Как найти плотность в химии задачи

Относительная плотность по… задачи

24-Фев-2013 | комментариев 26 | Лолита Окольнова

В ЕГЭ иногда встречаются задачи (часть С последнее задание), где в условии дана относительная плотность вещества по… водороду, кислороду, воздуху, азоту и т.д.

Например:

Относительная плотность вещества  – отношение плотности вещества Б к плотности вещества А

Относительная плотность  — величина безразмерная

Формула достаточно простая, и из нее вытекает другая формула —

Формула молярной массы вещества

Mr1 = D•Mr2

• Если дана относительная плотность паров по водороду, то Mr (вещества)=Mr(H2)•D=2 гмоль • D;
• если дана относительная плотность по воздуху, то Mr (вещества)=Mr(воздуха)•D=29 гмоль • D (обратите внимание, Mr(воздуха) принята равной 29 гмоль);

и т.д.

В условии задачи может быть полная формулировка — «относительная плотность (паров)…», а может быть просто «плотность вещества по…»

Давайте решим нашу задачу:

Дана плотность паров вещества по воздуху, значит, нам подходит формула  молярной массы вещества —

Mr (вещества)=Mr(воздуха)•D=29 гмоль • D

Mr(вещества)=29 гмоль • 1.448 = 42 гмоль

Нам дан углеводород — СхHy, значит, мы можем найти Mr(Cx и Mr(Hy). Обратите внимание, именно молярные массы, т.к.у нас несколько атомов углерода и водорода.

Для этого надо молярную массу вещества умножить на процентное содержание элемента:

Mr(Cx)=Mr(вещества)•ω

Mr(Cx)= 42 гмоль · 0.8571=36 гмоль

x=Mr(Cx)Ar(C)=36 гмоль ÷ 12 гмоль =3.

Точно  так же находим все данные для водорода:

Mr(Hy)=Mr(вещества)•ω

Mr(Hy)= 42 гмоль · 0.1429=6 гмоль

x=Mr(Hy)Ar(H)=6 гмоль ÷ 1 гмоль =6.

Искомое вещество — C3H6 — пропен.

Еще раз повторим определение —

Относительная плотность газа – это сравнение молярной или относительной молекулярной массы одного газа с аналогичным показателем другого газа.

Дана относительная плотность по аргону.

Mr (вещества)=Ar(Ar)•D

Mr (CxHy)=40 гмоль ·1.05=42 гмоль

Запишем уравнение горения:

СхHy + O2 = xCO2 + y2H2O

Найдем количество углекислого газа и воды:

n(CO2)=V22,4 лмоль = 33.622.4=1.5

n(H2O)=mMr=2718=1.5

Соотношение х : y2 как 1.5 : 1.5, т.е. y=2x, что соответствует общей формуле алкенов: CnH2n

 
Выражаем в общем виде молярную массу: Mr=Mr(C) + Mr(H)
 

12n +2n=42

n=3

Наше вещество — C3H6 — пропен

---

• pадание ЕГЭ по этой теме — задачи С5

---

Обсуждение: «Относительная плотность по… задачи»

(Правила комментирования)

В этой статье мы коснемся нескольких краеугольных понятий в химии, без которых совершенно невозможно
решение задач. Старайтесь понять смысл физических величин, чтобы усвоить эту тему.

Я постараюсь приводить как можно больше примеров по ходу этой статьи, в ходе изучения вы увидите множество примеров
по данной теме.

Относительная атомная масса — A_r

Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической
таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.

Относительная молекулярная масса — M_r

Относительная молекулярная масса складывается из суммы относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав вещества.
В качестве примера найдем относительные молекулярные массы кислорода, воды, перманганата калия и медного купороса:

M_r (O₂) = (2 × A_r(O)) = 2 × 16 = 32

M_r (H₂O) = (2 × A_r(H)) + A_r(O) = (2 × 1) + 16 = 18

M_r (KMnO₄) = A_r(K) + A_r(Mn) + (4 × A_r(O)) = 39 + 55 + (4 * 16) = 158

M_r (CuSO₄*5H₂O) = A_r(Cu) + A_r(S) + (4 × A_r(O)) + (5 × ((A_r(H) × 2) +
A_r(O))) = 64 + 32 + (4 × 16) + (5 × ((1 × 2) + 16)) = 160 + 5 * 18 = 250

Моль и число Авогадро

Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц
этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа ¹²C, т.е. 6 × 10²³.

Число Авогадро (постоянная Авогадро, N_A) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.

Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая
показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества. Один моль любого вещества
содержит 6.02 × 10²³ атомов/молекул/ионов — вот самое важное, что сейчас нужно понять.

Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии
обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).

Рассчитаем по формуле: ν = N/N_A количество вещества 3.01 × 10²³ молекул воды и 12.04 × 10²³ атомов углерода.

Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода. Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти
количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.

Молярная масса — M

Молярная масса — масса одного моля вещества, выражается в «г/моль» (грамм/моль). Численно совпадает с изученной нами ранее
относительной молекулярной массой.

Рассчитаем молярные массы CaCO₃, HCl и N₂

M (CaCO₃) = A_r(Ca) + A_r(C) + (3 × A_r(O)) = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 г/моль

M (HCl) = A_r(H) + A_r(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль

M (N₂) = A_r(N) × 2 = 14 × 2 = 28 г/моль

Полученные знания не должны быть отрывочны, из них следует создать цельную систему. Обратите внимание: только что мы рассчитали
молярные массы — массы одного моля вещества. Вспомните про число Авогадро.

Получается, что, несмотря на одинаковое число молекул в 1 моле (1 моль любого вещества содержит 6.02 × 10²³ молекул),
молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 10²³ молекул N₂ весят 28 грамм, а такое же количество молекул
HCl — 36.5 грамм.

Это связано с тем, что, хоть количество молекул одинаково — 6.02 × 10²³, в их состав входят разные атомы, поэтому и
массы получаются разные.

Часто в задачах бывает дана масса, а от вас требуется рассчитать количество вещества, чтобы перейти к другому веществу в реакции.
Сейчас мы определим количество вещества (моль) 70 грамм N₂, 50 грамм CaCO₃, 109.5 грамм HCl. Их молярные
массы были найдены нам уже чуть раньше, что ускорит ход решения.

ν (CaCO₃) = m(CaCO₃) : M(CaCO₃) = 50 г. : 100 г/моль = 0.5 моль

ν (HCl) = m(HCl) : M(HCl) = 109.5 г. : 36.5 г/моль = 3 моль

Иногда в задачах может быть дано число молекул, а вам требуется рассчитать массу, которую они занимают. Здесь нужно использовать
количество вещества (моль) как посредника, который поможет решить поставленную задачу.

Предположим нам дали 15.05 × 10²³ молекул азота, 3.01 × 10²³ молекул CaCO₃ и 18.06 × 10²³ молекул
HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать
моль и число Авогадро.

Теперь вы всесторонне посвящены в тему. Надеюсь, что вы поняли, как связаны молярная масса, число Авогадро и количество вещества.
Практика — лучший учитель. Найдите самостоятельно подобные значения для оставшихся CaCO₃ и HCl.

Молярный объем

Молярный объем — объем, занимаемый одним молем вещества. Примерно одинаков для всех газов при стандартной температуре
и давлении составляет 22.4 л/моль. Он обозначается как — V_M.

Подключим к нашей системе еще одно понятие. Предлагаю найти количество вещества, количество молекул и массу газа объемом
33.6 литра. Поскольку показательно молярного объема при н.у. — константа (22.4 л/моль), то совершенно неважно, какой газ мы
возьмем: хлор, азот или сероводород.

Запомните, что 1 моль любого газа занимает объем 22.4 литра. Итак, приступим к решению задачи. Поскольку какой-то газ
все же надо выбрать, выберем хлор — Cl₂.

Моль (количество вещества) — самое гибкое из всех понятий в химии. Количество вещества позволяет вам перейти и к
числу Авогадро, и к массе, и к объему. Если вы усвоили это, то главная задача данной статьи — выполнена

Относительная плотность и газы — D

Относительной плотностью газа называют отношение молярных масс (плотностей) двух газов. Она показывает, во сколько раз одно вещество
легче/тяжелее другого. D = M (1 вещества) / M (2 вещества).

В задачах бывает дано неизвестное вещество, однако известна его плотность по водороду, азоту, кислороду или
воздуху. Для того чтобы найти молярную массу вещества, следует умножить значение плотности на молярную массу
газа, по которому дана плотность.

Запомните, что молярная масса воздуха = 29 г/моль. Лучше объяснить, что такое плотность и с чем ее едят на примере.
Нам нужно найти молярную массу неизвестного вещества, плотность которого по воздуху 2.5

Предлагаю самостоятельно решить следующую задачку (ниже вы найдете решение): «Плотность неизвестного вещества по
кислороду 3.5, найдите молярную массу неизвестного вещества»

Относительная плотность и водный раствор — ρ

Пишу об этом из-за исключительной важности в решении
сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность. Обозначается греческой буквой ρ.

Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы
измерения плотности: г/мл, г/см³, кг/м³ и т.д.

Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не
запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так
вы точно не запутаетесь.

Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки,
если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.

В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае
вы бы получили граммы в квадрате

К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.76 г/мл. Нужно найти объем раствора.

Массовая доля — ω

Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит
как растворитель, так и само растворенное вещество.

Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю
в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.

Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.

Перейти к содержимому

Автор статьи — профессиональный репетитор О. В. Овчинникова.

Задача 33 на ЕГЭ по химии — это определение формулы органического вещества. Часто выпускники теряют баллы на этой задаче. Причин несколько:

1. Некорректное оформление;
2. Решение не математическим путем, а методом перебора;
3. Неверно составленная общая формула вещества;
4. Ошибки при написании требуемых уравнений реакций с участием найденного вещества.

к оглавлению ▴

Типы задач в задании 33.

1. 1. Определение молекулярной формулы вещества по массовым долям химических элементов или по общей формуле вещества, а затем его структурной формулы по химическим свойствам;
2. 2. Определение молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания, а затем его структурной формулы по химическим свойствам.

Стоит отметить, что во всех подобных заданиях ЕГЭ требуется написать уравнение реакции, в котором принимает участие искомое вещество. Так что знание реакций тоже необходимо.

к оглавлению ▴

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 содержится атома углерода и атома водорода. Если взять молекулу такого вещества, то его молекулярная масса будет равна: а.е.м. и там содержится а.е.м. углерода.

   Чтобы найти массовую долю углерода в этом веществе, надо его массу разделить на массу всего вещества:

   или

   Если вещество имеет общую формулу , то массовые доли каждого их атомов так же равны отношению их массы к массе всего вещества. Масса атомов равна , масса атомов , масса атомов кислорода

   Тогда

   

   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, — истинная формула бензола.

   Простейшая (эмпирическая) формула — показывает соотношение атомов в веществе.
   Например, для бензола соотношение , т.е. простейшая формула бензола — .
   Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.

   Примеры.

   Вещество	Молекулярная формула	Соотношение атомов	Простейшая формула
   Этанол
   Бутен
   Уксусная кислота

   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 по газу

   Относительная плотность — это величина, которая показывает, во сколько раз газ тяжелее газа . Её рассчитывают как отношение молярных масс газов и :

   

   Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.

   Относительная плотность газа по водороду:

   

   Воздух — это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
   Поэтому:

   

4. Абсолютная плотность газа при нормальных условиях.Абсолютная плотность газа — это масса л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.

   

   Если взять моль газа, то тогда:

   ,

   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		—
   Алкены
   Алкины
   Диены		—
   Гомологи бензола
   Предельные одноатомные спирты
   Многоатомные спирты
   Предельные альдегиды
   Кетоны
   Фенолы
   Предельные карбоновые кислоты
   Сложные эфиры
   Амины
   Аминокислоты (предельные одноосновные)

к оглавлению ▴

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

Решение таких задач состоит из двух частей:

1. Пример 1.
   Определить формулу вещества, если оно содержит и и имеет относительную плотность по воздуху, равную .

Решение примера 1.

1. Пусть масса вещества равна г. Тогда масса будет равна г, а масса г.
2. Найдём количество вещества каждого атома:

   моль,

   моль.

3. Определяем мольное соотношение атомов и :

   (сократим оба числа на меньшее) (домножим на )

   Таким образом, простейшая формула . Однако вещества с такой формулой не существует. Для нахождения молекулярной формулы нам потребуется домножать простейшую формулу на небольшие числа: 2, 3 и т. п. Например при домножении эмпирической формулы на 2 мы получаем алкан, имеющий в своём составе 8 атомов углерода: .
   Чтобы проверить, правильна ли найденная нами формула, необходимо использовать дополнительные данные, которые всегда указаны в задаче. Это могут быть либо химические свойства вещества, либо информация, позволяющая вычислить его молярную массу. В данном случае дана относительная плотность соединения по воздуху.

4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:

   г/моль.

   Молярная масса, соответствующая простейшей формуле г/моль, это в раза меньше истинно молярной массы.

   Значит, истинная формула .

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 ( г/моль), а затем находим массы атомов углерода и водорода в этом веществе по их массовым долям.

т.е. число атомов

т.е число атомов

Формула вещества .

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

Решение примера 2.

Общая формула алкина

Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность — это масса литра газа при нормальных условиях.

Так как моль вещества занимает объём л, то необходимо узнать, сколько весят л такого газа:

плотность молярный объём г/л л/моль = г/моль.

Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и :

Значит, алкин имеет формулу

1. Пример 3.
   Определить формулу предельного альдегида, если известно, что молекул этого альдегида весят 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 моль вещества.

Это число Авогадро: (молекул).

Значит, можно найти количество вещества альдегида:

моль,

и молярную массу:

г/моль.

Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим .

Общая формула предельного альдегида , то есть .

1. Пример 4.
   Определить формулу дихлоралкана, содержащего углерода.

Решение примера 4.

Общая формула дихлоралкана: , там атома хлора и атомов углерода.

Тогда массовая доля углерода равна:

число атомов в молекулеатомная масса молекулярная масса дихлоралкана

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

Решение примера 5.

1. Общая формула газообразного предельного нециклического углеводорода (алкана) —

   Тогда схема реакции сгорания выглядит так:

   

   Нетрудно заметить, что при сгорании моль алкана выделится моль углекислого газа.

   Количество вещества алкана находим по его объёму (не забудьте перевести миллилитры в литры!):

   моль.

2. При пропускании углекислого газа через известковую воду выпадает осадок карбоната кальция:

   

   Масса осадка карбоната кальция — г, молярная масса карбоната кальция г/моль.

   Значит, его количество вещества

   моль.

   Количество вещества углекислого газа тоже моль.

3. Количество углекислого газа в раза больше чем алкана, значит формула алкана .

1. Пример 6.
   Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна . При сжигании г этого соединения образуется л углекислого газа (н. у) и 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 и, возможно, . Поэтому его общую формулу можно записать как .

1. Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):

   

   Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.

2. Находим количества веществ и , и определяем, сколько моль атомов и в них содержится:

   моль.

   На одну молекулу приходится один атом , значит, углерода столько же моль, сколько .

   моль

   моль.

   В одной молекуле воды содержатся два атома , значит количество водорода в два раза больше, чем воды.

   моль.

3. Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы и .

   г, г

   Масса всего вещества г.

   , 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.

   

   Простейшая формула .

5. Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забудьте, что азот состоит из двухатомных молекул и его молярная масса г/моль):

   г/моль.

   Истиная формула , её молярная масса .

   

   Истинная формула .

1. Пример 7.
   Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании г которого образовалось г г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду — . Определить молекулярную формулу вещества.

Решение примера 7.

1. Вещество содержит атомы и . Так как масса азота в продуктах сгорания не дана, её надо будет рассчитывать, исходя из массы всего органического вещества.
   Схема реакции горения:

   

2. Находим количества веществ и , и определяем, сколько моль атомов и в них содержится:
3. Находим массу азота в исходном веществе.

   Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы и .

   г,

   г

   Масса всего вещества г.

   г ,

   моль.

4. 

   Простейшая формула —

   Истинная молярная масса

   г/моль.

   Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества.

1. Пример 8.
   Вещества содержит и . При сгорании г его выделилось г г , а сера была полностью переведена в сульфат бария, масса которого оказалась равна г. Определить формулу вещества.

Решение примера 8.

Формулу заданного вещества можно представить как 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:

   моль.

   моль.

   моль.

   моль.

   моль.

   моль.

2. Рассчитываем предполагаемую массу кислорода в исходном веществе:
3. Находим мольное соотношение элементов в веществе:

   

   Формула вещества

   Надо отметить, что таким образом мы получили только простейшую формулу.

   Однако, полученная формула является истинной, поскольку при попытке удвоения этой формулы получается, что на 4 атома углерода, помимо серы и кислорода, приходится 12 атомов Н, а это невозможно.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по химическим свойствам.

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

Решение примера 9.

1. Общая формула алкадиенов — .

   Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с моль диена вступят моль брома:

   

2. Так как в задаче даны масса и процентная концентрация раствора брома, прореагировавшего с диеном, можно рассчитать количества вещества прореагировавшего брома:

   г

   моль.

3. Так как количество брома, вступившего в реакцию, в раза больше, чем алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:

   г/моль.

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

   

   

   Это пентадиен .

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

Решение примера 10.

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

   

   

3. Можно найти количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:
4. Находим молярную массу спирта и :

   Спирт — бутанол .

1. Пример 11.
   Определить формулу сложного эфира, при гидролизе г которого выделяется г спирта и 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:

   

   Соответственно, спирт будет иметь формулу

   ,

   а кислота

   .

   Уравнение гидролиза сложного эфира:

   

2. Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны.

   Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:

   = (масса кислоты) + (масса спирта) − (масса эфира) = г

   моль

   Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны моль.

   Можно найти их молярные массы:

   г/моль,

   г/моль.

   Получим два уравнения, из которых найдём и :

   — уксусная кислота

   — этанол.

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

1. Пример 12.
   Определить формулу аминокислоты, если при действии на г её избытком гидроксида натрия можно получить 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):

   .

   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:

   

   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:

   Легко увидеть, что .

   Можно это сделать математически, если принять, что .

   .

   Это аланин — аминопропановая кислота.

Однако на данном этапе решение задачи не заканчивается. В ней требуется установить и структурную формулу вещества. Вот пример подобного задания:
При сгорании 5,8 г органического вещества образуется 6,72 л углекислого газа и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2.

Установлено, что это вещество не взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра, но каталитически восстанавливается водородом с образованием вторичного спирта и способно окисляться подкисленным раствором перманганата калия до карбоновой кислоты и углекислого газа. На основании этих данных:

1) установите простейшую формулу исходного вещества,
2) составьте его структурную формулу,
3) приведите уравнение реакции его взаимодействия с водородом.

(источник: Типовые тестовые задания по химии, под редакцией Ю. Н. Медведева. 2015 г.)

В первой части задачи в результате вычислений мы находим молекулярную формулу соединения: C3H6O. Затем начинаем путём логических размышлений находить структурную формулу. Общая формула CnH2nO характерна для альдегидов и кетонов, так же возможно предположить спирт: пропен-2-ол-1 (напомним: соединение с гидроксильной группы у атома углерода, образующего двойную связь является неустойчивым). Во-первых, данное вещество не подвергается окислению аммиачным раствором оксида серебра, значит, это не альдегид. Во-вторых, данное вещество каталитически восстанавливается водородом с образованием вторичного спирта, а значит, это не спирт. Единственный оставшийся вариант – кетон, а именно – ацетон. Подтверждает это и возможность окисления соединения кислым перманганатом калия до углекислого газа и карбоновой кислоты. Написание уравнения реакции уже не должно вызвать затруднений.

к оглавлению ▴

Задачи для самостоятельного решения.

В ходе решения таких задач рекомендуется придерживаться алгоритма:

• внимательно прочитать условие задачи и выяснить, что у вас спрашивают;
• написать соответствующую формулу и проанализировать её;
• найти числовые значения требуемых величин, каждый раз записывая вначале формулу, а затем расчёт, учитывая размерность величин.

Задачи по теме «Газы»

Известно, что вещества при нормальных условиях (н. у.) могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном. В твёрдом и жидком состояниях между молекулами (атомами) вещества имеются довольно сильные взаимодействия, в результате чего частицы находятся на небольших расстояниях друг от друга (рис. 30).

В газах расстояния между частицами очень велики, и силы взаимодействия ничтожны (рис. 31).

Поэтому равные объёмы любых газов содержат одинаковое число молекул. Это формулировка закона АВОГАДРО.

Следствием этого закона является:

1 моль любого газа при нормальных условиях (н. у.) занимает объём 22,4 литра.

Эта величина (22,4 л/моль) является молярным объёмом газа (V_М):

где V_M — молярный объём газа, моль/л; V — объём газа, л; ν — количество вещества газа, моль.

Таким образом, зная массу газа, можно определить:

Но для того же газа из формулы (1) имеем:

Отсюда для любого газа выполняется соотношение:

Задача 3. Какую массу имеет кислород объёмом 7 л?

Задача 4. Какой объём занимает азот массой 14 г?

Задача 5. Чему равна молярная масса газа, 1 л которого имеет массу 1,25 г?

Ответ. Молярная масса неизвестного газа 28 г/моль.

Пользуясь этими формулами, можно рассчитать объём, массу, молярную массу газа, например:

Известно, что

где ρ — плотность газа (г/л), поэтому:

ПОМНИТЕ! Эти формулы можно использовать лишь тогда, когда данные задачи (плотность газа, его объём) измерены при н. у.: 273 К, 1 атм.

Из формулы (3) вытекает понятие об относительной плотности газов (D_x). Эта величина, равная отношению плотностей двух газов:

где ρ₁ и М₁ — плотность и молярная масса одного газа, а ρ₂ и М₂ — плотность и молярная масса другого газа.

Относительная плотность газа показывает, во сколько раз данный газ тяжелее второго газа. Пользуясь этой формулой, можно легко определить молярную массу данного газа:

Выполняя такие расчёты, следует помнить, что:

• любая смесь газов, например воздух, именуется в задачах словом «газ»;
• средняя молярная масса воздуха, как показывают расчёты, равна 29 г/моль;
• по умолчанию, если не сказано иного, расчёты ведут для н. у.: 273 К, 1 атм.

Задача 6. Определить молярную массу газа, если:

а) плотность его равна 1,25 г/л;
б) плотность его по кислороду равна 0,75.

Решение.

Состав смеси газов, как правило, измеряют в объёмных процентах φ (фи).

Второе следствие, при помощи которого была экспериментально подтверждена гипотеза Авогадро (гипотеза стала законом уже после смерти автора!), заключается в следующем: объемы реагирующих газов относятся как их коэффициенты в соответствующем уравнении реакции.

Это следствие позволяет решать задачи «в уме», если известны объёмы реагирующих газов или количества вещества для них.

Задача 7. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 6 л пропана?

Из уравнения реакции:

видно, что молярное соотношение пропана и кислорода составляет 1 : 5. Таким образом, объём кислорода в пять раз больше объёма пропана.

Ответ. Требуется 5 · 6 = 30 л кислорода.

Задачи для самостоятельного решения

3. Определить массы газов:

а) хлороводорода, объёмом 56 л;
б) озона О₃, объёмом 14 л.

4. Определить объёмы газов:

а) хлороводорода, массой 72 г;
б) аммиака NH₃, массой 3,4 г.

5. Определить молярные массы газов, если:

а) 2 л газа имеет массу 2,86 г;
б) 10 г газа занимает объём 7,47 л.

6. Определить молярную массу газа, если:

а) плотность его равна 1,52 г/л;
б) плотность по кислороду равна 1,81.

7. Какой объем занимает смесь, состоящая из 4 г метана и 22 г пропана?

8. Какой газ имеет большую массу: этан, объёмом 56 л или бутан, объёмом 44,8 л?

9. Существуют ли газообразные соединения серы легче воздуха?

10. Определите, не выполняя расчёт, какой из газов тяжелее воздуха: Не, Ar, CO₂, CH₄, N₂, O₂.

Задачи по теме «Способы выражения концентрации растворов»

Для того чтобы определить массовую долю растворенного вещества, нужно воспользоваться формулой:

Ответ может быть дан в долях (единицы): ω = 0,15; или в процентах: ω% = 15 %.

Задача 8. В 200 г воды растворили 16 г сахара. Определить ω(сахара) в полученном растворе.

Решение. В данном случае масса раствора неизвестна. Но:

Задача 9. В 300 мл раствора (ρ = 1,2 г/мл) содержится 72 г NаОН. Определить ω(NаОН) в этом растворе.

Решение. В этом случае масса раствора неизвестна, но известен объём. Найдём массу раствора:

Задача 10. В 20 мл воды растворили 4,48 л хлороводорода. Определить ω(НСl) в соляной кислоте. Плотность раствора равна 1,14 г/мл.

Решение. При растворении хлороводорода в воде получена соляная кислота, её масса равна:

где ν — количество вещества, моль; M — молярная масса вещества, причём для газов

откуда

где ρ — плотность воды (1 г/мл); V — объём воды, мл

Обратите внимание: в 20 мл воды растворили 4,48 л газа, но суммарный объём отнюдь не равен (4,48 + 0,02), т. е. 4,5 литра! Суммарный объём этого раствора равен:

т. е. при растворении более 4 литров газа объём жидкого раствора увеличился менее чем на 4 миллилитра!

Выводы.

1. Объёмы жидкостей и объёмы растворяемых газов суммировать нельзя.
2. При растворении в жидкости газы сжимаются более чем в 1000 раз.
3. Объёмы жидкостей и газов рассчитывают (исходя из значения массы) по-разному:

где m — масса, г; М — молярная масса, г/моль; V — объём (жидкости в мл, газа — в л); ρ — плотность жидкости, г/мл.

Пользуясь формулой (1) нетрудно рассчитать и массу раствора, и массу растворённого вещества. Но при этом следует учитывать, что обычно в задачах говорится (упоминается) о «5 %-ном растворе», «16 %-ном растворе» и т. д., т. е. массовая доля вещества выражена в процентах. В этом случае легко видеть, что:

• в 5 %-ном растворе ω(вещества) = 0,05;
• в 16 %-ном растворе ω(вещества)= 0,16 и т. д.

Зная массовую долю вещества в растворе, можно определить:

Задача 11. Сколько граммов соли и воды нужно взять для приготовления 350 мл (ρ = 1,1 г/мл) 12 %-ного раствора?

Решение. Из формулы (1) получаем формулу (2):

где ρ — плотность раствора (1,1 г/мл); V — объём раствора (350 мл), тогда

Задача 12. Сколько граммов 8 %-ного раствора можно приготовить, имея 64 г NaCl?

Решение. Из формулы (3):

Такие задачи можно решать, составляя пропорции. При этом следует знать, что массовая доля (в %) вещества показывает, сколько граммов вещества содержится (растворено) в 100 граммах раствора: 5 %-ный раствор ⇒ 5 г вещества в 100 граммах раствора.

Задача 13. Сколько мл 15 %-ного раствора (ρ = 1,1 г/мл) можно приготовить из 22,5 г вещества?

Обратите внимание: в пропорции в одном столбце должны совпадать и размерность, и наименование компонента, о котором идёт речь.

Задача 14. К 200 мл 20 %-ного раствора (ρ = 1,2 г/мл) добавили 30 г того же вещества. Определить массовую долю вещества в полученном растворе.

Решение. Определим в начале массу исходного раствора и растворённого вещества:

При добавлении новых порций растворяемого вещества, его масса увеличивается:

На ту же величину увеличивается масса раствора:

Задача 15. Сколько граммов 19 %-ного раствора и воды нужно взять для получения 380 г 6 %-ного раствора?

Решение. При добавлении воды масса растворённого вещества не меняется. Поэтому рассчитаем массу растворённого вещества в 6 %-ном растворе (столько же его будет и в 19 %-ном растворе):

Теперь можно рассчитать массу 19 %-ного раствора:

Теперь задумаемся: почему возросла масса исходного 19 %-ного раствора? Потому, что добавили воду. Значит, масса воды равна:

Ответ. Нужно добавить 260 г воды.

В случаях, когда изменяется и масса раствора, и масса вещества, нужно прибегнуть к приёму, когда неизвестная величина (о ней спрашивается в вопросе задачи), принимается за известную, и обозначается А.

Задача 16. Сколько граммов 25 %-ного раствора нужно добавить к 210 г 15 %-ного раствора, чтобы получить 18 %-ный раствор?

Решение. Пусть нужно добавить А граммов 25 %-ного раствора, тогда масса 18 %-ного раствора составит (210 + А) г. Определим массу вещества в 15 %-ном растворе:

аналогично:

Решим полученное уравнение:

Ответ. Нужно добавить 90 г 25 %-ного раствора.

Задачи для самостоятельного решения

11. В 300 г раствора содержится 45 г поваренной соли. Определить ω (NaСl) в этом растворе.

12. В 300 мл воды растворили 100 г сахара. Определить ω (сахара) в полученном растворе.

13. В 2 л раствора (пл. = 1,05 г/мл) содержится 105 г соли. Определить ω(соли) в этом растворе.

14. В 200 мл воды растворили 56 л аммиака NH₃. Определить ω (NH₃) в этом растворе.

15. Бромоводород объёмом 5,4 л затрачен на приготовление 8 %-ного раствора (пл. = 1,057 г/мл). Найти объём полученного раствора.

16. Сколько граммов воды и сахара нужно взять для приготовления 3 литров 30 %-ного сиропа? (Пл. = 1,13 г/мл.)

17. Какой объём 25 %-ного раствора можно приготовить из 150 г соли, если плотность раствора равна 1,2 г/мл?

18. К 500 мл 32 %-ной кислоты (ρ = 1,2 г/мл) добавили 1 л воды. Вычислить массовую долю кислоты в полученном растворе.

19. Смешали 25 г 16 %-ного раствора КОН с 30 мл 20 %-ного раствора КОН (плотность 1,2 г/мл). Вычислить массовую долю щёлочи в полученном растворе.

20. К 220 г 20 %-ного раствора поваренной соли добавили 44 мл воды и 36 г этой же соли. Вычислить массовую долю соли в полученном растворе.

21. Определить массу воды, которую нужно выпарить из 1 кг 3 %-ного раствора сульфата меди II для получения 5 %-ного раствора.

22. Сколько граммов воды нужно добавить к 50 г 70 %-ной уксусной кислоты, чтобы получить 5 %-ный уксус?

23. После добавления соды к 200 мл 16 %-ного раствора её (ρ = 1,17 г/мл) массовая доля вещества возросла до 20 %. Определить массу добавленной соды.

24. Какой объём 96 %-ной кислоты (ρ = 1,86 г/мл) необходимо добавить к 5 л 30 %-ной кислоты (ρ = 1,3 г/мл), для того чтобы получить 40 %-ный раствор?