Тема 2 Задачи на вывод молекулярных формул веществ
Тема: Определение молекулярной формулы веществ по массовым долям элементов
Цели: Знать понятие массовая доля, относительная плотность газов.
Уметь находить массовые доли, определять формулы веществ по массовым долям.
План
Относительная плотность газов
Решение задач
Домашнее задание
Массовые доли элементов в веществе
Массовая доля элемента определяется отношением массы элемента к
Относительной молекулярной массе вещества w = А r Э* i /М в-ва
Массовая доля элемента часто выражается в процентах, тогда формула для массовой доли элемента будет выглядеть следующим образом:
w % = А r Э* i /М в-ва * 100%
Сумма всех массовых долей элементов образующих данное вещество равна единице или 100%.
W 1 + W 2 + W 3 + W 4 =1 или W 1 %+ W 2 %+ W 3 %+ W 4 %=100%
Если массовая доля одного из элементов не известна её можно определить как разницу между единицей (100%) и суммой известных массовых долей.
W 3 = 1- ( W 1 + W 2 + W 4 ) W 3 %= 100% - ( W 1 %+ W 2 %+ W 4 %)
Алгоритм решения задач.
1. Обозначим в формуле вещества количество атомов при помощи индексов x,y,z, и т.д. по числу элементов в молекуле.
2. Если в условии не дана массовая доля одного из элементов, определяем её по разности 100% минус массовые доли всех остальных элементов.
3. Находим отношения индексов x:y:z, которое является отношением частных от деления массовой доли элемента на его относительную атомную массу. Привести частные от деления к отношению целых чисел. Определить простейшую формулу вещества.
x:y:z=w 1 % /А r 1 : w 2 % /Аr 2 : w 3 % /А r 3
4. Если относительная молекулярная масса не дана, находим её по условию задачи. Д(Н 2 )= Мг(в-ва)/ Д(Н 2 ); Мг(в-ва)= Д(О 2 )* Мг(О 2 );
Мг(в-ва)= Д(возд.)* Мг(возд.); М= ρ г/л*22,4л …
5. Сравни относительную молярную массу простейшей формулы вещества с истиной, найденной по условию задачи. Отношение этих масс даёт число, на которое надо умножить индексы в простейшей формуле.
Молярную массу вещества.Она задается в задачах:__
Соотношение числа атомов элементов в молекуле.
Оно задается: ___
1)в готовом виде
1) указанием класса вещества;
2)через плотность (М = ρ *Vm)
2)через массовые доли элементов в веществе; ______
3)через Dr 2 (Г 1 ) (М (Г 1 )= Dr* М(Г 2 ))
3) через мольные доли элементов в веществе;
4) через соотношение m и V m\M=V\Vm
4) через количество продуктов
реакции, в которой участвует искомое вещество, например
продукты сгорания.
Задача: Плотность углеводорода по кислороду 1,75 массовая доля водорода в нём 14,3% . Определите молекулярную формулу углеводорода.
Дано:Решение:
СxHy
2) w(С) = 100% - 14,3% = 85,7% х: у = w(С)/ А r ( C ) : w(Н)/ А r (Н)
D(О 2 ) =1,75
х: у = 85,7/12: 14,3/1 х: у = 7,14: 14,3 х: у = 1: 2
w(Н) = 14,3%
3) Простейшая формула – СН 2 М r (СН 2 ) =12 +1*2 =14
Найти: СxHy - ?
4) М r (СхНу =D(О 2 ) *М r (О 2 ) =1,75 * 32 = 56
5) 56: 14 = 4 => формула вещества С 4 Н 8 - это бутен
6) М r (С 4 Н 8 ) = 12* 4 + 1 * 8 = 56 Задача решена верно.
Ответ: С 4 Н 8 - бутен
Пример 2: Элементный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41 %), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59 %). Выведите химическую формулу.
Решение:
Находим отношение числа атомов:
Fe: O → 72,41/56: 27,59/16 ≈ 1,29: 1,72.
Меньшее число принимаем за единицу (делим на наименьшее число в данном случае оно 1,29) и находим следующее отношение:
Fe:O ≈ 1:1,33.
Так как должно быть целое число атомов, то это отношение приводим к целым числам:
Fe:O = 3:3,99 ≈ 3:4.
Ответ: химическая формула данного вещества Fe 3 O 4 .
Алгоритм решения задач.
1. Обозначим число атомов элементов искомого типа (устно): через х, y , z
2. Приравняем отношение чисел атомов элементов отношению атомных факторов: х: у: z… = a%/A 1 : b% / А 2 : с% /А 3 ..., Где A 1 , А 2 , А 3 - атомные массы элементов.
3. Находим простейшую формулу и значение относительной молекулярной массы.
4. Определяем относительную молекулярную массу искомого вещества по плотности (М = 2DН 2 ; М = 29Dвоздуха или М= ρ г/л*22,4л).
5. Узнаем, во сколько раз для получения истиной формулы надо увеличить число атомов простейшей формулы.
6. Находим молекулярную формулу вещества.
Пример 3:
Найдите формулу алкена если его плотность по водороду равна 21. Постройте его структурную формулу, назовите.
Дано:
М(С n H 2 n ) = D Н2 * М(Н 2 ) М(С n H 2 n ) =21*2 = 42
D Н2 (С n H 2 n ) = 21
Соотношение числа атомов элементов через указание класса вещества. Алкены имеют формулу С n H 2 n
Выразим М алкена в общем виде: М (С n H 2 n ) =12 n + 2 n
Найти n – ?
Составим уравнение 14 n = 42 n = 3
Ответ: С 3 Н 6 – пропен структурная формула:
Отсканируйте решение и отправьте на электронный адрес: bogdanowskaj @ mail . ru
С задачами на вывод химической формулы вещества учащиеся встречаются при прохождении программы химии с 8 по 11 классы. К тому же, данный тип задач довольно часто встречается в олимпиадных заданиях, контрольно – измерительных материалах ЕГЭ (части В и С). Диапазон сложности данных задач достаточно широк. Как показывает опыт, у школьников часто возникают затруднения уже на первых этапах решения при выводе молярной массы вещества.
В данной разработке предлагаются задачи на нахождение формулы вещества, исходя из разных параметров в условиях. В представленных задачах приведены различные способы нахождения молярной массы вещества. Задачи составлены таким образом, чтобы учащиеся могли освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Наглядно демонстрируются наиболее общие приёмы решений. Для учащихся предлагаются решённые задачи по принципу нарастания сложности и задачи для самостоятельного решения.
Вывод химической формулы вещества: |
Номер задачи
|
Вычисление молярной массы вещества |
Задачи для самостоятельного решения |
На основании массовых долей (%) атомов элементов |
M, где n - число атомов |
Определить химическую формулу соединения, имеющего состав: натрий – 27,06%; азот – 16,47 %; кислород – 57,47%. Ответ: NaNO 3 |
|
На основании массовых долей (%) атомов элементов и плотности соединения |
М (CхНу) = D(Н2) ·М (Н2) |
Относительная плотность паров органического кислородсодержащего соединения по кислороду равна 3, 125. Массовая доля углерода равна 72%, водорода – 12 %. Выведите молекулярную формулу этого соединения. Ответ: C 6 H 12 О |
|
По плотности вещества в газообразном состоянии |
М (в-ва) = ρ · М (газообр. в-ва) |
Относительная плотность паров предельного альдегида по кислороду равна 1,8125. Выведите молекулярную формулу альдегида. Ответ: C 3 Н 6 О |
|
На основании массовых долей (%) атомов элементов и массе соединения |
М находится по соотношению, |
Углеводород содержит 81,82 % углерода. Масса 1 л. этого углеводорода (н.у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу углеводорода. |
|
По массе или объёму исходного вещества и продуктам горения |
М (в-ва)=Vm·ρ |
Относительная плотность паров кислородсодержащего органического соединения по гелию равна 25,5. При сжигании 15,3 г. этого вещества образовалось 20,16 л. СО 2 и 18,9 г. Н 2 О. Выведите молекулярную формулу этого вещества.Ответ: C 6 H 14 О |
Приводится пример решения задачи на применение уравнения Менделеева – Клайперона
Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты.
Относительная плотность углеводорода по водороду, имеющего состав: w(С) = 85,7 %; w (Н) = 14,3 %, равна 21. Выведите молекулярную формулу углеводорода.
Определите молекулярную формулу алкана, если известно, что его пары в 2,5 раза тяжелее аргона.
Массовая доля углерода в соединении равна 39,97 %, водорода 6, 73 %, кислорода 53,30 %. Масса 300 мл. (н.у.) этого соединения равна 2,41 г. Выведите молекулярную формулу этого вещества.
Дано: |
Решение: |
Вывести формулу соединения |
Если мы знаем химическую формулу вещества, то достаточно просто рассчитать относительные массы каждого элемента в нем.
По-видимому, можно выделить два основных типа расчетных задач на основе формул химических веществ. Во-первых, зная атомные массы каждого элемента, можно вычислить их суммарную массу, приходящуюся на моль вещества, и определить процентное содержание каждого элемента. Во-вторых, можно решить обратную задачу: найти химическую формулу по заданному процентному содержанию элементов в веществе (на основании данных химического анализа)
Рассмотрим несколько примеров.
Пример 1. Рассчитайте массовые доли в
процентах каждого элемента в фосфорной кислоте.
Решение.
Зная относительные атомные массы
каждого элемента, вычислим их сумму для Н 3 РО 4:
М r (Н 3 Р0 4) = 3A r (Н) + A r (Р) + 4A r (0) = 3 . 1 + 31 + 16 . 4 = 98. Тогда, например, содержание водорода равно
Пример 2. Железо образует с кислородом три оксида. Один из них содержит 77,8% железа, другой - 70,0 и третий - 72,4%. Определите формулы оксидов.
Решение. Запишем формулу оксида железа в общем случае: Fe x O y . Найдем отношение х: у и, приводя к целочисленному отношению, определим формулы оксидов.
1. Экспериментально найдено, что некоторое вещество, имеющее молярную массу 116 г/моль, содержит 23±2% азота. Требуется уточнить процентное содержание азота.
2. Химический анализ соединения азота с водородом, имеющего относительную молекулярную массу 32, показал, что массовая доля азота в соединении равна 66%. Докажите, что результаты анализа неверны.
3. Определить формулу вещества, содержащего 1,22 массов. части калия, 1,11 массов. части хлора и 2,00 массов. части кислорода. Существуют ли еще вещества того же качественного состава? Что вы можете сказать (на языке формул) об их количественном составе?
4. Хлорид некоторого металла содержит 74,7% хлора; определите неизвестный металл.
5.
Соль, содержащая некоторый элемент X,
имеет следующее массовое соотношение элементов
X: Н: N: О = 12: 5: 14: 48. Какова формула этой соли?
6. В середине XIX в. урану приписывали следующие значения атомной массы: 240 (Менделеев), 180 (Армстронг), 120 (Берцелиус). Эти значения получены по результатам химического анализа урановой смолки (одного из оксидов урана), который показал, что она содержит 84,8% урана и 15,2% кислорода. Какую формулу приписывали этому оксиду Менделеев, Армстронг и Берцелиус?
7. Некоторые квасцы (кристаллогидраты состава А 1 +Б 3 +(SО 4) 2 . 12Н 2 О) содержат 51,76% кислорода и 4,53% водорода. Определите формулу квасцов.
8. Соединение содержит водород (массовая доля- 6,33%), углерод (массовая доля -15,19%), кислород (массовая доля - 60,76%) и еще один элемент, число атомов которого в молекуле равно числу атомов углерода. Определите, что это за соединение, к какому классу оно относится и как ведет себя при нагревании.
1. 23% азота составляют 
В состав вещества может входить только целое число атомов азота (относительная масса 14). Значит, величина массы азота в одном моле вещества должна быть кратна 14. Таким образом, в 116 г вещества должно содержаться 14n (г) азота (14, 28, 42, 56 и т. д.). Наиболее близко к 26,7 число (кратное 14) 28. Массовая доля азота в веществе равна
2 . Если химический анализ проведен верно, то молекула данного соединения азота с водородом должна содержать
Число атомов в молекуле не может быть дробным, поэтому анализ проведен неверно.
3. Для нахождения количественного состава разделим массовые части элементов на их относительные атомные массы
т. е. формула искомого вещества КС1О 4 (перхлорат калия).
Эти же элементы содержатся в гипохлорите калия КСlO, хлорите калия КС1О 2 , хлорате калия КСlO 3 .
| n | (Me) | Me |
| 1 | 12 | - |
| 2 | 24 | Mg |
| 3 | 36 | - |
| 4 | 48 | Ti |
| 5 | 60 | - |
Титан или магний.
Определение формулы вещества по массовым долям химических элементов (результатам количественного анализа) или по общей формуле вещества
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)
Формулу для нахождение массовой доли элемента в веществе:
ωэлемента = , × 100 %
где Аr –относительная атомная масса элемента; n – количество атомов элемента в веществе; Мr – относительная молекулярная масса всего вещеста
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.
3. 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.
4. 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
5. 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.
Задача 1: Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.
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 (поделим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (будем домножать на 1, 2,3,4 и т. п. пока после запятой не появится 0 или 9. В данной задаче нужно домножить 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.
Задача 2 : Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.
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.
Задача 3 : Определить формулу дихлоралкана, содержащего 31,86 % углерода.
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. С3Н6Cl2
