Определение формулы вещества по составу.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫВЕЩЕСТВА ПО СОСТАВУ

Повторение формул:

Алканы

C_nH_2n+2

Алкены

C_nH_2n

Алкины

C_nH_2n-2

Алкадиены

C_nH_2n-2

Гомологи бензола

C_nH_2n-6

Предельные одноатомные спирты

C_nH_2n+2O или СnH2n+1OH

Многоатомные спирты

C_nH_2n+2O_x

Предельные альдегиды

C_nH_2nO или СnH2n+1COH

Кетоны

C_nH_2nO

Фенолы

C_nH_2n-6O

Предельные карбоновые кислоты

C_nH_2nO_{2 или} СnH2n+1СООН

Сложные эфиры

C_nH_2nO₂

Амины

C_nH_2n+3N

Аминокислоты

C_nH_2n+1NO₂

 

II этап: «Обработка информации по данной проблеме». Рассмотрим несколько задач на вывод формулы органического соединения

Пример

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 100г.

Тогда масса С будет равна 84,21г, а масса Н — 15,79 г.

2. Найдём количество вещества каждого атома:

n(C) = m / М = 84,21 /12 = 7,0175 моль,

n(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.

3. Определяем мольное соотношение атомов С и Н:

С: Н = 7,0175: 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (домножим 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 — C₈H₁₈ Ответ: C₈H₁₈

Пример

Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.

Общая формула алкина С_nН_2n-2.

Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность р — это масса 1 литра газа при нормальных условиях.

Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4л такого газа:

М = (плотность р) * (молярный объём V_m) = 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 C₄H₆ Ответ: C₄H₆

Пример

Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3*10²² молекул этого альдегида весят 4,3г.

В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо найти величину молярной массы вещества.

Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в 1 моль вещества.

Это число Авогадро: N_a = 6,02*10²³ (молекул). Значит, можно найти количество вещества альдегида: n= N / N_a = 3*10²² / 6,02*10²³ = 0,05 моль, и молярную массу:

М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль.

Общая формула предельного альдегида С_nН_2nО, то есть М = 14n + 16 = 86, n = 5.

Ответ: С₅Н₁₀О, пентаналь.

Определение формулы вещества по составу.

1–1. Плотность углеводорода при нормальных условиях равна г/л. Массовая доля углерода в нем равна . Выведите молекулярную формулу этого углеводорода.

1–2. Относительная плотность паров предельной двухосновной карбоновой кислоты по воздуху равна . Выведите молекулярную формулу карбоновой кислоты.

1–3. л алкадиена при н.у. имеет массу, равную г. Выведите молекулярную формулу алкадиена.

Определить формулу алкадиена, если 3,4г его могут обесцветить 80 г 2%-го раствора брома.

1. Общая формула алкадиенов — С_nН_2n-2.

Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с 1 моль диена вступят 2 моль брома:

С_nН_2n-2 + 2Вr₂ —► С_nН_2n-2 Вr₄

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

m(Вr₂) = m_{раствора} * ω = 80 * 0,02 = 1,6г

n(Br₂) = m/ M = 1,6/160 = 0,01 моль.

3. Так как количество брома, вступившего в реакцию, в 2 раза больше, чем количество алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:

М_диена = m / n = 3,4 / 0,05 = 68 г/моль.

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

14n — 2 = 68

n = 5. Это пентадиен C₅H₈. Ответ: C₅H_8.

Пример

При взаимодействии 0,74г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для гидрирования 112мл пропена (н. у). Что это за спирт?

1. Формула предельного одноатомного спирта — C_nH_2n+1OH. Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции — т.е. с выделенной отдельно группой ОН.

2. Составим уравнения реакций (нельзя забывать о необходимости уравнивать реакции):

2С_nН_2n+1 ОН + 2Na —► 2C_nH_2n+1ONa + Н₂

С₃Н₆ + Н₂ —► С₃Н₈

3. Можно найти количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:

n(C₃H₆) = V / Vm = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль => v(H2) = 0,005 моль,

n(спирта) = 0,005 * 2 = 0,01 моль.

Находим молярную массу спирта:

М_спирта = m / n = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль,

14n + 18 = 74 14n = 56 n = 4.

Спирт — бутанол С₄Н₇ОН. Ответ: С₄Н₇ОН.

Пример

Определить формулу сложного эфира, при гидролизе 2,64г которого выделяется 1,38г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты.

1. Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде:

С_nН_2n+1 COOC_mH_2m+1

Соответственно, спирт будет иметь формулу

С_mН_2m+1ОН, а кислота

С_nН_2n+1 COOH

Уравнение гидролиза сложного эфира:

С_nН_2n+1 COOC_mH_2m+1 + Н₂О —► С_mН_2m+1ОН + С_nН_2n+1 COOH

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

Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:

m_H2O = (масса кислоты) + (масса спирта) — (масса эфира) = 1,38 + 1,8 — 2,64 = 0,54г

n_H2O = m / М = 0,54 /18 = 0,03 моль

Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны 0,03моль.

Можно найти их молярные массы:

М_{кислоты} = m / n = 1,8 / 0,03 = 60 г/моль,

М_спирта = 1,38 / 0,03 = 46 г/моль.

Получим два уравнения, из которых найдём тип:

М_{СnН2n+1 COOH} = 14n + 46 = 60, n = 1 — уксусная кислота

M_{СmН2m+1ОН} = 14m + 18 = 46, m = 2 — этанол.

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

 

Ответ: СН₃СООС₂Н₅-этиловый эфир уксусной кислоты.

3–1. Определить формулу алкена, если известно, что он г его при присоединении воды образуют г спирта.

3–2. При взаимодействии предельного двухатомного спирта массой г с избытком калия выделилось л водорода. Определить формулу спирта.

3–3. При окислении предельного одноатомного спирта оксидом меди (II) получили г альдегида, г меди и воду. Определить молекулярную формулу этого спирта.

3-4.Некоторое количество алкена Х при взаимодействии с избытком хлора образует 11,3 г дихлорида, а при реакции с избытком брома - 20,2 г дибромида. Определите молекулярную формулу Х.