Глава I.
Плотность вещества.
При решении задач на нахождение формул используются понятия плотностей. Необходимо знать два вида:
А). Плотность, выражаемая в г\литр обычно применяется для нахождения молярной массы газообразных веществ или если в задаче указано что взяты пары какого либо вещества. Расчет ведем по формуле:
m
p = ----
V
Но, в случае нахождения формул вместо значения обычной массы применяем молярную массу М (г\моль), а вместо значения объёма берём молярный объём равный 22,4 литр\моль, т.е. получаем формулу:
М (г\моль)
p = ----- (1)
22,4 (л.\ моль)
Зная плотность, которая обычно дается, можно рассчитать молярную массу искомого вещества, например:
Задача №1. Найти молярную массу неизвестного вещества, если его плотность 1,339 г\литр.
Дано: ρ = 1,339 г\литр
Найти: М(вещества)
Решение
Используем формулу (1), из неё вытекает, что М(в-ва)= ρ · 22,4литр\моль, следовательно М(в-ва) = 1,339 г\литр · 22,4 литр\моль = 30 г. моль
Ответ: М(в-ва) = 30 г\моль.
Иногда, в формулировке задачи не сказано на прямую о плотности, а говорится, что один литр газа весит определенное количество грамм. Такое выражение соответствует плотности и необходимо применять эту же формулу.
В). Относительная плотность или плотность по другому веществу применяется при нахождении молярной массы любого вещества. Расчет ведём по формуле:
М(в-ва)
D(H2) = -----------
M(H2)
Вещество, молярная масса которого взята в знаменателе может быть любым. В данном случае я взял плотность по водороду. Исходя из этой формулы
М(в-ва) = D(H2) · M(H2) (2) Например:
Задача № 2 Найти молярную массу неизвестного вещества, если плотность его по кислороду 0,5
Дано: D(O2) = 0,5
Найти: М(в-ва).
Решение.
Используем формулу (2)
М(в-ва) = D(O2) · M(O2)
М(О2) = 16 · 2 = 32 г\моль
M(в-ва) = 0,5 · 32 г\моль = 16 г\моль
Ответ: М(в-ва) = 16 г\моль
Используя, приведенные формулы попробуйте рассчитать молярные массы:
Задача № 3. Найти молярную массу пропана, если его плотность 1,964 г\литр.
(Ответ – 44).
Задача № 4. Найти молярную массу этилового спирта, если его плотность по воздуху 1,586 (необходимо помнить, что молярная масса воздуха принята –
29 г\моль)
(Ответ – 46).
Задача № 5. Найти молярную массу этилена, если его плотность 1,071 г\литр.
Задача № 6. Найти молярную массу пентана, если его плотность по углекислому газу – 1,636.
Задача № 7. Найти молярную массу бензола, если его плотность по азоту 2,785.
Задача № 8. Найти молярную массу бутадиена, если плотность его паров
2,411 г\литр.
Задача № 9. Найти молярную массу неизвестного вещества, если один литр его весит 2,589 грамма.
Задача № 10. Найти молярную массу неизвестного вещества, если его плотность по воздуху 1,517.
Задача № 11. Найти молярную массу неизвестного вещества, если его плотность 3,482 г\литр.
Глава II.
Массовая доля элемента в веществе.
Массовая доля элементов в веществе покажем на расчете массовых долей углерода и водорода в некотором веществе СхНу.
Для этого в начале рассчитаем молярную массу этого вещества:
М(СхНу) = 12 · х + 1 · у = 12х+у
Формула массовой доли:
12х
W(С) = ------- · 100% это массовая доля углерода в данном веществе.
12х+у
1y
W(Н) = ------ · 100% это массовая доля водорода в данном веществе.
12x+y
Например:
Задача № 1. Найти массовые доли всех элементов в пропане С3Н8.
Дано: Пропан. С3Н8
Найти: W(C) -?
W (H) -?
Решение.
М (С3Н8) = 12 · 3 + 1 · 8 = 44г\моль
12 · 3
W(C) = --------- · 100 % = 81, 82%
1 · 8
W (H) = ------- · 100 % = 18, 18%
Ответ: W(C) = 81, 82 %
W (Н) = 18, 18 %
Задача № 2. Найти массовые доли всех элементов в метане СН4.
Задача № 3. Найти массовые доли всех элементов в серной кислоте.
Задача № 4. Найти массовые доли всех элементов в этиловом спирте С2Н5ОН
Задача № 5. Найти массовые доли всех элементов в глюкозе С6Н12O6
Задача № 6. Найти массовую долю углерода в бензоле С6Н6
Задача № 7. Сравните массовые доли углерода в Этане – С2Н6 и Этилене – С2Н4
Задача № 8. Сравните массовые доли углерода в пропане и пропине.
Задача № 9. Найти массовые доли водорода в бутане, пентане и октане.
Задача № 10. Найти массовые доли всех элементов в ацетоне С3Н6О
Задача № 11. В каком веществе бутане или бутене процентное содержание углерода будет выше.
Глава III.
Тип 1.
Решение задачи на нахождение формулы рассмотрим на конкретном примере, с использованием знаний полученных в предыдущих главах.
Задача № 1. Найти формулу неизвестного вещества, если плотность по водороду 8, а массовая доля углерода 75%, массовая доля водорода 25 %.
Дано: D(Н2) = 8 Решение.
W(C) = 75%
W(H) = 25% 1). Если дана плотность, следовательно, необходимо
__________________ найти молярную массу: (формула 2)
Найти СхНу М (СхНу) = D(H2) · M(H2)
M (CxHy) = 8 · 2 = 16 грамм\моль
2). Используя формулу массовой доли, найдем количество атомов углерода:
М (СхНу) · W(С)
х (С) = ---------------------- = 1
Аr(C) · 100
3). Используя формулу массовой доли, найдём количество атомов водорода:
М (СхНу) · W(Н)
У (Н) = ---------------------- = 4
Аr(Н) · 100
Ответ: Формула СН4 – метан.
2. Найти формулу органического вещества, если плотность по кислороду 0,9375 массовая доля углерода 80%, массовая доля водорода 20%.
3. Найти формулу органического вещества, если плотность по углекислому газу 1, массовая доля углерода 81,82 % массовая доля водорода 18,18%.
4. Найти формулу органического вещества, если плотность по воздуху 2, массовая доля углерода 82,76% массовая доля водорода 17,24%.
5. Найти формулу органического вещества, если плотность по метану 5,375 массовая доля углерода 0,8372, массовая доля водорода 0,1628. (отличие этой задачи в том, что массовые доли даны не в процентах, а уже переведены в сотые доли).
6. Найти формулу органического кислородсодержащего вещества, если плотность по азоту 6,429 Массовая доля углерода 40% массовая доля водорода 6,67% Массовая доля кислорода 53,33%.
7. Найти формулу вещества, если плотность по угарному газу(СО) 4,071, массовая доля углерода 84,21% массовая доля водорода 15, 79%.
8. Найти формулу углеводорода, если плотность по воздуху 2,483 массовая доля углерода 83,33%.
9. Найти формулу углеводорода, если плотность по пропану 2,273 массовая доля водорода 16%.
10. Найти формулу углеводорода, если плотность по Гелию 25 массовая доля углерода 84%.
11. Найти формулу органического вещества, если плотность по бутану 0,2759 массовая доля углерода 75%, массовая доля водорода 25%.
Тип II.
1. Найти формулу углеводорода, если его плотность 0,714 г\литр Массовая доля углерода 75%, массовая доля водорода 25%.
Решение.
Дано: ρ (СхНу) = 0,714 г\литр 1. Дано выражение плотности в единицах г\литр,
W(C) = 75% следовательно для вычисления молярной массы
W(H) = 25% применим формулу:
__________________________
М (СхНу) = ρ(СхНу) г\моль · 22,4литр\моль
Найти СхНу М (СхНу) = 0,714 г\моль · 22,4 литр\моль = 16 г\м
2. Как и в задачах типа I применяем формулу массовой доли:
М (СхНу) · W(C)
Х (С) = ------------------------
Ar(C) · 100%
16 · 75%
Х (С) = ------------------------ = 1
12 · 100%
3. Аналогично найдем количество атомов водорода
16 · 25
У (Н) = ------------------------ = 4
1 · 100%
Ответ: Формула СН4 – метан
2. Найти формулу органического вещества, если плотность 1,339 г\литр, массовая доля углерода 80%, массовая доля водорода 20%.
|
Дано: ρ(СхНу) = 1,339 г\литр Решение.
W(C) = 80% 1. Если известна плотность находим молярную
W(C) = 20% массу (смотри формулу 1)
__________________________
М (СхНу) = 1,339 г\л. · 22,4 л.\ моль = 30 г\моль
2. Находим количество атомов углерода используя формулу массовой доли:
30 г\моль · 80%
X (C) = ----------------------- = 2
12 г\моль · 100%
3. Находим количество атомов водорода, используя формулу массовой доли:
30 г\моль · 20%
У (Н) = ---------------------------------- = 6
1 г\моль · 100%
Ответ: С2Н6 – этан
3. Найти формулу углеводорода, если плотность паров данного вещества 3,839 г\ литр, а массовая доля углерода 83,72%. (Если вещество углеводород, то массовая доля водорода будет 100% - 83,72% = 16,28%).
4. Назовите вещество, плотность которого 1,964г\литр, массовая доля водорода 18,18%.
5. Определите формулу органического вещества, если плотность 3,214 г\литр, массовая доля углерода 83,33%, массовая доля водорода 16,67 %.
6. Какое вещество 1 литр паров, которого весит 4,464 грамма, массовая доля углерода 84%, массовая доля водорода 16%.
7. Плотность паров органического кислородсодержащего вещества 2,054 г\литр массовая доля углерода 52,17%, массовая доля водорода 13,04%. Определить молекулярную формулу.
8. Запишите формулу некоторого вещества, плотность паров которого 0,804 г\литр, массовая доля водорода 11,11%, массовая доля кислорода 88, 89%. Назовите это вещество.
9. Как называется вещество плотность которого 1,63 г\литр, массовая доля водорода 2,74 % массовая доля хлора 87,26%.
10. Определите формулу органического вещества, если плотность 1,25 г\литр, а массовая доля водорода 14,29%, массовая доля углерода 85, 71%.
11. Найти формулу вещества, если плотность паров 5,089 г\литр, массовая доля углерода 84,21%, а всё остальное приходится на водород.
Тип III.
1. Найти формулу углеводорода, если массовая доля углерода 75%, массовая доля водорода 25%.
Дано: W (С) = 75% Решение.
W (H) = 25%
___________________ 1. Так-как в этой задаче не известна плотность, то моляр -
ную массу определить нельзя. Напишем выражение для массовых долей углерода и водорода:
12 · X 1 · Y
W(C) = ------------- W (H) = -----------
M (CxHy) M (CxHy)
2. Выразим значение молярной массы из каждой формулы:
12 · X 1 · Y
M (CxHy) = ------------ M (CxHy) = ---------
W(C) W (H)
3. Так – как в обоих случаях речь идёт о молярной массе одного и того – же вещества эти выражения можно приравнять.
12 · X 1 · Y
------------ = ----------
W(C) W (H)
4. Преобразуя это выражение, найдем отношение количества атомов углерода к количеству атомов водорода.
X W(C) · 1
------ = --------------
Y 12 · W (H)
5. Подставляя конкретные значения нашей задачи, приходим к выводу:
X 1
----- = 0, 25 = -------
Y 4
Ответ: СН4 – метан
2. Найти формулу вещества массовая доля углерода, в котором 80%, водорода 20%.
Дано: W(C) = 80% Решение.
W (H) = 20%
____________________ Для того чтобы облегчить решение таких задач предлагаю
просто запомнить порядок некоторых действий.
1. Массовые доли элементов поделим на соответствующую атомную массу:
80% 20%
--------- = 6,67 --------- = 20
12 1
2. Полученные значения поделим на наименьшее из них:
6,67 20
------- = 1 ------- = 3
6,67 6,67
3. Полученные числа и будут индексами в формуле.
Ответ: СН3 – простейшая формула вещества (С2Н6).
3. Найти формулу вещества, если массовая доля углерода 81,82%, массовая доля водорода 18,18%.
Дано: W(C) = 81, 82% Решение.
W(H) = 18, 18%
_____________________ 1. Поделим массовые доли на соответствующую атом-
СхНу ную массу:
81,82% 18,18%
------------ = 6,818 ----------- = 18,18
12 1
2. Полученные числа поделим на наименьшее из них:
6,818 18,18
--------- = 1 --------- = 2,67
6,818 6,818
3. Так – как одно из полученных чисел дробное, то они не могут являться индексами. Домножим их на такое наименьшее целое число чтобы получились целые числа (возможно округление, но не больше 0,03). Это число 3.
Получаем возможную формулу С3Н8 – пропан.
Ответ: С3Н8 – пропан.
4. Найти простейшую формулу органического вещества, если массовая доля углерода 82,76%, массовая доля водорода 17,24%.
5. Определите формулу вещества, если массовая доля углерода 83,33%, массовая доля водорода 16, 67%.
6. Назовите вещество, если оно содержит 84% углерода и 16% водорода. Напишите его молекулярную и структурную формулу.
7. Определите формулу очень известного соединения, если оно содержит 52,17% углерода, 13,04% водорода, 34,78% кислорода.
8. Найдите формулу вещества содержащего 37,5% углерода, 12,5% водорода, 50% кислорода.
9. Найдите формулу, если вещество содержит 92,31% углерода, 7, 69% водорода.
10. Определите формулу, если массовая доля углерода 90%, массовая доля водорода 10 %.
11. Напишите формулу органического вещества, если оно содержит 40% углерода,
6,67% водорода, 53,33% кислорода.
Тип IV.
Для решения этого типа задач необходимо знать общие формулы органических веществ разных классов. Вот некоторые из них:
| Название класса вещества | Общая формула | Дополнительные данные |
| 1. Предельные углеводороды гомологический ряд метана. Алканы | СnH2n+2 | n > 1 |
| 2. Предельные углеводороды Циклоалканы | CnH2n | n > 3 |
| 3.Непредельные углеводоро-ды. Гомологический ряд этилена. Алкены. | СnH2n | n > 2 |
| 4.Непредельные углеводоро- ды. Диеновые. Алкадиены. | CnH2n-2 | n > 3 |
| 5. Непредельные углеводоро- ды. Гомологический ряд ацетилена. Алкины. | СnH2n-2 | n > 2 |
| 6.Ароматические углеводоро-ды. Гомологический ряд бензола. Арены. | СnH2n-6 | n > 6 |
| 7. Спирты. Одноатомные, предельные. Алканолы. | CnH2n+1OH | n > 1 |
| 8. Спирты. Двухатомные. Предельные. Алкандиолы. | CnH2n(OH)2 | n > 2 |
| 9. Альдегиды. Алканали. | СnH2nO | n > 1 |
| 10. Карбоновые кислоты. | CnH2nO2 | n > 1 |
| 11. Сложные эфиры. | CnH2nO2 | n > 2 |
| 12. Амины. | СnH2n+1NH2 | n > 1 |
| 13. Аминокислоты. | СnH2n-1O2NH2 | n > 2 |
1.Определить формулу органического вещества если оно относится к классу алканов, а плотность по воздуху 1,517.
Дано: Dвозд = 1,517 Решение.
__________________
1. Если известен класс соединений, то найдём молярную
СхНу массу в общем виде.
М (СnH2n+2) = 12 · n + 1 · (2n + 2) = 14n + 2
2. Найдём молярную массу исходя из плотности.
М (СnH2n+2) = Dвозд. · М (возд.)
М (СnH2n+2) = 1,517 · 29 = 44 г\моль
3. Теперь приравняем полученные данные, так – как это одна и та же масса.
14n + 2 = 44 г\моль
14n = 44 – 2 = 42
n = 3
4. Подставляем в общую формулу и получаем ответ С3H8 – пропан.
Ответ: С3Н8 – пропан.
2. Найти формулу алкана, если плотность 0,714 г\литр.
3. Определить формулу предельного углеводорода гомологического ряда метана, если плотность по водороду 15.
4. Какой алкан имеет плотность по азоту 2,071.
5. Определите формулу алкана с плотностью 3,214 г\литр.
6. Запишите формулу органического вещества если его общая формула СnH2n-6, а плотность по углекислому газу 1,773.
7. Определить соединение имеющее общую формулу СnH2n и плотность по метану 1,75.
8. Найти формулу алкана, если его плотность паров 3,839 г\литр.
9. Назвать алкан, если плотность паров 4,464 г\литр.
10. Найти органическое вещество имеющее общую формулу СnH2n-2 и плотность по кислороду 0,8125.
11. Найти общую формулу класса органических соединений, если известно, что в состав одного из гомологов входит 4 атома углерода и это вещество имеет плотность по водороду 29. К какому классу относится это вещество.
Тип V.
1. Найти формулу углеводорода, при сгорании 3,2 граммов которого и имеющего плотность по воздуху 0,551 получили 8,8 граммов оксида углерода (IV) и 7,2 грамма воды.
Дано: Dвозд = 0,551 Решение.
m (CxHy) = 3, 2 г.
m (CO2) = 8, 8 г. 1. Запишем схему уравнения реакции горения неиз -
m (H2O) = 7, 2 г. вестного углеводорода:
__________________
CxHy + O2 = x CO2 + y\2H2O
Найти СхНу
2. Всё что дано в задаче разместим над соответствующими формулами в уравнении:
3,2 8,8 7,2
СхНу + О2 = х СО2 + у\2 Н2О
3. Найдем молярные массы и разместим их под соответствующими формулами:
а). Молярную массу неизвестного углеводорода найдём по плотности.
М (СхНу) = 29 · 0,551 = 16
б). М (СО2) = 12 + 16 · 2 = 44 г\моль
в). М (Н2О) = 1 · 2 + 16 = 18 г\моль
3,2 8,8 7,2
СхНу + О2 = х СО2 + у\2 Н2О
16 44х 18 · у\2
Обратите внимание, что, мы учитываем коэффициенты, стоящие перед соответствующими формулами.
4. А теперь решим две пропорции:
3,2 8,8 16 · 8,8
-------- = ----------- Х = ------------ = 1
16 44х 3,2 · 44
3,2 7,2 16 · 7,2
-------- = ----------- У = ------------- = 4
16 18 · у\2 3,2 · 9
Ответ: Сгоревшее вещество СН4 – метан.
2. Найти формулу сгоревшего вещества, если при сгорании 15 граммов его было получено 44 г. оксида углерода (IV) и 27 граммов воды. Плотность по воздуху 1,034.
3. Найти формулу сгоревшего углеводорода, если при сгорании 20 граммов его было получено 60 граммов СО2 и 32,72 грамма Н2О. Плотность сгоревшего вещества 1,964 г\литр.
4. Найти формулу сгоревшего вещества, если при сгорании 10 г. его образовалось 30,7 г. оксида углерода и 14,65 г. воды. Плотность по кислороду 2,6875.
5. Найти формулу углеводорода, если при сгорании 15 граммов его образовалось 45,52 грамма углекислого газа и 23,28 грамма воды. Плотность 2,589 г\литр.
6. Найти формулу углеводорода, если при сгорании 10 граммов его было получено 33,85 грамма СО2 и 6,923 г. воды. Плотность по воздуху 0,897.
7. Найти формулу органического вещества, если при сгорании 20 граммов его было получено 48,89 г. углекислого газа и 15 граммов воды. Плотность 2,4107г\литр.
8. Найти формулу органического вещества если при сгорании 15 граммов его было получено 64,17 грамма СО2 и 22,5 грамма Н2О, а плотность по углекислому газу 2,1818.
9. Найти формулу углеводорода, если при сгорании 20 граммов его было получено 67,69 грамма углекислого газа и 13,85 грамма воды. Плотность по метану 4,875.
10. Найти формулу органического вещества, если при сгорании 10 граммов его было получено 33,48 грамма углекислого газа и 7,83 грамма воды. Плотность по азоту 3,286.
11. Найти формулу углеводорода, если при сгорании его количеством 2 моля образовалось 44,8 литра углекислого газа и 72 грамма воды.
Тип VI.
Решение нестандартных задач.
1). При взаимодействии 1,16 г. алкана с хлором образовалось 1,85 г. монохлорпроизводного. Определить молекулярную формулу алкана.
Дано: m(алкана) = 1,16 г. Решение.
m(монохлорпроизв).= 1,85 г.
________________________________ 1). Так как по условию известен класс угле -
водородов, то запишем уравнение реакции используя общую формулу алканов.
1,16 г. 1,85 г.
СnH2n+2 + СI2 = CnH2n+1CI + HCI
14n+2 14n + 36,5
2). Всё что дано запишем над соответствующей формулой.
3). Найдем молярные массы в “общем виде” и запишем их под соответствующей формулой:
М(СnH2n+2) = 12 · n + 1 (2n + 2) = 12n + 2n + 2 = 14n + 2
M(CnH2nCI) = 12 · n + 1 (2n + 1) + 35,5 = 12n + 2n + 1 + 35,5 = 14n + 36,5
4). Запишем пропорцию и решим её.
1,16 1,85
-------- = ----------
14n + 2 14n + 36,5
1,16 (14n + 36,5) = (14n + 2) 1,85
16,24n + 42,34 = 25,9n + 3,7
16,24n – 25,9n = - 42,34 + 3,7
- 9,66n = - 38,64
n = 4
Подставляем в общую формулу и получаем С4Н10
Ответ: С4Н10 - бутан