатомные спирты
Альдегиды
Предельные
одноосновные
карбоновые кислоты
Простые эфиры
Первичные амины
Аминокислоты
СпН2п+1Х
СпН2пХ2
СпН2п+1ОН
СпН2пО
СпН2п+1СООН
14п+1+М(Х)
14п+2М(Х)
14п+18
14п+16
14п+46
СпН2п+2О
СпН2п+1ΝН2
(ΝН2)СпН2пСООН
14п+18
14п+17
14п+61
Пример: Установите молекулярную формулу первичного амина, бромпроизводная соль которого
содержит 63,5% (0,635) брома.
Решение: 1) используя общую формулу солей аминов:
СпН2п+1ΝН2 +НВr
СпН2п+1ΝН3Вr,
Составить выражение массовой доли брома в этой соли:
𝑀(𝐵𝑟)
W(Br) = M(СпН2п+1+ΝН3Вr)
Подставить в формулу имеющиеся данные и находим п по формуле.
п =2 , следовательно формула амина С2Н5ΝН2
Задания для самостоятельной работы.
Задача №1.Установите молекулярную формулу предельного третичного амина, содержащего 23.73%
азота по массе.
Задача №2. При взаимодействии одного и того же количества алкена с различными
галогеноводородами
образуются
соответственно
7.85г
хлорпроизводного
или
12.3г
бромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкена.
Задача №3. При взаимодействии 51 г предельной одноосновной кислоты с избытком гидрокарбоната
калия выделяется 11.2 л газа (н.у.). Определите молекулярную формулу карбоновой кислоты.
Задача №4. При взаимодействии 3.92 г сульфата трехвалентного металла с хлоридом бария
образовалось 6.99 г осадка. Установите формулу сульфата металла.
Задача №5. Масса некоторого объема воздуха ровна 0.123 г, а масса того же объема алкана при тех
же условиях 0.246 г. Определите формулу этого алкана.
Задача №6. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1.5 г его способны
присоединить 0.6 л (н.у.) водорода.
Задача №7. На нейтрализацию 11 г предельной одноосновной карбоновой кислоты необходимо
затратить 125 мл раствора щелочи с концентрацией 1 моль/л. Установите молекулярную формулу
этой кислоты.
Задача №8. При взаимодействии предельного альдегида массой 5.8 г с с избытком гидроксида меди
(ІІ) при нагревании образовалось 14.4 г осадка оксида меди (І). Установите молекулярную формулу
альдегида.
Задача №9. Установите молекулярную формулу предельной карбоновой кислоты, натриевая соль
которая содержит 33.82% металла.
Задача №10. Установите молекулярную формулу предельной карбоновой кислоты, натриевая соль
которая содержит 37.5% углерода.
Задача №11. Установите молекулярную формулу простого эфира, если при сгорании 6 г его
образуется 6.72 л углекислого газа и 7.2 г воды.
Задача №12. Установите молекулярную формулу предельной карбоновой кислоты, метиловый эфир
которой содержит 9.09% водорода.
Задача №13. При взаимодействии 1.48 г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием
выделяется водород в количестве, достаточном для гидрирования 224 мл этилена (н.у.). Определите
молекулярную формулу спирта.
Задача №14. Установите молекулярную формулу продукта взаимодействия алкена с 1 молью
бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4.24.
Задача №15. Установите молекулярную формулу алкена, гидратацией которого получается спирт,
пары которого в 2.07 раза тяжелее воздуха.