Технологическая карта по теме: Вывод формул веществ по продуктам анализа

Вывод формул веществ по массовым долям элементов и данным для нахождения истинной молярной массы (плотности, массе и объёму газа или относительной плотности).

Вычисление относительной молекулярной массы Mr(CхHy) по относительной плотности

газа. Mr (CхHy) = D(Г) · Mr(Г) , где D(Г) - относительная плотность газа (безразмерная величина)

1. Mr (CхHy) = Dв·29, где Dв - относительная плотность по воздуху, а Mr_возд.=29 (постоянная величина для воздуха), для остальных газов рассчитываем Mr

2. Mr (CхHy) = р · Vm, где р абсолютная плотность (г/л), Vm= 22,4л/моль - постоянная величина для всех газов при н.у.

Алгоритм решения задачи

Задача. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.

Записать условие задачи. Решение:

Дано: 1. Вычислить относительную молекулярную массу

w(C)=81,8% M(CхHy) по относительной плотности

w(H)=18,2%: M(СхНу)= D_N2 · Mr(N₂)

D_N2 (C_хН_у) =1,57 M(СхНу)=1,57 · 28 =43,99=44

Найти:

MФ (CхHy)-? 2. Найти индексы х и y по отношению

3. Записать простейшую формулу: С₃Н₈.

4. Проверка: М(C₃H₈) = 44, следовательно,

C₃H₈ – истинная формула.

Примечание: если бы М(C_хH_у) была равна 88, то нужно найти численный показатель

р= М(C_хH_у)/М(C₃H₈) = 88/ 44=2, следовательно истинная формула 2(C₃H₈)= C₆H₁₆

Задания для самостоятельной работы

Первый уровень

1.  Органическое вещество содержит 84,21% углерода и 15,79% водорода. Плотность паров вещества по воздуху 3,93. Определить формулу вещества. (C₈H₁₆)

2. Органическое вещество содержит 82,75% углерода и 17,25% водорода. Плотность паров вещества по воздуху 2. Определить формулу вещества. (C₄H₁₀)

3.Органическое вещество содержит 81,8% углерода и 18,2% водорода. Плотность паров вещества по водороду 22. Определить формулу вещества. (С₃Н₈)

4.Органическое вещество содержит 85,71% углерода и 14,29% водорода. Плотность паров вещества по водороду 21. Определить формулу вещества. (С₃Н₆₎

5.Органическое вещество содержит 82,8% углерода, а плотность этого вещества составляет 2,59г/л. Определить формулу вещества. (C₄H₁₀)

6.Органическое вещество содержит 85,7% углерода и 14,3% водорода. Плотность паров вещества по азоту 2. (C₂H₄)

Второй уровень

1.Найти формулу углеводорода, в котором содержится 14,29 % водорода, а его относительная плотность по азоту равна 2. ( С₄Н₈)

2.Массовая доля углерода в углеводороде – 87,5 %, а относительная плотность углеводорода по воздуху равна 3,31. Определить формулу вещества. (C₇H₁₂)

3.Определите формулу углеводорода, массовая доля водорода в котором составляет

14,3 %. Относительная плотность этого вещества по водороду равна 21. (С₃Н₆)

4. Относительная плотность паров углеводорода по воздуху равна 3,31, а массовая доля водорода в нём равна 12,5 %. Определите молекулярную формулу углеводорода. (С₇Н₁₂)

5.Массовая доля углерода в углеводороде – 87,5 %, а относительная плотность углеводорода по воздуху равна 3,31. (C₇H_12.)

6. Определите формулу углеводорода, массовая доля водорода в котором составляет 14,3 %. Относительная плотность этого вещества по водороду равна 21.(С₃Н_6.)

_{Третий уровень}

1.Определить молекулярную формулу органического вещества, массовые доли углерода, азота и водорода в котором составляют 38,7; 45,15 и 16,15 % соответственно. Относительная плотность его паров по воздуху равна 1,069. (CH₅N)

2. Органическое вещество содержит 54,84% углерода, 9% водорода, 36,36% кислорода. Плотность паров вещества по водороду 44. Определить формулу вещества. (C₄H₈О₂)

3. Определить молекулярную формулу органического вещества, массовые доли углерода, водорода и азота в котором составляют 65,75; 15,06 и 19,18 % соответственно. Относительная плотность его паров по воздуху равна 2,52. (C₄H₁₀О)

4.Известно, что органическое вещество содержит атомы углерода, водорода и кислорода. Определить молекулярную формулу органического вещества, массовые доли углерода, водорода в котором составляют 40% и 6,7% соответственно. Относительная плотность его паров по водороду равна 15. (CH₂О)

5. Известно, что органическое вещество содержит атомы углерода, водорода и кислорода. Определить молекулярную формулу органического вещества, массовые доли углерода и водорода в котором составляют 64,9% и 13,5% соответственно. Относительная плотность его паров по воздуху равна 2,55. (C₄H₁₀О)

6.Выведите молекулярную формулу органического соединения, содержащего 38,7% углерода, 16,2% водорода и азот. Относительная плотность его паров по водороду равна 15,5. (CH₅N)

III. Вывод формул веществ по продуктам сгорания.

1. Проанализировать состав продуктов сгорания и сделать вывод о качественном составе сгоревшего вещества:

Н₂О  Н, СО₂  С, SO₂  S, P₂O₅  P, Na₂CO₃  Na, C; HCl  H, Cl

Наличие кислорода в веществе требует проверки. Обозначить индексы в формуле через x, y, z. Например: С_х Н_у О_z (?).

2. Найти количества веществ продуктов сгорания по формулам:

 = m / M и  = V / V_m

3. Найти количества элементов, содержавшихся в сгоревшем веществе.

Например:

(С) = (СО₂), (Н) = 2 ∙ (Н₂О), (Na) = 2 ∙ (Na₂CO₃), (C) = (Na₂CO₃) и т.д.

4. Если сгорело вещество неизвестного состава, то обязательно нужно проверить, содержался ли в нём кислород. Например: C_x, H_y, O_z (?),

m(O) = m _{в – ва} – (m(C) + m(H)

Предварительно нужно найти: m(C) = (C) ∙ 12 _{г / моль,} m(H) = (H) ∙ 1 _{г / моль}

Если кислород содержался, найти его количество: (О) = m(O) / 16 _{г / моль}

5. Найти соотношения индексов по соотношению количеств элементов. Например:

x : y : z = (С) : (Н) : (О)

Числа привести к целым, разделив их наименьшее.

6. Если известны данные для нахождения истинной молярной массы вещества, найти её по формулам: M =  ∙ V_m, M₁ = D₂ ∙ M₂

7. Написать простейшую формулу и найти её молярную массу. Сравнить истинную молярную массу с простейшей и увеличить индексы в нужное число раз.

Задача № 1.

При сгорании 7,2 г вещества образовалось 9,9 г углекислого газа и 8,1 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу вещества.

Дано: Решение:

m _{в – ва} = 7,2 г 1. Напишем формулу C_x H_y O_z (?).

m (CO₂) = 9,9 г 2. Найдём количества веществ:

m (H₂O) = 8,1 г (СО₂) = m / М = 9,9 г / 44_г/моль = 0,225_моль

D _H2 = 16 (Н₂О) = m / M = 8,1 г / 18_г/моль = 0.45_моль

М.Ф. = ? 3. Найдём количества элементов:

(С) = (СО₂) = 0,225_моль

(Н) = 2 ∙ (Н₂О) = 2 ∙ 0,45 = 0,9_моль

4. Найдём массы:

m(C) = 12_г/моль ∙ 0,225_моль = 2,7 г

m(H) = 1_г/моль ∙ 0,9_моль = 0,9 г

m(O) = 7,2 г – (2,7 + 0,9) = 3,6 г

Найдём количество элемента кислорода:

(О) = 3,6 г / 16_г/моль = 0,225_моль

5. Найдём соотношение индексов:

x : y : z = 0,225 : 0,9 : 0,225 = 1 : 4 : 1

Простейшая формула - СН₃ОН:

М(СН₃ОН) = 32_г/моль

6. Найдём истинную молярную массу:

М_ист. = D_H2 ∙ 2 = 16 ∙ 2 = 32_г/моль

7. Сравним: М_ист. / М_прост. = 32_г/моль / 32_г/моль = 1

Молекулярная формула – СН₃ОН.

Ответ: СН₃ОН.

Задача № 2.

При сгорании газа, не содержащего кислород, выделилось 2,24 л углекислого газа, 1,8 г воды и 3,65 г хлороводорода. Определить формулу сгоревшего вещества.

Д ано:

V(CO2) = 2,24 л Решение:

m(H2O) = 1,8 г 1. Написать формулу сгоревшего вещества: C_xH_yCl_z.

m(HCl) = 3,65 2. Найти количества веществ:

(CO₂) = V / V_m = 2,24_л / 22,4_л/моль = 0,1моль

М.Ф. = ? (Н₂О) = m / M = 1,8_г / 18_г/моль = 0,1моль

(HCl) = m / M = 3,65_г / 36,5_г/моль = 0.1моль

3. Найти количества элементов:

(С) = (СО₂) = 0,1моль

(Н) = 2 ∙ (Н₂О) + (НСl) = 2 ∙ 0,1 + 0,1 = 0,3 моль

(Сl) = (HCl) = 0,1моль

4. Найти соотношение индексов:

х : y : z = 0,1 : 0,3 : 0,1 = 1 : 3 : 1

5. Простейшая формула: CH₃Cl.

Ответ: CH₃Cl.

Задача № 3.

При сгорании вторичного амина симметричного строения выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 0,99 г воды и 0,112 л (н.у.) азота. Установите молекулярную формулу этого амина.

Ответ: (C₂H₅)₂NH.

Задача № 4.

При полном сгорании органического вещества, не содержащего кислород, выделилось 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 1.8 г воды и 4 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения.

Ответ: C₂H₄F₂.

Задача № 5.

При сгорании 0,62 г газообразного органического вещества выделилось 0,448 л углекислого газа, 0,9 г воды и 0.224 л азота (объёмы газов измерены при н. у.). Плотность вещества по водороду 15,50. Установите его молекулярную формулу.

Ответ: СН₃NH_2.

IV. Вывод формул органических веществ по общим формулам.

Органические вещества образуют гомологические ряды, которые имеют общие формулы.

Это позволяет:

• выражать молярную массу через число n

M(C_nH_{2n + 2}) = 12 ∙ n + 1 ∙ (2n +2) = 14n + 2;

• приравнивать молярную массу, выраженную через n, к истинной молярной массе и находить n.

• составлять уравнения реакций в общем виде и производить по ним вычисления.

При решении таких задач нужно знать и использовать общие формулы гомологических рядов:

1. алканы – С_nH_{2n + 2}

2. алкены и циклоалканы – C_nH_2n

3. алкины и алкадиены – C_nH_{2n – 2}

4. арены – C_nH_{2n – 6}

5. моногалогеналканы – C_nH_{2n + 1}Г

6. дигалогеналканы – C_nH_2nГ₂

7. фенолы – C_nH_{2n – 7}OH

8. предельные одноатомные спирты – C_nH_{2n + 1}OH, R – COH

9. альдегиды – C_nH_{2n + 1} COH, R – COH

10. предельные карбоновые кислоты – C_nH_{2n + 1}COOH, R – COOH

11. сложные эфиры – R₁ – COOR₂

12. первичные амины – C_nH_{2n + 1}NH₂, R – NH₂

вторичные амины – R₁ – NH – R₂

третичные амины – R₁ – N – R₂

R₃

14. аминокислоты – C_nH_2n(NH₂)COOH

Рассмотрим возможные варианты задач на вывод формул органических веществ по общим формулам.

1. Вывод формул по известной массовой доле элемента в веществе.

Порядок решения:

1. Написать общую формулу и выразить молекулярную массу вещества через число n;

2. Подставить данные в формулу ω(Эл) = А_r (Эл) ∙ индекс / М_r;

3. Решить уравнение с одним неизвестным, найти число n.

Задача № 1.

Определить формулу аминокислоты, если известно, что она содержит 15,73 % азота.

Дано: Решение:

ω (N) = 15,73 % 1. Oбщая формула аминокислот:

C_nH_2n(NH₂)COOH

М.Ф. = ?

2. Выразим через n молекулярную массу:

М_r(C_nH_2n(NH₂)COOH) = 12n + 2n + 16 + 45 = 14n + 61.

3. Подставим данные в формулу: 0,1573 = 14 ∙ 1 / 14n + 61.

2,2022n + 9,5953 = 14.

2,2022n = 4,4047

n = 2 Ответ: C₂H₄(NH₂)COOH.

Задача № 2.

Массовая доля водорода в алкане составляет 0,1579. Найти формулу алкана.

Ответ: С₈Н₁₈.

Задача № 3.

Массовая доля углерода в алкине 87,8 %. Определить формулу алкина.

Ответ: С₆Н₁₀.

Задача № 4.

Массовая доля кислорода в аминокислоте равна 35,95 %. Найти молекулярную формулу аминокислот.

Ответ: C₂H₄(NH₂)COOH.

Задача № 5.

Массовая доля хлора в монохлоралкане равна 55,04 %. Найти формулу моно -

хлоралкана.

Ответ: C₂H₅Cl.

2. Вывод формул по известным данным для нахождения истинной молярной массы

(плотности, относительной плотности, массе и объёму).

1. Найти истинную молярную массу по формулам:  = m / V

М =  ∙ Vm М = D₂ ∙ M₂

2. Выразить молярную массу через n и приравнять её к истинной.

3. Решить уравнение с одним неизвестным, найти число n.

Задача № 1.

Пары одного из монобромалканов в 68,5 раз тяжелее водорода. Найти формулу монобромалкана.

Дано:

D _H2 = 68,5 Решение:

1. Общая формула монобромалканов – C_nH_2n+1Br;

М.Ф. = ? 2. Найдём истинную молярную массу:

M = D_H2 ∙ 2 = 68,5 ∙ 2 = 137 (г/моль);

3. Выразим М через n:

M(CnH_{2n + 1}Br) = 12n + 2n + 1 + 80 = 14n + 81

Приравняем: 14n + 81 = 137

14n = 56

n = 4

Ответ: С₄H₉Br.

Задача № 2.

Плотность газообразного алкина равна 2,41 г/л. Найти его молекулярную формулу.

Ответ: С₇Н₁₂.

Задача № 3.

Относительная плотность паров альдегида по воздуху равна 1,517. Найти его молекулярную формулу.

Ответ: СН₃СОН.

Задача № 4.

Относительная плотность паров первичного амина по кислороду – 2,719.

Определить его молекулярную формулу.

Ответ: C₅H₁₁NH₂.

Задача № 5.

Найти молекулярную формулу алкина, если 5,6 л его имеют массу 10 г.

Ответ: С₃Н₄.

3. Вывод формул по уравнениям реакций в общем виде, если известны данные для двух веществ.

Порядок решения:

1. Составить уравнение реакции в общем виде.

2. Выразить молярные массы неизвестных веществ через число n.

3. Найти количества двух веществ по формулам:

 = m /M  = V / V_m

4. Составить уравнение, приравняв найденные количества веществ с учётом соотношения числа моль этих веществ по уравнению (определяют по коэффициентам).

5. Решить уравнение с одним неизвестным, найти число n и записать формулу.

Задача № 1.

При взаимодействии предельного одноатомного спирта массой 3 г с избытком натрия было получено 0,56 л водорода. Определить формулу спирта.

Дано:

m _спирта = 3г Решение:

V(H₂) = 0,56л 1. Напишем уравнение реакции в общем виде:

2 C_nH_{2n + 1} OH + 2Na  H₂ + 2C_nH_2nONa

М.Ф. = ? ^{2 моль 1 моль}

2. Выразим молярную массу спирта через число n:

M(C_nH_{2n + 1}OH) = 12n + 2n + 1 + 16 + 1 = 14n + 18(г/моль).

3. Найдём количества веществ:

(С_nH_{2n + 1}OH) = m / M = 3_г / 14_n + 18_г/моль =

= 3 / 14_n + 18 моль

(Н₂) = V / V_m = 0,56_л / 22,4_г/моль = 0,025 моль.

4. Из уравнения реакции видно, что

(С_nH_{2n + 1}OH) = 2 ∙ (H₂)

5. Cоставим уравнение: 3 / 14_n + 18 = 2 ∙ 0,025

n = 3

Ответ: С₃Н₇ОН.

Задача № 2.

При сгорании 13,2г алкана образовалось 20,16л углекислого газа. Найти формулу алкана.

Дано:

m алкана = 13,2г Решение:

V(CO₂) = 20,16л 1. Напишем уравнение реакции горения в общем виде:

C_nH_{2n + 2} + (3_n + 1 / 2)O₂  nCO₂ + (n + 1)H₂O

М.Ф. = ? ^{1 моль n моль}

2. Выразим молярную массу алкана через n:

M(C_nH_{2n + 2}) = 12n + 2n + 2 = 14n + 2_г/моль

3. Найдём количества веществ:

(C_nH_{2n + 2}) = m /M = 13,2_г / (14n + 2)_г/моль =

= 13,2 / 14n + 2 моль

(CO₂) = V / V_m = 20,16 / 22,4_г/моль = 0,9 моль

4. Из уравнения реакции видно, что:

n ∙ (C_nH_{2n + 2}) = (CO₂)

5. Составим уравнение: n ∙ 13,2 / 14n + 2 = 0,9

n = 3

Ответ: С₃Н₈.

Задача № 3.

При взаимодействии 2,9г неизвестного альдегида с аммиачным раствором оксида серебра получается 10,8г металла. Определить формулу альдегида.

Ответ: С₃Н₆О.

Задача № 4.

В результате реакции предельного одноатомного спирта с 18,25г хлороводорода получили органический продукт массой 46,25г и воду. Определить молекулярную формулу спирта.

Ответ: С₄Н₉ОН.

Задача № 5.

Для сжигания 5,8г алкана потребовалось 14,56л (н.у.) кислорода. Определить формулу алкана.

Ответ: С₄Н₁₀.

Задача № 6.

К 10,5г алкена присоединяют 5,6л бромоводорода (н.у.).

Найти формулу алкена.

Ответ: С₃Н₆.

4. Вывод формул по уравнениям реакций в общем виде с примене нием закона сохранения массы веществ.

Если известны массы всех реагентов и продуктов реакции, кроме одного вещества, то можно найти его массу на основании закона сохранения массы веществ.

Рассмотрим этот случай на конкретном примере.

Задача № 1.

Некоторый сложный эфир массой 7,4г подвергнут щелочному гидролизу. При этом получено 9,8г калиевой соли предельной одноосновной кислоты и 3.2г спирта. Установите формулу этого эфира.

Дано:

m (эфира) = 7,4г Решение:

m(соли) = 9,8г 1. Составим уравнение гидролиза эфира в общем виде:

m (спирта) = 3,2г R₁COOR₂ + KOH  R₁COOK + R₂OH

^{1 моль 1 моль 1 моль 1 моль}

М.Ф.(эфира) = ? 2. По закону сохранения массы веществ:

m(R₁COOR₂) + m(KOH) = m(R₁COOK) + m(R₂OH)

Найдём массу и количество гидроксида калия:

m(KOH) = m(R₁COOK) + m(R₂OH) – m(R₁COOR₂) =

= 9,8 + 3,2 – 7,4 = 5,6г

(КОН) = 5,6_г / 56_г/моль = 0,1 моль

3. Найдём молярную массу соли и её формулу:

(R₁COOK) = (KOH) = 0,1 моль

M = m /  = 9,8_г / 0,1_моль = 98 г/моль

M(R₁) = 98 – M(COOK) = 98 – 83 =

= 15_г/моль  СH₃СOOK

4. Найдём молярную массу спирта и его формулу:

(R₂OH) = (KOH) = 0,1 моль

M(R₂OH) = m /  = 3,2_г / 0,1_г/моль = 32 г/моль

M(R₂) = 32 – M(OH) = 32 – 17 = 15_г/моль  СH₃OH

1. Следовательно, формула эфира – СН₃СООСН₃.

Ответ: СН₃СООСН₃.

Задача № 2.

При щелочном гидролизе 37г некоторого сложного эфира получено 49г калиевой соли предельной одноосновной кислоты и 16г спирта. Установить формулу сложного эфира.

Ответ: СН₃СООСН₃.