Как найти формулу алкана по относительной плотности

Решение задач вызывают некоторые трудности, поэтому многие ученики и студенты считаю их сложными. На самом деле, зная некоторые закономерности и приемы, можно с легкостью щелкать любую проблему.

При решении задач на нахождение молекулярной формулы газообразного углеводорода полезно знать общие формулы основных гомологических рядов углеводородов:

Название Общая формула
Алканы CnH2n+2
Алкены и циклические алканы CnH2n
Алкины и алкадиены CnH2n-2

Относительная плотность

Часто в задачах встречается такая формулировка: «Относительная плотность газа равна х по газу Г». Под буквой х может быть любое значение, а под Г – название любого газа.

Относительная плотность (D) = (молярная масса газа)/(молярная масса данного газа)

Использование этих теоретических сведений покажем на таком примере.

Пример 1

Определите молекулярную формулу алкана, если относительная плотность газа по азоту равна 2,07.

Решение

Сначала определим молярную массу алкана:

Mr = (относительная плотность) ⋅cdot (молярная масса азота)=2,07 ⋅cdot 28=58 г/моль.

Далее воспользуемся общей формулой алканов CnH2n+2. Зная молярную массу, можем определить значение n в общей формуле:

Mr = (молярная масса карбона) ⋅cdot (количество) + (молярная масса водорода) ⋅cdot (количество)=12 ⋅cdot n+1 ⋅cdot (2n+2)=14n+2.

Приравнивая, получаем:

58=14n+2

n=4

Таким образом молекулярная формула газа C4H10 – бутан.

Массовая доля

Часто в задачах требуется найти молекулярную формулу углеводорода, зная массовую часть одного из элементов.

Массовая часть (W) = (молярная масса элемента) ⋅cdot (количество)/(молярная масса газа) ⋅cdot 100%

Также приведем способ, как быстро определить молекулярную формулу углеводорода, зная массовую часть одного из элементов. Способ позволяет определить соотношение между количеством атомов карбона и гидрогена в соединение. Пусть формула соединения CkHm. Тогда k:m=(W(С)/12):(W(H)/1)

Рассмотрим на примере

Пример 2

Массовая часть Гидрогена в молекуле углеводорода равна 16,67%. Определите молекулярную формулу простейшего углеводорода.

Решение

Пусть формула соединения CkHm.

Тогда k:m=(W(С)/12):(W(H)/1)=((100-16,67)/12):(16,67/1)=(83,33/12):16,67= 6,94:16,67=1:2,4=5:12

Таким образом формула соединения C5H12

Горение

Последняя большая группа задач предполагает определение молекулярной формулы по продуктам горения. Для решения таких задач сначала нужно написать уравнение горения соответствующего углеводорода. Стоит помнить, что при взаимодействии углеводорода и кислорода всегда образуется только два продукта – углекислый газ и вода.

Например, уравнение горения алканов:

CnH2n+2 + ((3n+1)/2)O2 →rightarrow nCO2 + (n+1)H2O

Пример 3

Для сгорания гомолога ацетилена, масса которого равна 30 г, нужно 320 л воздуха. Определите формулу углеводорода

Решение

Сперва напишем уравнения горения алкинов в общей форме:

CnH2n-2 + ((3n-1)/2)O2 →rightarrow nCO2 + (n-1)H2O

Далее найдем сколько литров кислорода ушло (поскольку воздух – не чистый кислород, а содержит 21% кислорода)

V=320 ⋅cdot 0,21=67,2 л

n=V/V0=67,2/22,4=3 моль (поскольку при н.у. 1 моль любого газа занимает 22,4 л)

Далее составим уравнение:

n(CnH2n-2) ⋅cdot ((3n-1)/2)=n(O2)

(30/(12n + 2n-2))⋅cdot((3n-1)/2)=3

(30/(14n-2))⋅cdot(3n-1)=6

Решая, получаем n=3

Таким образом формула углеводорода C3H4

Тест по теме «Формула газообразного углеводорода»

I. Нахождение формулы органического вещества по массовой доле химических элементов и относительной плотности газов


 1. Выпишите в тетрадь основные формулы

D2 = Mr(1)/Mr(2) 

D — относительная плотность первого газа по второму (безразмерная величина).

Например:

D(O2) = Mr(газа)/Mr(O2)=Mr(газа)/32;

D(H2) = Mr(газа)/Mr(H2)=Mr(газа)/2;

D(воздуха)=Mr(газа)/Mr(воздуха)=Mr(газа)/29

Wэлемента =  (n * Ar (элемента) * 100%) / Mr (вещества),

где n – индекс, число атомов;

W – массовая доля элемента (%).

2. Разберите образец решения задачи

Этиловый спирт содержит 52,18% углерода:13,04% водорода: 34,78% кислорода. Плотность паров спирта по водороду 23. Определите формулу этилового спирта.

Решение:

1. Определим молекулярную массу искомого вещества:

Mr(CxHyOz) = D(H2) · Mr(H2)=23· 2 =46

2.По формуле  n = (Wэлемента * Mr(вещества)) / Ar элемента * 100% вычислим число атомов C, H, O

n(C)=(52,18% · 46) / 12· 100% = 2

n(H)=( 13,04% · 46) /1· 100% =6

n(O)=( 34,78% · 46) / 16· 100% =1

Получаем x:y:z =2:6:1, следовательно, вещество C2H6O

Проверка, Mr(C2H6O)= 46

II. Нахождение формулы органического вещества по массовой доле химических элементов и плотности вещества при нормальных условиях


1. Выпишите в тетрадь основные формулы

M = ρ * Vm

где Vm =22,4 л/моль (при н.у.); 

M – молярная масса вещества (г/моль);

ρ = m/V (плотность)

Wэлемента =  (n * Ar (элемента) * 100%) / Mr (вещества),

где n – индекс, число атомов;

W – массовая доля элемента (%)

2. Разберите образец решения задачи

Углеводород содержит 81,82% углерода. Масса 1 л этого углеводорода (н.у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу этого углеводорода.

Решение:

1. Определим молярную массу искомого вещества:

ρ = m/V, следовательно М(СхНу) = ρ· Vm = 1,964 г/л · 22,4 л/моль = 44

2. По формуле: n = (Wэлемента * Mr(вещества)) / Ar элемента * 100%

вычислим число атомов C, H.

Здесь Мr=M

n(C)=(81,82% · 44) / (12 · 100%) = 3

n(H)=(18,18% · 44) / (1· 100%) = 8

Получаем x:y =3 : 8, следовательно, вещество C3H8    

Проверка, Mr(C3H8)= 44

III. Определение формулы по продуктам сгорания


Разберите образец решения задачи

При сгорании 10,5 г органического вещества получили 16,8 л углекислого газа (н.у.)  и 13,5 г воды. Плотность этого вещества при н.у. равна 1,875 г/л. Определите молекулярную формулу вещества.

Решение:

1. Находим молярную массу вещества и его количество вещества:

Если в условии задачи дана относительная плотность органического вещества, то его молекулярную массу определяем согласно формулам:

D(O2) = Mr(газа)/Mr(O2)=Mr(газа)/32;

D(H2) = Mr(газа)/Mr(H2)=Mr(газа)/2;

D(воздуха)=Mr(газа)/Mr(воздуха)=Mr(газа)/29.

M(вещества)  = ρ· Vm = 1.875 г/л · 22,4 л/моль = 42 г/моль

υ(вещества ) = m / M = 10,5 г / 42 г/моль = 0,25 моль

2. Найдём количества вещества C, H по формулам:

υ =  V/Vm или  υ = m/M

υ(C) = υ(CO2)= V/Vm =16,8 л/22,4 л/моль=0,75 моль

υ(H) = 2 · υ(H2O) = 2 · m/M = (2 · 13,5 г)/18 г/моль = 1,5 моль

3. Определим наличие кислорода в формуле вещества:

m(C) = υ(C) · M(C) = 0,75 моль · 12 г/моль = 9 г

m(H) = υ(H) · M(H) = 1,5 моль · 1 г/моль = 1,5 г

m(O) = m(вещества) – (m(C) + m(H))10.5 г – (9 г + 1,5 г) = 0 г, следовательно кислород отсутствует и это углеводород — CxHy

4. Находим формулу

υ(CxHy) : υ(С) : υ(Н) = 0,25 : 0,75 : 1,5 = 1 : 3 : 6    

(здесь к целым числам пришли путём деления всех чисел на меньшее из них, т.е. на 0,25)

Следовательно, 1 моль вещества содержит 3 моль углерода и 6 моль водорода, таким образом, искомая формула С3Н6.

IV. Решите задачи


Задача №1. В углеводороде массовая доля углерода равна 84%. Относительная плотность паров углеводорода по воздуху равна 3,45. Определите формулу углеводорода. 

Задача №2. Массовая доля углерода в углеводороде составляет 83,33%. Плотность паров углеводорода по водороду равна 36. Определите формулу.

Задача №3. Массовая доля углерода в углеводороде составляет 85,7%. Плотность паров углеводорода по воздуху равна 1,931. Определите формулу. 

Задача №4. Углеводород содержит  16,28% водорода. Плотность этого вещества при нормальных условиях 3,839 г/л. Найдите молекулярную формулу этого углеводорода. 

Задача №5. Углеводород содержит 82,76% углерода. Масса 1 л этого углеводорода (н.у.) составляет 2.589 г. Найдите молекулярную формулу этого углеводорода. 

Задача №6. При сгорании вещества массой 4,25 г образовались оксид углерода (IV)  массой 13,2 г и вода массой 5,85 г. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 5,862. Определите формулу вещества.

  • Типы задач в задании С5.

  • Необходимые теоретические сведения.

  • Определение формул веществ по массовым долям атомов, входящих в его состав.

  • Определение формул веществ по продуктам сгорания.

  • Определение формул веществ по химическим свойствам.

  • Задачи для самостоятельного решения.

  • Часть 1. Определение формулы вещества по составу.

  • Часть 2. Определение формулы вещества по продуктам сгорания.

  • Часть 3. Определение формулы вещества по химическим свойствам.

  • Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.

Задачи на определение формулы органического вещества бывают нескольких видов. Обычно решение этих задач не представляет особых сложностей, однако часто выпускники теряют баллы на этой задаче. Причин бывает несколько:

  1. Некорректное оформление;
  2. Решение не математическим путем, а методом перебора;
  3. Неверно составленная общая формула вещества;
  4. Ошибки в уравнении реакции с участием вещества, записанного в общем виде.

к оглавлению ▴

Типы задач в задании С5.

  1. Определение формулы вещества по массовым долям химических элементов или по общей формуле вещества;
  2. Определение формулы вещества по продуктам сгорания;
  3. Определение формулы вещества по химическим свойствам.

Необходимые теоретические сведения.

  1. Массовая доля элемента в веществе.
    Массовая доля элемента — это его содержание в веществе в процентах по массе.
    Например, в веществе состава С2Н4 содержится 2 атома углерода и 4 атома водорода. Если взять 1 молекулу такого вещества, то его молекулярная масса будет равна:
    Мr(С2Н4) = 2 • 12 + 4 • 1 = 28 а.е.м. и там содержится 2 • 12 а.е.м. углерода.Чтобы найти массовую долю углерода в этом веществе, надо его массу разделить на массу всего вещества:
    ω(C) = 12 • 2 / 28 = 0,857 или 85,7%.
    Если вещество имеет общую формулу СхНуОz, то массовые доли каждого их атомов так же равны отношению их массы к массе всего вещества. Масса х атомов С равна — 12х, масса у атомов Н — у, масса z атомов кислорода — 16z.
    Тогда
    ω(C) = 12 • х / (12х + у + 16z)

    Если записать эту формулу в общем виде, то получится следующее выражение:

    Массовая доля атома Э в веществе   = Атомная масса атома Э  •  число атомов Э в  молекуле
    Аr(Э) • z
    ——————
    Mr(вещ.)
    Молекулярная масса вещества
  2. Молекулярная и простейшая формула вещества.Молекулярная (истинная) формула — формула, в которой отражается реальное число атомов каждого вида, входящих в молекулу вещества.
    Например, С6Н6 — истинная формула бензола.
    Простейшая (эмпирическая) формула — показывает соотношение атомов в веществе.
    Например, для бензола соотношение С:Н = 1:1, т.е. простейшая формула бензола — СН.
    Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.

    Примеры.

    Вещество Молекулярная формула Соотношение атомов Простейшая формула
    Этанол С2Н6О С:Н:О = 2:6:1 С2Н6О
    Бутен С4Н8 С:Н = 1:2 СН2
    Уксусная кислота С2Н4О2 С:Н:О = 1:2:1 СН2О

    Если в задаче даны только массовые доли элементов, то в процессе решения задачи можно вычислить только простейшую формулу вещества. Для получения истинной формулы в задаче обычно даются дополнительные данные — молярная масса, относительная или абсолютная плотность вещества или другие данные, с помощью которых можно определить молярную массу вещества.

  3. Относительная плотность газа Х по газу У — DпоУ(Х).
    Относительная плотность D — это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У:
    DпоУ(Х) = М(Х) / М(У)
    Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.
    Относительная плотность газа Х по водороду:
    Dпо H2 = M(газа Х) / M(H2) = M(газа Х) / 2
    Воздух — это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
    Поэтому:
    Dпо возд. = М(газа Х) / 29
  4. Абсолютная плотность газа при нормальных условиях.Абсолютная плотность газа — это масса 1 л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.
    ρ = m(газа) / V(газа)
    Если взять 1 моль газа, то тогда:
    ρ = М / Vm,
    а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.
  5. Общие формулы веществ разных классов.
    Часто для решения задач с химическими реакциями удобно пользоваться не обычной общей формулой, а формулой, в которой выделена отдельно кратная связь или функциональная группа.

    Класс органических веществ Общая молекулярная формула Формула с выделенной кратной связью и функциональной группой
    Алканы CnH2n+2
    Алкены CnH2n CnH2n+1–CH=CH2
    Алкины CnH2n−2 CnH2n+1–C≡CH
    Диены CnH2n−2
    Гомологи бензола CnH2n−6 С6Н5–СnH2n+1
    Предельные одноатомные спирты CnH2n+2O CnH2n+1–OH
    Многоатомные спирты CnH2n+2Ox CnH2n+2−x(OH)x
    Предельные альдегиды CnH2nO
    Кетоны CnH2nO
    O
    //
    CnH2n+1 C– O–CmH2m+1
    Фенолы CnH2n−6O С6Н5nH2n)–OH
    Предельные карбоновые кислоты CnH2nO2
    Сложные эфиры CnH2nO2
    O
    //
    CnH2n+1 C– O–CmH2m+1
    Амины CnH2n+3N СnH2n+1NH2
    Аминокислоты (предельные одноосновные) CnH2n+1NO2
    O
    //
    NH2 CH– C– OH
    C nH 2n+1

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по массовым долям атомов, входящих в его состав.

Решение таких задач состоит из двух частей:

  • сначала находят мольное соотношение атомов в веществе — оно соответствует его простейшей формуле. Например, для вещества состава АхВу соотношение количеств веществ А и В соответствует соотношению числа их атомов в молекуле:
    х : у = n(A) : n(B);
  • затем, используя молярную массу вещества, определяют его истинную формулу.
  1. Пример 1.
    Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.

Решение примера 1.

  1. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н — 15,79 г.
  2. Найдём количество вещества каждого атома:
    ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,
    ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.
  3. Определяем мольное соотношение атомов С и Н:
    С : Н = 7,0175 : 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1 : 2,25 (домножим на 4) = 4 : 9.
    Таким образом, простейшая формула — С4Н9.
  4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:
    М = D(возд.) • 29 = 114 г/моль.
    Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С4Н9 — 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.
    Значит, истинная формула — С8Н18.

Есть гораздо более простой метод решения такой задачи, но, к сожалению, за него не поставят полный балл. Зато он подойдёт для проверки истинной формулы, т.е. с его помощью вы можете проверить своё решение.

Метод 2: Находим истинную молярную массу (114 г/моль), а затем находим массы атомов углерода и водорода в этом веществе по их массовым долям.
m(C) = 114 • 0,8421 = 96; т.е. число атомов С 96/12 = 8
m(H) = 114 • 0,1579 = 18; т.е число атомов Н 18/1 = 18.
Формула вещества — С8Н18.

Ответ: С8Н18.

  1. Пример 2.
    Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.

Решение примера 2.

Общая формула алкина СnH2n−2
Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность ρ — это масса 1 литра газа при нормальных условиях.
Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4 л такого газа:
M = (плотность ρ) • (молярный объём Vm) = 2,41 г/л • 22,4 л/моль = 54 г/моль.
Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n:
14 • n − 2 = 54, n = 4.
Значит, алкин имеет формулу С4Н6.

Ответ: С4Н6.

  1. Пример 3.
    Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3•1022 молекул этого альдегида весят 4,3 г.

Решение примера 3.

В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо вновь найти величину молярной массы вещества.
Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в 1 моль вещества.
Это число Авогадро: Na = 6,02•1023 (молекул).
Значит, можно найти количество вещества альдегида:
ν = N / Na = 3•1022 / 6,02•1023 = 0,05 моль,
и молярную массу:
М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль.
Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим n.
Общая формула предельного альдегида СnH2nO, то есть М = 14n + 16 = 86, n = 5.

Ответ: С5Н10О, пентаналь.

  1. Пример 4.
    Определить формулу дихлоралкана, содержащего 31,86 % углерода.

Решение примера 4.

Общая формула дихлоралкана: СnH2nCl2, там 2 атома хлора и n атомов углерода.
Тогда массовая доля углерода равна:
ω(C) = (число атомов C в молекуле) • (атомная масса C) / (молекулярная масса дихлоралкана)
0,3186 = n • 12 / (14n + 71)
n = 3, вещество — дихлорпропан.

Ответ: С3Н6Cl2, дихлорпропан.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по продуктам сгорания.

В задачах на сгорание количества веществ элементов, входящих в исследуемое вещество, определяют по объёмам и массам продуктов сгорания — углекислого газа, воды, азота и других. Остальное решение — такое же, как и в первом типе задач.

  1. Пример 5.
    448 мл (н. у.) газообразного предельного нециклического углеводорода сожгли, и продукты реакции пропустили через избыток известковой воды, при этом образовалось 8 г осадка. Какой углеводород был взят?

Решение примера 5.

  1. Общая формула газообразного предельного нециклического углеводорода (алкана) — CnH2n+2
    Тогда схема реакции сгорания выглядит так:
    CnH2n+2 + О2 → CO2 + H2O
    Нетрудно заметить, что при сгорании 1 моль алкана выделится n моль углекислого газа.
    Количество вещества алкана находим по его объёму (не забудьте перевести миллилитры в литры!):
    ν(CnH2n+2) = 0,488 / 22,4 = 0,02 моль.
  2. При пропускании углекислого газа через известковую воду Са(ОН)2 выпадает осадок карбоната кальция:
    СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3 + Н2О
    Масса осадка карбоната кальция — 8 г, молярная масса карбоната кальция 100 г/моль.
    Значит, его количество вещества
    ν(СаСО3) = 8 / 100 = 0,08 моль.
    Количество вещества углекислого газа тоже 0,08 моль.
  3. Количество углекислого газа в 4 раза больше чем алкана, значит формула алкана С4Н10.

Ответ: С4Н10.

  1. Пример 6.
    Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8 г этого соединения образуется 15,68 л углекислого газа (н. у) и 12,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Решение примера 6.

Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как СхНуОz.

  1. Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):
    СхНуОz + О2 → CO2 + H2O
    Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.
  2. Находим количества веществ CO2 и H2O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:
    ν(CO2) = V / Vm = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.
    На одну молекулу CO2 приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько CO2.

    ν(C) = 0,7 моль
    ν(Н2О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.

    В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза больше, чем воды.
    ν(H) = 0,7 • 2 = 1,4 моль.

  3. Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.
    m(C) = 0,7 • 12 = 8,4 г, m(H) = 1,4 • 1 = 1,4 г
    Масса всего вещества 9,8 г.
    m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, т.е.в данном веществе нет атомов кислорода.
    Если бы кислород в данном веществе присутствовал, то по его массе можно было бы найти количество вещества и рассчитывать простейшую формулу, исходя из наличия трёх разных атомов.
  4. Дальнейшие действия вам уже знакомы: поиск простейшей и истинной формул.
    С : Н = 0,7 : 1,4 = 1 : 2
    Простейшая формула СН2.
  5. Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забудьте, что азот состоит из двухатомных молекул N2 и его молярная масса 28 г/моль):
    Mист. = Dпо N2 • M(N2) = 2 • 28 = 56 г/моль.
    Истиная формула СН2, её молярная масса 14.
    56 / 14 = 4.
    Истинная формула С4Н8.

Ответ: С4Н8.

  1. Пример 7.
    Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании 9 г которого образовалось 17,6 г CO2, 12,6 г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду — 22,5. Определить молекулярную формулу вещества.

Решение примера 7.

  1. Вещество содержит атомы С,Н и N. Так как масса азота в продуктах сгорания не дана, её надо будет рассчитывать, исходя из массы всего органического вещества.
    Схема реакции горения:
    СхНуNz + O2 → CO2 + H2O + N2
  2. Находим количества веществ CO2 и H2O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:

    ν(CO2) = m / M = 17,6 / 44 = 0,4 моль.
    ν(C) = 0,4 моль.
    ν(Н2О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.
    ν(H) = 0,7 • 2 = 1,4 моль.

  3. Находим массу азота в исходном веществе.
    Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.

    m(C) = 0,4 • 12 = 4,8 г,
    m(H) = 1,4 • 1 = 1,4 г

    Масса всего вещества 9,8 г.

    m(N) = 9 − 4,8 − 1,4 = 2,8 г ,
    ν(N) = m /M = 2,8 / 14 = 0,2 моль.

  4. C : H : N = 0,4 : 1,4 : 0,2 = 2 : 7 : 1
    Простейшая формула — С2Н7N.
    Истинная молярная масса
    М = Dпо Н2 • М(Н2) = 22,5 • 2 = 45 г/моль.
    Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества.

Ответ: С2Н7N.

  1. Пример 8.
    Вещества содержит С, Н, О и S. При сгорании 11 г его выделилось 8,8 г CO2, 5,4 г Н2О, а сера была полностью переведена в сульфат бария, масса которого оказалась равна 23,3 г. Определить формулу вещества.

Решение примера 8.

Формулу заданного вещества можно представить как CxHySzOk. При его сжигании получается углекислый газ, вода и сернистый газ, который затем превращают в сульфат бария. Соответственно, вся сера из исходного вещества превращена в сульфат бария.

  1. Находим количества веществ углекислого газа, воды и сульфата бария и соответствующих химических элементов из исследуемого вещества:

    ν(CO2) = m/M = 8,8/44 = 0,2 моль.
    ν(C) = 0,2 моль.
    ν(Н2О) = m / M = 5,4 / 18 = 0,3 моль.
    ν(H) = 0,6 моль.
    ν(BaSO4) = 23,3 / 233 = 0,1 моль.
    ν(S) = 0,1 моль.

  2. Рассчитываем предполагаемую массу кислорода в исходном веществе:

    m(C) = 0,2 • 12 = 2,4 г
    m(H) = 0,6 • 1 = 0,6 г
    m(S) = 0,1 • 32 = 3,2 г
    m(O) = mвещества − m(C) − m(H) − m(S) = 11 − 2,4 − 0,6 − 3,2 = 4,8 г,
    ν(O) = m / M = 4,8 / 16 = 0,3 моль

  3. Находим мольное соотношение элементов в веществе:
    C : H : S : O = 0,2 : 0,6 : 0,1 : 0,3 = 2 : 6 : 1 : 3
    Формула вещества C2H6SO3.
    Надо отметить, что таким образом мы получили только простейшую формулу.
    Однако, полученная формула является истинной, поскольку при попытке удвоения этой формулы (С4Н12S2O6) получается, что на 4 атома углерода, помимо серы и кислорода, приходится 12 атомов Н, а это невозможно.

Ответ: C2H6SO3.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по химическим свойствам.

  1. Пример 9.
    Определить формулу алкадиена, если г его могут обесцветить 80 г 2%-го раствора брома.

Решение примера 9.

  1. Общая формула алкадиенов — СnH2n−2.
    Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с 1 моль диена вступят 2 моль брома:
    СnH2n−2 + 2Br2 → СnH2n−2Br4
  2. Так как в задаче даны масса и процентная концентрация раствора брома, прореагировавшего с диеном, можно рассчитать количества вещества прореагировавшего брома:

    m(Br2) = mраствора • ω = 80 • 0,02 = 1,6 г
    ν(Br2) = m / M = 1,6 / 160 = 0,01 моль.

  3. Так как количество брома, вступившего в реакцию, в 2 раза больше, чем алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:
    0,005 0,01
    СnH2n−2  + 2Br2 СnH2n−2Br4

    Мдиена = m / ν = 3,4 / 0,05 = 68 г/моль.

  4. Находим формулу алкадиена по его общей формул, выражая молярную массу через n:

    14n − 2 = 68
    n = 5.

    Это пентадиен С5Н8.

Ответ: C5H8.

  1. Пример 10.
    При взаимодействии 0,74 г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для гидрирования 112 мл пропена (н. у.). Что это за спирт?

Решение примера 10.

  1. Формула предельного одноатомного спирта — CnH2n+1OH. Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции — т.е. с выделенной отдельно группой ОН.
  2. Составим уравнения реакций (нельзя забывать о необходимости уравнивать реакции):

    2CnH2n+1OH + 2Na

    2CnH2n+1ONa + H2
    C3H6 + H2

    C3H8

  3. Можно найти количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:

    ν(C3H6) = V / Vm = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль => ν(H2) = 0,005 моль,
    νспирта = 0,005 • 2 = 0,01 моль.

  4. Находим молярную массу спирта и n:

    Mспирта = m / ν = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль,
    14n + 18 = 74
    14n = 56
    n = 4.

    Спирт — бутанол С4Н7ОН.

Ответ: C4H7OH.

  1. Пример 11.
    Определить формулу сложного эфира, при гидролизе 2,64 г которого выделяется 1,38 г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты.

Решение примера 11.

  1. Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде:
    CnH2n+1COOCmH2m+1
    Соответственно, спирт будет иметь формулу
    CmH2m+1OH,
    а кислота
    CnH2n+1COOH.
    Уравнение гидролиза сложного эфира:
    CnH2n+1COOCmH2m+1 + H2O → CmH2m+1OH + CnH2n+1COOH
  2. Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны.
    Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:

    mH2O = (масса кислоты) + (масса спирта) − (масса эфира) = 1,38 + 1,8 − 2,64 = 0,54 г
    νH2O = m / M = 0,54 / 18 = 0,03 моль

    Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны моль.
    Можно найти их молярные массы:

    Мкислоты = m / ν = 1,8 / 0,03 = 60 г/моль,
    Мспирта = 1,38 / 0,03 = 46 г/моль.

    Получим два уравнения, из которых найдём m и n:

    MCnH2n+1COOH = 14n + 46 = 60, n = 1 — уксусная кислота
    MCmH2m+1OH = 14m + 18 = 46, m = 2 — этанол.

    Таким образом, искомый эфир — это этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат.

Ответ: CH3COOC2H5.

  1. Пример 12.
    Определить формулу аминокислоты, если при действии на 8,9 г её избытком гидроксида натрия можно получить 11,1 г натриевой соли этой кислоты.

Решение примера 12.

  1. Общая формула аминокислоты (если считать, что она не содержит никаких других функциональных групп, кроме одной аминогруппы и одной карбоксильной):
    NH2–CH(R)–COOH.
    Можно было бы записать её разными способами, но для удобства написания уравнения реакции лучше выделять в формуле аминокислоты функциональные группы отдельно.
  2. Можно составить уравнение реакции этой аминокислоты с гидроксидом натрия:
    NH2–CH(R)–COOH + NaOH → NH2–CH(R)–COONa + H2O
    Количества вещества аминокислоты и её натриевой соли — равны. При этом мы не можем найти массу какого-либо из веществ в уравнении реакции. Поэтому в таких задачах надо выразить количества веществ аминокислоты и её соли через молярные массы и приравнять их:

    M(аминокислоты NH2–CH(R)–COOH) = 74 + МR
    M(соли NH2–CH(R)–COONa) = 96 + МR
    νаминокислоты = 8,9 / (74 + МR),
    νсоли = 11,1 / (96 + МR)
    8,9 / (74 + МR) = 11,1 / (96 + МR)
    МR = 15

    Легко увидеть, что R = CH3.
    Можно это сделать математически, если принять, что R — CnH2n+1.
    14n + 1 = 15, n = 1.
    Это аланин — аминопропановая кислота.

Ответ: NH2–CH(CH3)–COOH.

к оглавлению ▴

Задачи для самостоятельного решения.

Часть 1. Определение формулы вещества по составу.

1–1. Плотность углеводорода при нормальных условиях равна 1,964 г/л. Массовая доля углерода в нем равна 81,82%. Выведите молекулярную формулу этого углеводорода.

1–2. Массовая доля углерода в диамине равна 48,65%, массовая доля азота равна 37,84%. Выведите молекулярную формулу диамина.

1–3. Относительная плотность паров предельной двухосновной карбоновой кислоты по воздуху равна 4,07. Выведите молекулярную формулу карбоновой кислоты.

1–4. 2 л алкадиена при н.у. имеет массу, равную 4,82 г. Выведите молекулярную формулу алкадиена.

1–5. (ЕГЭ–2011) Установите формулу предельной одноосновной карбоновой кислоты, кальциевая соль которой содержит 30,77 % кальция.

к оглавлению ▴

Часть 2. Определение формулы вещества по продуктам сгорания.

2–1. Относительная плотность паров органического соединения по сернистому газу равна 2. При сжигании 19,2 г этого вещества образуется 52,8 г углекислого газа (н.у.) и 21,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

2–2. При сжигании органического вещества массой 1,78 г в избытке кислорода получили 0,28 г азота, 1,344 л (н.у.) СО2 и 1,26 г воды. Определите молекулярную формулу вещества, зная, что в указанной навеске вещества содержится 1,204•1022 молекул.

2–3. Углекислый газ, полученный при сгорании 3,4 г углеводорода, пропустили через избыток раствора гидроксида кальция и получили 25 г осадка. Выведите простейшую формулу углеводорода.

2–4. При сгорании органического вещества, содержащего С, Н и хлор, выделилось 6,72 л (н.у.) углекислого газа, 5,4 г воды, 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего вещества.

2–5. (ЕГЭ–2011) При сгорании амина выделилось 0,448 л (н.у.) углекислого газа, 0,495 г воды и 0,056 л азота. Определить молекулярную формулу этого амина.

к оглавлению ▴

Часть 3. Определение формулы вещества по химическим свойствам.

3–1. Определить формулу алкена, если известно, что он 5,6 г его при присоединении воды образуют 7,4 г спирта.

3–2. Для окисления 2,9 г предельного альдегида до кислоты потребовалось 9,8 г гидроксида меди (II). Определить формулу альдегида.

3–3. Одноосновная моноаминокислота массой 3 г с избытком бромоводорода образует 6,24 г соли. Определить формулу аминокислоты.

3–4. При взаимодействии предельного двухатомного спирта массой 2,7 г с избытком калия выделилось 0,672 л водорода. Определить формулу спирта.

3–5. (ЕГЭ–2011) При окислении предельного одноатомного спирта оксидом меди (II) получили 9,73 г альдегида, 8,65 г меди и воду. Определить молекулярную формулу этого спирта.

к оглавлению ▴

Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.

1–1. С3Н8

1–2. С3Н6(NH2)2

1–3. C2H4(COOH)2

1–4. C4H6

1–5. (HCOO)2Ca — формиат кальция, соль муравьиной кислоты

2–1. С8Н16О

2–2. С3Н7NO

2–3. С5Н8 (массу водорода находим, вычитая из массы углеводорода массу углерода)

2–4. C3H7Cl (не забудьте, что атомы водорода содержатся не только в воде, но и в HCl)

2–5. C4H11N

3–1. С4Н8

3–2. С3Н6О

3–3. С2Н5NO2

3–4. C4H8(OH)2

3–5. C4H9OH

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Химия, часть С. Задача С5. Определение формул органических веществ.» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам.
Чтобы успешно сдать нужные и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена:
08.05.2023

определите молекулярную формулу алкана, если относительная плотность его паров по воздуху равна 2.483 помогите!!!!

Светило науки — 731 ответ — 18129 раз оказано помощи

Mr(вещества) = D(возд) х Mr(возд) = 2,483 х 29 = 72

Общая формула алкана CnH2n+2. Составляем уравнение:

14n + 2 = 72

14n = 72-2

14n = 70

n = 5

Подставляем в общую формулу. Получаем С5H12 — пентан

Проверка Mr(C5H12) = 12 x 5 + 1 x 12 = 72/

oli4ik33

Светило науки — 608 ответов — 8513 раз оказано помощи

Mr (  алкана) = Dвоздуха *  Mr ( воздуха)   = 2,483 * 29 = 72 

10 класс

Тема: Решение задач на нахождение молекулярной формулы органического соединения.

Цель: 1) продолжить развивать умения решать цепочки превращений веществ; 2) продолжить формировать умения называть вещества согласно международной номенклатуре и определять типы химических реакций; 3) научить находить молекулярную формулу вещества через относительную плотность газов и плотность вещества.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

Фронтальный опрос (устно), химический диктант (письменно).

III. Получение знаний.

1. Решите цепочки превращений веществ, определите типы химических реакций:
а) С → СН
4 → СН3Cl → СН2Cl2→ СНCl3→ СCl4
б) С
3Н8 → С3Н7Cl → С6Н14→ С6Н12 
     ↓     
   СO
2  Ответы:

а) С + 2H2→ СН4 (присоединение)
СН
4 + Сl2→ СН3Cl + HCl (замещение)
СН
3Cl + Сl2→ СН2Cl2 + HCl (замещение) 
СН
2Cl2+ Сl2→ СНCl3 + HCl (замещение)
СНCl
3+ Сl2→ СCl4 + HCl (замещение) 

б) С

3Н8 + Сl2 → С3Н7Cl + HCl (замещение)
3Н7Cl + 2Na → С6Н14 + 2NaCl (замещение, реакция Вюрца)
С
6Н14→ С6Н12 + Н2 (отщепление)
С
3Н8 + 5О2→ 3СO2 + 4Н2O (горение)

2. Задача на нахождение молекулярной формулы

Теория и реальность

Нахождение молекулярной формулы 
Существует простой вариант решения задач подобного типа, позволяющий сразу определять формулу вещества, воспользовавшись следующим выражением:
индекс =(ω • M
r) / (Ar• 100%) ;
где A
r — относительная атомная масса элемента, индекс которого находят;
ω — массовая доля элемента,индекс которого находят; 
M
r — относительная молекулярная масса вещества;
M
r можно рассчитать, пользуясь плотностью вещества или относительной плотностью газов. 
1. Через D — относительную плотность газов: М
r(вещества) = D(газа) • Mr(газа)
2. Через ρ — плотность вещества: M =ρ • Vm

  Найдите молекулярную формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором составляет 80%, относительная плотность вещества по водороду равна 15.
Составим Дано:
D(Н
2) =15
ω(C) = 80% 
Найти: С
хНу — ?
Решение:
М
rхНу) = D(Н2) • Mr2) = 15 • 2 = 30
Найдем индексы х и у:
Т.к. х — это индекс углерода, то в формулу для расчета подставляем данные относящиеся к элементу углероду:
индекс х =(ω(С) • M
r) / (Ar(С)• 100%) =(80% • 30)/(12 • 100%)= 2;
Теперь найдем индекс водорода — у (в формулу для расчета теперь подставим массовую долю и атомную массу водорода. Массовая доля водорода вычисляется как разность: 100% — ω(С)): 
у =(ω(Н) • M
r) / (Ar(Н)• 100%) =(20% • 30)/(1 • 100%)= 6;
Ответ: С2Н6 — предельный углеводород

  Плотность вещества при н.у. составляет 2,41 г/л. массовая доля углерода в веществе равна 88,9%, а водорода — 11,1%. Какова молекулярная формула вещества?
Составим  Дано:
ρ = 2,41 г/л
ω(C) = 88,9% 
ω(Н) = 11,1% 
Vm = 22,4 л/моль
Найти: С
хНу — ?
Решение:
M =ρ • Vm = 2,41 г/л •22,4 л/моль = 54 г/моль
М
rхНу) = 54
Найдем индексы х и у:
Т.к. х — это индекс углерода, то в формулу для расчета подставляем данные относящиеся к элементу углероду:
индекс х =(ω(С) • M
r) / (Ar(С)• 100%) =(88,9% • 54)/(12 • 100%)= 4;
Теперь найдем индекс водорода — у (в формулу для расчета теперь подставим массовую долю и атомную массу водорода.): 
у =(ω(Н) • M
r) / (Ar(Н)• 100%) =(11,1% • 54)/(1 • 100%)= 6;
Ответ: С4Н6 — — непредельный углеводород (либо с двумя двойными, либо с тройной связью). 

IV. Закрепление полученных знаний.
Найдите молекулярную формулу углеводорода, содержащего 82,8% углерода и 17,2% водорода. Относительная плотность вещества по воздуху равна 2. (Молекулярная масса воздуха равна 29)
Ответ: С
4Н10 — — предельный углеводород.

V. Домашнее задание.

Индивидуальные задания

Индивидуальные задания

1. Относительная плотность паров алкана по водороду равна 50. Выведите молекулярную формулу алкана.

2. Относительная плотность паров алкана по воздуху равна 7,31. Выведите молекулярную формулу алкана.

3. Относительная плотность паров углеводорода по водороду равна 36. Массовые доли углерода и водорода в нем равны соответственно 83,33% и 16,67%. Выведите молекулярную формулу этого углеводорода.

4. Плотность углеводорода при нормальных условиях равна 2,59 г/л. Массовая доля углерода в нем равна 82,76%. Выведите молекулярную формулу этого углеводорода.

https://sites.google.com/site/c5zadachi/_/rsrc/1303576140926/primery-zadac/alkany/1-4.jpg

5. Относительная плотность паров органического соединения по кислороду равна 1,375. При сжигании 4,4 г этого вещества образуется 13,2 г диоксида углерода и 7,2 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

https://sites.google.com/site/c5zadachi/_/rsrc/1303576169672/primery-zadac/alkany/1-5.jpg

6. Относительная плотность паров органического соединения по водороду равна 71. При сжигании 2,84 г этого вещества образуется 4,48 л диоксида углерода (н. у.) и 3,96 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

https://sites.google.com/site/c5zadachi/_/rsrc/1303576204944/primery-zadac/alkany/1-6.jpg

C:UsersДАРЬЯDesktop1-1.jpg

C:UsersДАРЬЯDesktop1-2.jpg

C:UsersДАРЬЯDesktop1-3.jpg

C:UsersДАРЬЯDesktop1-4.jpg

C:UsersДАРЬЯDesktop1-5.jpg

C:UsersДАРЬЯDesktop1-6.jpg

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как составить план подведения итогов года
  • Как найти новую привычку
  • Как найти уравнение медианы пространстве
  • Как найти качественный линолеум
  • Как найти майнинг на телефоне