Истинная формула в химии как найти

Установление формулы органического вещества

Установление строения химического соединения является предметом научного исследования. Сложность данной проблемы зависит от сложности строения соединения. Первым этапом исследования, как правило, является определение молекулярной формулы вещества. Рассмотрим некоторые способы установления формул органических веществ на достаточно простых примерах.

Пример 1. Более двух столетий назад химики уже умели определять качественный и количественный состав веществ. Например, было известно, что в состав одного из органических веществ входят углерод и водород, причём массовая доля углерода составляет 75 %, а водорода — 25 %. То есть в 100 г вещества содержится 75 г углерода и 25 г водорода. Используя эти данные, определите формулу органического вещества.

Поскольку неизвестное органическое вещество состоит только из углерода и водорода, то его молекулярную формулу можно представить в виде C_xH_y. Таким  образом, решение задачи сводится к нахождению индексов   x и y в формуле вещества. Индексы x и y в формуле показывают количества атомов углерода и водорода в молекуле органического вещества, поэтому на первом этапе решения подобных задач необходимо найти простейшее целочисленное соотношение между количеством атомов углерода и водорода в неизвестном веществе:

x : y = n(C) : n(H).

По условию, масса атомов углерода равна 75 г, водорода — 25 г. Тогда:

Точность промежуточных вычислений должна соответствовать точности исходных данных, то есть промежуточные значения должны содержать не меньше значащих цифр, чем данные задачи.

Видно, что полученное соотношение не является целочисленным. Чтобы получить целочисленные значения индексов x и y, выполняют следующие действия: сначала все числа полученного соотношения делят на наименьшее (в одном случае уже будет единица), и при необходимости умножают полученные числа на натуральное число (2, 3 и т. д.) для получения целочисленного соотношения:

Тогда формула соединения — CH₄. Это вещество нам хорошо известно, оно называется метан.

О т в е т: СН₄.

Пример 2. Некоторое органическое вещество состоит из углерода и водорода. Массовая доля углерода в веществе составляет 82,8 %. Установите молекулярную формулу вещества.

Поскольку неизвестное органическое вещество состоит только из углерода и водорода, то его формула — C_xH_y.  В  условии  задачи  даны  массовые доли элементов в веществе. В таких случаях при решении задачи удобно рассмотреть определённую массу вещества, которую обычно принимают равной 100 г. В этом случае массовые доли элементов будут совпадать по величине с их массами. Тогда простейшее целочисленное соотношение индексов в формуле вещества:

Следовательно, простейшая формула органического вещества — С₂Н₅. Устойчивого органического вещества с такой формулой не существует. Действительно, формула С₂Н₅ соответствует этильному радикалу. Чтобы определить истинную формулу органического вещества, будем учитывать, что удвоение, утроение и т. д. индексов в формуле не изменяет соотношение между ними. Удвоив индексы в простейшей формуле С₂Н₅, получим формулу С₄Н₁₀. Эта формула соответствует углеводороду бутану. Таким образом, истинная формула вещества — С₄Н₁₀.

О т в е т: С₄Н₁₀.

В рассмотренных примерах для определения формулы органического вещества нам было достаточно знать лишь массовые доли элементов в веществе. В то же время, в некоторых случаях, зная лишь массовые доли элементов в веществе, можно определить только простейшую, но не истинную формулу. В таких случаях для установления истинной формулы необходимы дополнительные данные. Как правило, это сведения о молярной массе соединения.

Пример 3. Молярная масса углеводорода равна 42 г/моль. Массовая доля углерода в углеводороде составляет 85,7 %. Установите молекулярную формулу углеводорода.

Формула углеводорода — C_xH_y. Найдём простейшее целочисленное соотношение индексов в формуле вещества:

Следовательно, простейшая формула углеводорода — СН₂. Удвоив индексы в простейшей формуле СН₂, получим формулу С₂Н₄. Эта формула соответствует углеводороду этилену. Если утроить индексы в простейшей формуле СН₂, то получится формула С₃Н₆. Данная формула соответствует углеводороду пропилену. То есть, найденному соотношению индексов соответствует множество веществ, поэтому в данном случае, используя лишь массовые доли элементов, невозможно установить истинную формулу вещества.

Для установления истинной формулы сравним молярную массу углеводорода с молярной массой простейшей формулы CH₂:

Следовательно, чтобы получить истинную формулу, необходимо увеличить индексы в простейшей формуле CH₂ в 3 раза. Тогда  истинная формула углеводорода — C₃H₆.

О т в е т: С₃Н₆.

В составе органических соединений, наряду с углеродом и водородом, часто присутствует кислород. Выведем молекулярную формулу кислородсодержащего соединения.

Пример 4. Установите простейшую формулу вещества, содержащего 37,50 % углерода, 12,50 % водорода и 50,00 % кислорода (по массе).

Простейшее целочисленное соотношение индексов в формуле вещества:

Простейшая формула вещества СН₄О. Этой молекулярной формуле соответствует метиловый спирт .

О т в е т: СН₄О или .

В рассмотренных примерах для установления формул мы использовали сведения о массовых долях элементов в веществе. Формулу органического вещества можно вывести также на основании данных эксперимента по сжиганию определённой массы органического вещества.

Пример 5. В результате сжигания 1,50 г органического вещества получено 2,20 г углекислого газа и 0,90 г воды. Молярная масса вещества равна 60 г/моль. Установите формулу вещества.

Поскольку при сжигании вещества образовались только углекислый газ и вода, то в состав вещества могли входить лишь атомы углерода, водорода и кислорода. Тогда формула вещества — C_xH_yO_z. Соотношение индексов в формуле будем находить из условия:

x : y : z = n(C) : n(H) : n(O).

Составим схему реакции:

Из схемы реакции видно, что углерод из органического вещества переходит в CO₂, водород — в H₂O. Таким образом количества углерода  и водорода в CO₂ и H₂O будут такими же, как в органическом веществе.

Найдём количество углерода в CO₂:

В молекуле воды содержится два атома водорода, следовательно, количество (моль) водорода в два раза больше количества воды:

Определим количество (моль) атомов кислорода в веществе. Для этого рассчитаем массы углерода и водорода в данной порции вещества:

Рассчитаем массу и количество кислорода в веществе:

Простейшее целочисленное соотношение индексов в формуле вещества:

x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0,05 : 0,1 : 0,05 = 1 : 2 : 1.

Таким образом, простейшая формула органического вещества     СН₂O.

Для установления истинной формулы сравним молярную массу вещества с молярной массой простейшей формулы — CH₂O:

Следовательно, чтобы получить истинную формулу, необходимо увеличить индексы в простейшей формуле CH₂O в два раза. Тогда истинная формула вещества — C₂H₄O₂. Одним из веществ, имеющих такую молекулярную формулу, является уксусная кислота СН₃ — СООН.

О т в е т: C₂H₄O₂.

Обобщим вышеизложенное. Зная количества (моль) элементов в веществе можно установить простейшую формулу вещества. Для вывода истинной формулы зачастую необходимы дополнительные данные, например сведения о молярной массе вещества.

Вывод формулы органического вещества обычно состоит из следующих этапов:

а) вычисление количества (моль) элементов в веществе;

б) определение простейшего целочисленного соотношения между вычисленными количествами элементов — установление простейшей формулы вещества;

в) установление истинной формулы вещества.

Для установления простейшей формулы достаточно знать количества (моль) элементов в веществе.

Для определения истинной формулы часто требуются дополнительные данные, например сведения о молярной массе вещества.

Решение задач на вывод формул в соединении

Ключевые слова конспекта: решение задач на вывод формул в соединении, простейшая формула соединения, эмпирическая формула, истинная формула, молекулярная формула, вывод формулы, установление формулы, рассчитать количество вещества элементов.

---

При определении формул химических соединений необходимо различать простейшую (или эмпирическую) формулу соединения и его истинную (или молекулярную) формулу.

Простейшая формула (эмпирическая формула) показывает соотношение числа атомов каждого элемента в молекуле (формульной единице) вещества. Например, простейшая формула оксида фосфора (V) Р₂O₅. Она показывает, что на каждые 2 атома фосфора в молекуле данного оксида приходится 5 атомов кислорода.

Истинная формула (молекулярная формула) показывает точный качественный и количественный состав одной молекулы данного соединения. Так, истинная формула оксида фосфора (V) Р₄О₁₀. Она показывает, что одна молекула данного оксида образована четырьмя атомами фосфора и десятью атомами кислорода.

При выводе простейшей формулы соединения необходимо помнить, что индексы в ней пропорциональны количествам вещества элементов, образующих данное соединение и содержащихся в определенной порции данного вещества. Например, 1 моль воды содержит 2 моль атомов водорода и 1 моль атомов кислорода (т. е. v(H) : v(O) = 2:1, а формула воды — Н₂О). Таким образом, чтобы определить простейшую формулу вещества, необходимо рассчитать количество вещества элементов, образующих данное соединение.

Чтобы установить истинную формулу, необходимо знать относительную молекулярную (или молярную) массу данного соединения. Молекулярная масса в целое число раз больше массы, которая отвечает простейшей формуле. На это число нужно умножить индексы в простейшей формуле, чтобы получить молекулярную формулу. Например, простейшая формула глюкозы СН₂О, относительная молекулярная масса, отвечающая этой формуле, равна 30. Истинная относительная молекулярная масса глюкозы равна 180, т. е. в 6 раз больше. Таким образом, истинная формула глюкозы (СН₂О)₆, или С₆Н₁₂О₆.

Цитаты из пособия «Задачи по химии 8-9 кл.» (авт. О.С. Габриелян и др.) использованы в учебных целях. Ссылка на покупку книги указана в конце конспекта.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 Задача № 1.
Массовые доли железа и серы в соединении равны соответственно 46,67 и 53,33%. Определите формулу этого соединения.

Ответ. FeS₂.

 Задача № 2.
Массовая доля азота в оксиде азота равна 36,84%. Выведите простейшую формулу данного оксида.

Ответ. N₂О₃.

 Задача № 3.
Массовая доля серы в ее оксиде в 1,5 раза меньше массовой доли кислорода. Определите простейшую формулу оксида.

Ответ. SО₃.

 Задача № 4.
Элемент образует оксид состава ЭO₂. Плотность оксида по воздуху равна 1,586. Определите неизвестный элемент.

Ответ. Э — азот.

 Задача № 5.
Азот образует оксид, плотность паров которого по гелию равна 19, а массовая доля кислорода в нем — 63,16%. Определите молекулярную формулу неизвестного оксида.

Ответ. N₂О₃.

 Задача № 6.
Плотность по водороду смеси оксида серы (IV) и одного из оксидов азота равна 20,1, массовая доля оксида азота в смеси 52,24%, а массовая доля азота в оксиде — 46,67%. Определите молекулярную формулу оксида азота.

Ответ. NО.

 Задача № 7.
Из 185,6 г оксида железа при восстановлении было получено 134,4 г железа. Какова формула данного оксида?

Ответ. Fe₃О₄.

 Задача № 8.
Массы углерода и водорода, входящие в состав газа, занимающего объем 16,8 л (н. у.), равны соответственно 18 и 4,5 г. Определите истинную формулу газа.

Ответ. С₂Н₆.

 Задача № 9.
Отношение молярных масс хлорида и оксида металла (М), в которых металл проявляет степень окисления +2, равно 1,679. Определите неизвестный металл.

Ответ. Цинк.

Задача № 10.
 Элементы X и Y образуют с хлором соединения состава ХYСl₂ и XY₂Cl₂. Массовые доли хлора в этих соединениях равны соответственно 59,66 и 52,59%. Определите формулы неизвестных соединений.

Ответ. SOCl₂ и SO₂Cl₂.

---

Решение задач на вывод формул в соединении. Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к: Решение задач на расчет исходных веществ и продуктов реакции
• Вернуться к списку конспектов по Химии.
• Проверить знания по Химии.
• Купить книгу Задачи по химии и способы их решения. 8-9 кл. / О.С. Габриелян и др. — М.: Дрофа.

• Курс

С задачами на вывод химической формулы вещества учащиеся встречаются при прохождении программы химии с 8 по 11 классы. К тому же, данный тип задач довольно часто встречается в олимпиадных заданиях, контрольно – измерительных материалах ЕГЭ (части В и С). Диапазон сложности данных задач достаточно широк. Как показывает опыт, у школьников часто возникают затруднения уже на первых этапах решения при выводе молярной массы вещества.

В данной разработке предлагаются задачи на нахождение формулы вещества, исходя из разных параметров в условиях. В представленных задачах приведены различные способы нахождения молярной массы вещества. Задачи составлены таким образом, чтобы учащиеся могли освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Наглядно демонстрируются наиболее общие приёмы решений. Для учащихся предлагаются решённые задачи по принципу нарастания сложности и задачи для самостоятельного решения.

Таблица 1

Вывод химической формулы вещества:	Номер задачи (пример решения)	Вычисление молярной массы вещества	Задачи для самостоятельного решения
— на основании массовых долей (%) атомов элементов	1	M, где n — число атомов	Определить химическую формулу соединения, имеющего состав: натрий – 27,06%; азот – 16,47 %; кислород – 57,47%. Ответ: NaNO3
— на основании массовых долей (%) атомов элементов и плотности соединения	2	М (CхНу) = D(Н2) ·М (Н2)	Относительная плотность паров органического кислородсодержащего соединения по кислороду равна 3, 125. Массовая доля углерода равна 72%, водорода – 12 %. Выведите молекулярную формулу этого соединения. Ответ:C6H12О
— по плотности вещества в газообразном состоянии	3	М (в-ва) = ρ · М (газообр. в-ва)	Относительная плотность паров предельного альдегида по кислороду равна 1,8125. Выведите молекулярную формулу альдегида. Ответ: C3Н6О
— на основании массовых долей (%) атомов элементов и массе соединения	4	М находится по соотношению, или M	Углеводород содержит 81,82 % углерода. Масса 1 л. этого углеводорода (н.у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу углеводорода. Ответ: C3Н8
— по массе или объёму исходного вещества и продуктам горения	5	М (в-ва)=Vm·ρ	Относительная плотность паров кислородсодержащего органического соединения по гелию равна 25,5. При сжигании 15,3 г. этого вещества образовалось 20,16 л. СО2 и 18,9 г. Н2О. Выведите молекулярную формулу этого вещества.Ответ: C6H14О

Приводится пример решения задачи № 6 на применение уравнения Менделеева – Клайперона

Задача № 1

Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты.

Дано: w (О) = 42,67%	Решение: Рассчитать молярную массу кислоты CnН2n (N Н2) CОOH w (О) = M кислоты = 75 (г/моль) Найти число атомов углерода в молекуле кислоты и установить её формулу М = 12 n + 2 n + 16 + 45 =75 14 n = 14, n = 1 Ответ: формула кислоты NН2CН2CОOH М (NН2CН2 CОOH) = 75 г/моль
Вывести формулу соединения CnН2n (N Н2) CОOH

Вернуться к табл.1

Задача № 2

Относительная плотность углеводорода по водороду, имеющего состав: w(С) = 85,7 %; w (Н) = 14,3 %, равна 21. Выведите молекулярную формулу углеводорода.

Дано: w (С) = 85,7 % w (Н) = 14,3 % D Н2 (CхНу) = 21	Решение: Находим относительную молярную массу углеводорода, исходя из величины его относительной плотности: М (CхНу)= D (Н2) ·М (Н2)   М (CхНу)= 21 · 2 = 42 m(С) = 42г. /100% · 85, 7 %= 36 г. m (Н) = 42г. /100% · 14,3 %= 6 г. Находим количество вещества атомов углерода и водорода n (С) = 36г :12 г/моль = 3 моль n (Н) = 6г.: 1 г/моль = 6 моль Ответ: истинная формула вещества C3Н6.
Вывести формулу соединения CхНу- ?

Вернуться к табл.1

Задача № 3

Определите молекулярную формулу алкана, если известно, что его пары в 2,5 раза тяжелее аргона.

Дано: Пары алкана в 2,5 раза тяжелее аргона	Решение: По относительной плотности можно найти молярную массу алкана: М (C n Н 2 n + 2) = 14 n + 2 = 2,5 · М(Ar) = 100 г/моль Откуда n = 7. Ответ: формула алкана C7Н14
Вывести формулу алкана C n Н2 n + 2

Вернуться к табл.1

Задача № 4

Массовая доля углерода в соединении равна 39,97 %, водорода 6, 73 %, кислорода 53,30 %. Масса 300 мл. (н.у.) этого соединения равна 2,41 г. Выведите молекулярную формулу этого вещества.

Дано: w (С) = 39,97 % w (Н) = 6,73 % w (0) = 53,30 % Vн.у. (CхHуОz) = 300 мл. m (CхHуОz) = 2,41 г.

Решение: Для расчёта выбираем 100г. соединения. Тогда масса углерода равна 39,97 г; водорода 6,73 г; кислорода 53,30 г. 1. Определяем количество вещества: n (С) = 39,97г :12 г/моль = 3,33 моль n (Н) = 6,73г.: 1,008 г/моль = 6,66 моль n (0) = 53,3г.: 16 г/моль = 3,33 моль Определяем наименьшее общее кратное – 3,33. n (С) : n (Н) : n (0) = 1 : 2 : 1 Простейшая формула соединения – CH2О М (CH2О) = 30 г/моль Определяем молярную массу соединения по соотношению: 0,3 л. – 2,41 г. 22,4 л. – х г. х = (22,4 · 2,41)/0,3 = 180 Или по формуле М= Vm · m/ V К = 180 : 30 = 6 Определяем молекулярную формулу соединения, умножая стехиометрические коэффициенты в простейшей формуле на 6. Ответ: искомая формула — C6H12О6

Вывести формулу соединения CхНуОz- ?

Вернуться к табл.1

Задача № 5

Какова молекулярная формула углеводорода, имеющего плотность 1,97 г/л, если при сгорании 4,4 г. его в кислороде образовалось 6,72 л. СО2 и 7,2 г. Н2О.

Дано: M (CхHу) = 4,4 г. ρ (н.у.) = 1,97 г/л V (СО2) = 6,72 л. m (Н2О) = 7,2 г.

Решение: 1. Находим относительную молярную массу углеводорода, исходя из величины его относительной плотности: М (CхHу) = Vm · ρ М (CхHу) = 22,4л/моль · 1,97г/л = 44г/моль 2. Записываем в алгебраическом виде уравнение реакции горения газа, выразив коэффициенты через х и у. Составляем пропорции: 4,4 / 44 = 6, 72/ х · 22,4 х = 44 · 6, 72/ 4,4 · 22,4 = 3 у = 44 · 7,2/ 4,4 · 9 = 8 Формула соединения C3H8; М (C3H8) = 44 г/моль Ответ: молекулярная формула соединения C3H8

Вывести формулу CхHу — ?

Вернуться к табл.1

Задача № 6

Соединение содержит 62,8% S и 37,2% F. Масса 118 мл данного соединения при 70 и 98,64 КПа равна 0,51 г. Вывести формулу соединения.

Дано: w (S) = 62,8 % w (F) = 37,2 % m (CхHу) = 0,51 г V (CхHу) = 118 мл. Т = 70 Р = 98,64 кПа	Решение: Определяем простейшую формулу соединения: n(S) : n(F) = 62,80/32 : 37,2/19 = 1,96 : 1,96 = 1 : 1 Простейшая формула S F Находим молярную массу соединения:  M= (0, 51 · 8,31 · 280)/(98,64 ·103·118 ·10-6) = =101,95 г/моль. М (S F) = 51 101,95: 51 = 2 Следовательно, формула соединения S2 F2 Ответ: S2F2
Вывести формулу соединения SхFу — ?

Вернуться к табл.1

Способов, как определить формулу вещества, достаточно много. Все зависит от исходных данных. Наиболее разнообразны подобные вычисления в органической химии. И это не удивительно, так как органических соединений значительно больше, чем неорганических.

Содержание:

1.Понятие простейшей и истинной формулы вещества

2.Массовая доля химического элемента: что означает и как высчитывается

3.Как определить формулу вещества по массовым долям элементов

4.Как определить формулу органического соединения:

4.1. по общей формуле вещества

4.2. по продуктам сгорания вещества

5. Как определить формулу вещества: комбинированные задачи

1.Понятие простейшей и истинной формулы вещества

В одних задачах на определение формулы вещества необходимо найти его простейшую формулу, а в других – истинную. В чем разница?

Простейшая, или иными словами, эмпирическая формула, указывает на соотношение атомов в молекуле (или в формульной единице, если речь идет о не ковалентном соединении).

Так, например: СН₂ – простейшая формула алкена – показывает, что на каждый 1 атом углерода приходится 2 водородных атома. То есть существует соотношение 1:2. Поэтому для нахождения простейшей (эмпирической) формулы вещества важно рассчитать количество вещества атомов, которые входят в его состав, то есть n(C) и n(H).

Истинная формула, или иначе молекулярная, отражает действительное количество атомов всех элементов в молекуле.

Например, для пропилена, относящегося к классу алкенов, истинная (молекулярная) формула будет C₃H₆. Она говорит о том, что молекула данного вещества включает 3 атома С и 6 атомов Н. Это вполне соответствует простейшей формуле, отвечающей соотношению атомов 1:2. Для нахождения истинной (молекулярной) формулы соединения требуется посчитать его относительную молекулярную (Mr) или молярную массу (M).  

2.Массовая доля химического элемента: что означает и как высчитывается

Массовая доля – это отношение массы компонента системы к массе системы, выраженное в процентах или долях от единицы.

Ну, а теперь проще.

Молекула имеет массу. Все атомы в молекуле также имеют свои массы. Атомов одного химического элемента в молекуле может быть 1 или несколько. Важна масса всех атомов одного элемента. Если ее разделить на массу молекулы, то получится массовая доля этого элемента. Ее выражают либо в процентах, которые всегда меньше 100%, либо в долях от единицы, которые всегда меньше 1.

Массовая доля элемента обозначается греческой буквой «омега» — ω. И записывается, например, так: ω(Н), ω(Сl), ω(С) и т.д. и рассчитывается: 

Пример 1. Каковы массовые доли элементов в оксиде железа (III) Fe₂O₃.

3.Как определить формулу вещества по массовым долям элементов

Нахождение формулы вещества по массовым долям элементов применимо как к органическим, так и к неорганическим соединениям.

Пример 2. Сероуглерод содержит 15,8% углерода по массе. Какова  простейшая формула этого вещества?

Поскольку речь идет о массовых долях элементов, то необходимо знать массу вещества. В нашем случае – массу сероуглерода. В условии задачи о ней ничего не говорится. Поэтому допускаем, что масса вещества равна 100 г.

Почему 100 г? Это «круглое» число, и его использование облегчает все расчеты. Так как в итоге будем находить соотношения количеств веществ элементов, то какое-то особенное значение массы вещества не играет никакой роли.

Попробуйте ради эксперимента принять массу сероуглерода равной 23 г, 467 г и т.п. Результат будет один и тот же.

Допустим, что атомов углерода в молекуле х, а атомов серы – у. В таком случае формула вещества примет вид: С_хS_у.

Пример 3. Содержание углерода в углеводороде составляет 83,33%. Плотность паров соединения по водороду – 36. Какова молекулярная формула углеводорода?

Из данных задачи следует, что углеводород может находиться в газообразном состоянии, так как известна плотность его паров. Эта величина всегда требуется для нахождения молярной (относительной молекулярной) массы вещества. Как она находится и что это такое читайте подробнее здесь.

Чтобы не загромождать записи, массовую долю элементов будем считать не в процентах, а в долях от единицы.

Пусть вас не удивляет получившаяся простейшая формула. Ведь, исходя из определения простейшей формулы, на каждый 1 атом углерода приходится 2,4 атома водорода. Это всего лишь соотношение. Соединения с формулой СН_2,4 в принципе не существует. Не всегда простейшая и истинная формулы совпадают друг с другом.

А если полученная формула СН_2,4 вас все же смущает, вы можете решать задачу и вторым способом. Но это несколько более сложный способ, когда требуется составить и решить уравнение с двумя неизвестными.

Не все химические вещества являются бинарными, то есть состоят из атомов двух химических элементов. Но в любом случае, алгоритм решения задачи тот же.

Пример 4. Некоторая кислота содержит водород (2,2%), иод (55,7%) и кислород (42,1%). Определите простейшую формулу этой кислоты.

4.Как определить формулу органического соединения

Определить формулу органического вещества можно не только зная массовые доли элементов в его составе.

4.1. Как определить формулу органического соединения

по общей молекулярной формуле вещества

Органические вещества сгруппированы по самостоятельным классам на основе общности строения и свойств. Каждый класс соединений характеризуется своей общей молекулярной формулой. Особенно это наглядно видно на примере углеводородов.

Если другие органические вещества рассматривать как их производные, в молекулы которых введена какая-либо функциональная группа, то и для них также можно составить общую молекулярную формулу.

К слову, метан СН₄ является представителем алканов, в молекулах которых на n атомов углерода и приходится 2n+2 атомов водорода. Алканы имеют общую молекулярную формулу, отражающую их состав: С_nH_2n+2.

Предельные одноатомные спирты можно рассматривать как производные алканов, в молекулах которых 1 атом водорода замещен на гидроксильную группа –ОН. Таким образом, их общая молекулярная формула такая: С_nH_2n+1ОН.

Ниже в таблице приведены общие молекулярные формулы основных классов органических соединений.

Разберем примеры решения задач с использованием общей молекулярной формулы вещества.

Пример 5. Плотность паров по воздуху некоторого алкана 4,414. Какова формула алкана?

4.2. Как определить формулу органического соединения

по продуктам его сгорания

Это еще один распространенный тип задач на определение формулы органического соединения.

Необходимо запомнить и понять основные моменты:

— так как все органические вещества содержат  атомы С, Н, а также атомы О (кислородсодержащие соединения), то всегда при их сгорании выделяется углекислый газ СО₂ и образуется вода Н₂О;

— все углеродные атомы, входящие в состав органического соединения, окажутся в составе углекислого газа СО₂; следовательно, n(С) как в  соединении, так и в СО₂ – это одна и та же величина;

— все атомы водорода Н, которые имеются в составе вещества, перейдут в состав воды Н₂О; следовательно, n(Н) и в данном веществе, и в Н₂О – это одна и та же величина;

— при сгорании веществ, включающих в себя азот (например, амины), кроме СО₂ и Н₂О, образуется еще и N₂.

Разберем несколько примеров.

Пример 6. Сожгли 7,2 г углеводорода. Плотность его паров по водороду составляет 36. В результате реакции образовалось 22 г оксида углерода (IV)  и 10,8 г воды. Какова молекулярная формула соединения?

Пример 7. В результате сгорания 4,8 г органического соединения выделилось 3,36 л (н.у.) оксида углерода (IV) и образовалось 5,4 г воды. Плотность паров искомого соединения по кислороду равна 1. Вычислите молекулярную формулу вещества.

Пример 8. Результатом сжигания 0,31 г газообразного органического соединения, имеющего плотность  1,384 г/л, стало выделение 0,224 л (с.у.) оксида углерода (IV), 0,112 л азота и образование 0,45 г воды.  Вычислите молекулярную формулу этого вещества.

5. Как определить формулу вещества: комбинированные задачи

Наибольший интерес и некоторую трудность представляют комбинированные задачи, сочетающие в себе необходимость найти формулу соединения:

— используя приемы, применяемые в рассмотренных выше задачах;

— используя сведения не только о химических, но и физических свойствах вещества.

Вот несколько примеров.

Пример 9. Какова молекулярная формула предельного углеводорода,  при полном  сгорании 8,6 г которого выделилось 13, 44 л (н.у.) оксида углерода (IV).

В этой задаче:

1) известен класс вещества, поэтому возможно применить его общую молекулярную формулу;

2) речь идет о сгорании вещества, поэтому количество атомов в составе молекулы будем искать, используя данные о продукте сгорания – СО₂.

Пример 10. Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом углеродном атоме. Образец этого алкена массой 0,7 г присоединил бром массой 1,6 г. Вычислите формулу алкена и назовите его.

В предлагаемых условиях:

1) известен класс вещества, следовательно, применим его общую молекулярную формулу;

2) речь идет об одном из химических свойств: способности алкенов присоединять галогены по месту разрыва двойной связи.

Пример 11. После полного сжигания в кислороде арена, имевшего массу 0,92 г, выделился оксид углерода (IV). Пропуская газ через избыток раствора щелочи Ca(OH)₂, получили 7 грамм осадка. Какова молекулярная формула арена?

В предлагаемой задаче:

1) известен класс вещества;

2) речь идет о сжигании соединения и образовании в качестве продукта горения углекислого газа, который при взаимодействии со щелочью Са(ОН)₂ привел к выпадению осадка известной массы.

Следующий пример очень характерен для задач, встречающихся в заданиях второй части ЕГЭ по химии.

Пример 12.  Некоторое соединение, образующее альдегид в реакции окисления, взаимодействует с избытком бромоводородной кислоты, образуя 9,84 г продукта (выход составляет 80% от теоретического), имеющего плотность паров  по Н₂ 61,5. Определите строение этого соединения, а также его массу, вступившую в реакцию?

В этой задаче:

1)  говорится о химических свойствах искомого соединения; анализируя их, приходим к выводу, что заданным веществом является предельный одноатомный спирт;

2) известна общая молекулярная формула предельных  одноатомных  спиртов;

3) более подробно говорится о взаимодействии заданного вещества с бромоводородной кислотой; спирт, реагируя с HBr, дает галогеналкан, для которого известны его масса, практический выход и относительная плотность по Н₂; именно от этих данных и нужно отталкиваться при решении данной задачи.

Итак, способов, как определить формулу вещества, действительно, множество. Мы рассмотрели лишь основные из них. Важно правильно уяснить понятия «простейшая формула вещества» и «истинная формула вещества», чтобы не путать их.

Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте.