Вывод молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания. Задачи.

Вывод молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания.

Задача 1.

При полном сгорании 4,6 г газообразного органического вещества получено 8,8 г СО₂ и 5,4 г Н₂О. Относительная плотность паров вещества по воздуху равна 1,589. Определите молекулярную формулу вещества и дайте названия всем его изомерам. 

Решение.

в-во+ О₂→ СО₂+Н₂О

в состав сгораемого вещества обязательно входят углерод и водород, но возможно наличие кислорода. Поэтому, необходимо сделать проверку на кислород:

ν(СО₂)=m/M=8,8 г/44 г/моль=0,2 моль; ν(С)=0,2 моль;m(С)=2,4 г

ν(Н₂О)=m/M=5,4 г/18 г/моль=0,3 моль; ν(Н)=0,6моль; m(Н)=0,6 г

m(C)+m(H)=2,4 г + 0,6 г=3 г

а вещества сгорело 4,6 г, следовательно, имеется кислород.

m(О)=4,6 г-3 г=1,6 г

ν(О)=1,6 г/16 г/моль=0,1моль

С_хН_yО_z х:y:z= ν(C): ν(Н): ν(О)=0,2:0,6:0,1

Находим среди этих цифр самое маленькое и все делим на него, получая: х:y:z= 2:6:1

С₂Н₆О-простейшая формула.

D(воздуху)=M(в-ва)/М(воздуха)

М (в-ва)= D(воздуху)×М(воздуха)=1,589×29 г/моль=46 г/моль

M(С₂Н₆О)=12×2+6+16=46 г/моль,

что соответствует действительности.

^ Ответ: С₂Н₆О. Это либо этиловый спирт, либо диметиловый эфир.

Задача 2.

При сгорании углеводорода получено 0,2 моль СО₂ и 0,2 моль Н₂О. Определите молекулярную формулу углеводорода, если известно, что 3,64 г этого вещества занимают объем 1,456 л (н.у.).

Решение.

С_хН_y + (х+0,25y)О₂→ хСО₂ +0,5yН₂О

(здесь конкретно указано, что горит углеводород).

х,y- коэффициенты перед формулами веществ в правой части - это индексы при углероде и водороде в сгоревшем веществе.

ν(СО₂):ν(Н₂О)=х:0,5y (по уравнению), а на самом деле как 0,2:0,2 (по условию) 

ν(СО₂): ν(Н₂О)=х:0,5y =0,2:0,2 

0,2х=0,1y, х=0,5y (1)

Раз имеется два неизвестных, то должна быть система уравнений. Второе уравнение даст молярная масса вещества:

m=М× ν

V=V_m× ν

Через объем найдем количество углеводорода, а затем его молярную массу:

ν= V/V_m=1,456 л/22,4 л/моль=0,065 моль

M=m/ν=3,64 г/0,065 моль=56 г/моль

составляем уравнение:

12х+y=56

Вместо (х) подставляем его значение из уравнения (1)

12×0,5y+y=56

7y=56, y=8, х=4

^ Ответ: С₄Н₈

Задача 3.

В состав вещества входят С,Н,О,S. При сжигании его навески массой 0,222 г были получены 0,396 г СО₂, 0,162 г Н₂О, а сера переведена в сульфат бария массой 0,3495 г. Относительная плотность паров вещества по водороду равна 74. Определить истинную формулу вещества. 

Решение:

в-во+ О₂→ СО₂+Н₂О +SО_{2 (любое вещество, содержащее серу, дает при сгорании диоксид серы),} 

SО₂→ ВаSО₄ (через какие реакции осуществлен данный переход - неважно, из сульфата бария надо найти массу и количества серы).

ν(СО₂)=m/M=0,396 г/44 г/моль=0,009 моль;ν(С)=0,009 моль; m(С)=0,108 г;

ν(Н₂О)=m/M=0,162 г/18 г/моль=0,009 моль;ν(Н)=0,018 моль; m(Н)=0,018 г;

ν(ВаSО₄)=m/M=0,3495 г/233 г/моль=0,0015 моль; ν (S)=0,0015 моль; m(S)=0,048 г;

m(О)=0,222-0,108-0,018-0,048 г=0,048 г;

ν(О)=0,048 г/16 г/моль=0,003 моль;

С_хН_yО_zS_q х:y:z:q= ν(C): ν(Н): ν(О): ν (S)=0,009:0,018:0,003:0,0015

Находим среди этих цифр самое маленькое и все делим на него, получая: х:y:z:q= 6:12:2:1

С₆Н₁₂О₂S-простейшая формула.

D(по водороду)=M(в-ва)/М(Н₂)

М (в-ва)= D(по водороду)×М(Н₂)=74×2 г/моль=148 г/моль

M(С₆Н₁₂О₂S)=12×6+12+16×2+32=148 г/моль,

что соответствует действительности.

^ Ответ: С₆Н₁₂О₂S. 

Задача 4.

При сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислород, выделилось 2,24 л (н.у.) углекислого газа, 1,8 г воды и 3,65 г хлороводорода. Установите формулу сгоревшего вещества, рассчитайте его объем и массу.

Решение. 

В задаче сказано, что вещество не содержит кислород, следовательно, оно состоит только из углерода, водорода и хлора:

С_хН_yCl_z + О₂→ СО₂ +Н₂О+ НCl

в этой задаче необходимо найти количество углерода, перешедшего в углекислый газ, количество водорода, перешедшего как в воду, так и в хлороводород, количество хлора из хлороводорода:

х:y:z= ν (C): ν (Н): ν (Cl)

ν(СО₂)=V/V_m=2,24 л/22,4 л/моль=0,1 моль; ν(С)=0,1 моль; 

ν (Н₂О)=m/M=1,8 г/18 г/моль=0,1 моль; ν (Н)=0,2 моль; 

ν (НCl)=m/M=3,65 г/36,5 г/моль=0,1 моль; ν (Cl)=0,1 моль;

ν (Н)=0,1 моль

ν (Н)_общее=0,1 моль+0,2 моль=0,3 моль

х:y:z= ν (C): ν (Н): ν (Cl)=0,1:0,3:0,1

Находим среди этих цифр самое маленькое и все делим на него, получая: х:y:z= 1:3:1

СН₃Сl-истинная формула.

СН₃Сl+ 1,5О₂→ СО₂ +Н₂О+ НCl

Для нахождения массы и объема сгоревшего вещества, необходимо составить количественные соотношения между хлорметаном и любым продуктом реакции:

ν (СН₃Сl): ν (СО₂)=1:1 (по уравнению), ν (CН₃Сl)=0,1 моль

m(СН₃Сl)=М× ν =50,5 г/моль×0,1 моль=5,05 г

V(СН₃Сl)=V_m× ν =22,4 л/моль×0,1 моль=2,24 л

^ Ответ: СН₃Сl, m(СН₃Сl)=5,05 г, V(СН₃Сl)=2,24 л.

Задача 5.

Неизвестное органическое вещество массой 0,4 г сожгли и продукты сгорания пропустили через трубку с безводным сульфатом меди (II) и сосуд, содержащий избыток баритовой воды. Масса трубки увеличилась на 0,36 г, в сосуде образовался осадок массой 5,91 г. Установить формулу вещества. 

Решение.

в-во+ О₂→ СО₂+Н₂О

В состав сгораемого вещества обязательно входят углерод и водород, но возможно наличие кислорода. Поэтому необходимо сделать проверку на кислород.

Масса трубки с сульфатом меди (II) увеличилась за счет поглощенной воды (CuSО₄ + nН₂О→CuSО₄×nН₂О), откуда делаем вывод, что масса выделившейся воды равна 0,36 г.

С баритовой водой (Ва(ОН)₂) взаимодействует СО₂):

Ва(ОН)₂+ СО₂→ВаСО₃↓+Н₂О

ν(ВаСО₃)=m/M=5,91 г/197 г/моль=0,03 моль;

ν(ВаСО₃): ν(СО₂)=1:1 (по уравнению), сл-но, ν(СО₂)=0,03 моль;

ν(С)=0,03 моль, m(С)=0,36 г

ν(Н₂О)=m/M=0,36 г/18 г/моль=0,02 моль; ν(Н)= 0,04 моль;

m(Н)=0,04 г

m(C)+m(H)=0,36+0,04=04 г

следовательно, кислорода нет.

С_хН_y х:y= ν(C): ν(Н)=0,03:0,04 (можно умножить все на 100)

х:y= 3:4

^ Ответ: С₃Н₄.

Задача 6^*.

Смесь газов, образовавшихся при сжигании образца органического соединения Х массой 2,7 г, была пропущена последовательно через склянки с концентрированной серной кислотой и известковой водой. При этом масса первой склянки увеличилась на 3,78 г, во второй склянке образовалось 12 г осадка, а объем непоглощенного газаY составил 733 мл (25⁰С и нормальное давление). При одновременном добавлении к такому же образцу вещества Х избытка раствора нитрита натрия и соляной кислоты выделяется вдвое больший объем газа Y. Определите неизвестное вещество Х и приведите его структурную формулу.

Решение.

Газ, который не поглощается известковой водой - это азот. Следовательно, в состав неизвестного вещества обязательно входят углерода, водород, азот и возможно, кислород.

в-во+ О₂→ СО₂+Н₂О+ N₂

Масса склянки с конц. Н₂SО₄ увеличивается за счет поглощения кислотой воды, m(Н₂О)=3,78 г

С известковой водой взаимодействует углекислый газ:

СО₂ + Са(ОН)₂→СаСО₃↓+Н₂О

ν(СаСО₃)=m/M=12 г/100 г/моль=0,12 моль; 

ν(СаСО₃): ν(СО₂)=1:1, ν(СО₂)=0,12 моль;

Проверка на кислород:

ν(СО₂)=0,12 моль; ν(С)=0,12 моль;m(С)=1,44 г

ν(Н₂О)=m/M=3,78 г/18 г/моль=0,21 моль; ν(Н)=0,42 моль;

m(Н)=0,42 г.

Приведем объем азота к н.у., учитывая, что Т=(273 +25)К=298 К

По «объединенному газовому закону»

V₀=Р×V×Т₀/Р₀×Т

V₀=(101,3×0,733×273)/(101,3×298)=0,672 л

ν(N₂)=V/V_m=0,672 л/22,4 л/моль=0,03 моль, ν(N)=0,06 моль,

m(N)=0,84 г;

m(C)+m(H)+m(N)=1,44 г + 0,42 г+0,84=2,7 г

кислорода нет, так как вещества сгорело тоже 2,7 г.

С_хН_yN_z х:y:z= ν(C): ν(Н): ν(N)=0,12:0,42:0,06

Находим среди этих цифр самое маленькое и все делим на него, получая: х:y:z= 2:7:1

С₂Н₇N-амин. Это может быть либо первичный амин С₂Н₅NН₂, либо вторичный амин (СН₃)₂NН.

Установить его структуру поможет реакция с азотистой кислотой. Только первичные амины вступают в реакцию с НNО₂ по уравнению: 

С₂Н₅NН₂ + NаNО₂ + НCl→С₂Н₅ОН + N₂ +NаCl+Н₂О

^ Ответ: Х- C₂Н₂NН₂- этиламин, Y-N₂.

Задачи для самостоятельного решения.

1.При сжигании 3,7 г монофункционального органического вещества было получено 2,7 г воды и 3,36 л (н.у.) диоксида углерода. Какое это вещество, если при взаимодействии его с натрием выделяется водород, а водный раствор продукта реакции окрашивает лакмус в синий цвет? Составить уравнение реакции взаимодействия с натрием. 

2. Относительная плотность паров органического соединения по гелию равна 25,5. При сжигании 15,3 г этого вещества образовалось 20,16 л (н.у.) углекислого газа и 18,9 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения. К каким классам органических соединений может относиться данное вещество? 

3.При полном сгорании 4,8 г органического вещества, плотность паров которого по водороду равна 16, получили 6,6 г диоксида углерода и 5,4 г воды. Каковы формула и названия этого вещества?

Составить не менее трех уравнений реакций получения данного вещества. 

4.При полном сгорании 0,88 г органического соединения образовалось 896 мл СО₂ (н.у.) и 0,72 г воды. Выведите молекулярную формулу этого вещества, если плотность паров по водороду равна 44. Укажите, к каким классам может относиться это вещество. Найти все изомеры данного вещества.

5. При сжигании вещества массой 10,7 г получили 30,8 г углекислого газа, 8,1 г воды и 1,4 г азота. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 3,69. Определите молекулярную формулу вещества.Составить уравнение реакции данного вещества с хлороводородом, дать название образующемуся продукту. 

6.При сгорании 0,9 г газообразного органического вещества выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 1,26 г воды и 0,224 л (н.у.) азота. Плотность газообразного вещества по азоту 1,607. Установите молекулярную формулу органического вещества и приведите одно из возможных названий. Привести не менее трех уравнений реакций получения данного вещества. 

7.При сгорании 0,45 г газообразного органического вещества выделилось 0,448 л углекислого газа, 0,63 г воды и 0,112 л азота.Объемы газов измерялись при нормальных условиях. Плотность газообразного вещества по азоту 1,607. Установите его молекулярную формулу и приведите одно из возможных названий этого соединения. С какими из перечисленных соединений может взаимодействовать это вещество: а) метаном; б) гидроксидом бария; в) водой; г) кислородом; д) бензолом; е) азотной кислотой. Составить уравнения данных реакций.

8.При полном сгорании 0,62 г газообразного органического вещества выделилось 0,448 л углекислого газа, 0,9 г воды и 0,224 л азота (объемы газов измерены при нормальных условиях). Плотность вещества по водороду 15,50. Установите его молекулярную формулу и назовите это соединение. Это вещество может быть получено при взаимодействии:

а) СН₄ и НNО₃ б) СН₃NО₂ и Н₂ в) СН₃ОН и N₂

г) СН₃ОН и NН₃ д) CН₃NН₃Cl и КОН е) СН₃-СН₃ и NН₃

Составить уравнения осуществимых реакций. 

9.Сожгли 6 г вещества и получили 6,72 л углекислого газа (н.у.) и 7,2 г воды. Относительная плотность паров вещества по воздуху равна 2,07. Определить молекулярную формулу вещества. Для этого вещества характерны реакции:

а) этерификации б) поликонденсации в) нейтрализации

г) окисления д) дегидратации е) гидратации. 

10.Относительная плотность паров органического вещества по водороду равна 30. При сжигании 24 г вещества образовались 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Определить молекулярную формулу вещества. Составить уравнения реакций получения данного вещества в лаборатории и промышленности. 

11.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. К каким классам органических соединений оно может относиться? 

12.При сгорании вещества массой 8,5 г образовались оксид углерода (IV) массой 26,4 г и вода массой 11,7 г. Плотность паров вещества по воздуху равна 5,862. Определите формулу вещества.