Методика решения заданий С 5 по химии

В своей практике, я часто сталкиваюсь с проблемой при обучении решению задач по химии. Одно из сложных заданий в заданиях ЕГЭ стало и задание С 5.

Приведу несколько примеров:

Пример 1.

Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% углерода и 15,79% водорода, и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.

Решение:

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:

n(C) = m / M = 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.

5.      Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С₄Н₉ — 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.

Значит, истинная формула — С₈Н₁₈.

Пример 2.

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

Решение:

1.      Общая формула алкина С_nH_2n−2

2.      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 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 С₄Н₆.

Ответ: С₄Н₆.

Пример 3.

Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8 г этого соединения образуется 15,68 л углекислого газа (н. у) и 12,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Решение:

1.      Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как СхНуОz.

2.      Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):

СхНуОz + О₂ → CO₂ + H₂O

3.      Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.

Находим количества веществ CO₂ и H₂O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:

     а) n(CO₂) = V / V_m = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.

(На одну молекулу CO₂ приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько и CO₂.  n(C) = 0,7 моль)

     б) n(Н₂О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.

(В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза больше, чем воды.                         n(H) = 0,7 • 2 = 1,4 моль)

4.      Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.

m(C) = 0,7 • 12 = 8,4 г, m(H) = 1,4 • 1 = 1,4 г

Масса всего вещества 9,8 г.

m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, т.е. в данном веществе нет атомов кислорода.

5.      Поиск простейшей и истинной формул.

С : Н = 0,7 : 1,4 = 1 : 2.     Простейшая формула СН₂.

6.      Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забыть, что азот состоит из двухатомных молекул N₂ и его молярная масса 28 г/моль):

M_ист. = D(N₂) • M(N₂) = 2 • 28 = 56 г/моль.

Истиная формула СН₂, её молярная масса 14.       56 / 14 = 4.       Истинная формула: (СН₂)₄ = С₄Н₈.

Ответ: С₄Н₈.

Пример 4.

При взаимодействии 25,5 г предельной одноосновной кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Решение:

1.      C_nH_2n+1COOH + NaHCO₃ à C_nH_2n+1COONa + H₂O + CO₂

2.      Найдем количество вещества СО₂

n(CO₂) = V/Vm = 5,6л : 22,4 л/моль = 0,25 моль

3.      n(CO₂) = n(кислоты) = 0,25 моль (из уравнения видно это соотношение 1:1)

Тогда молярная масса кислоты равна:

M(к-ты) = m/n = 25,5г : 0,25 моль = 102г/моль

4.      М(к-ты) = 12n+2n+1+12+16+16 (из обшей формулы, М = Ar(C)*n + Ar(H)*n + Ar(O)*n = 12*n + 1*(2n+1)+ 12+16+16+1)

М(к-ты) = 12n +2n +46 = 102; n = 4; Формула кислоты С₄Н₉СООН.

Задачи для самостоятельного решения С5:

1.      Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты.

2.      Установите молекулярную формулу третичного амина, если известно, что при его сгорании выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 0,99 г воды и 0,112 л (н.у.) азота.

3.      Для полного сжигания 2 л газообразного углеводорода потребовалось 13 л кислорода, при этом образовалось 8 л углекислого газа. Найти молекулярную формулу углеводорода.

4.      При сжигании 3 л газообразного углеводорода получено 6 л углекислого газа и некоторое количество воды. Определите молекулярную формулу углеводорода, если известно, что для полного сжигания потребовалось 10,5 л кислорода.

5.      Дихлорпроизводное алкана содержит 5,31% водорода по массе. Определите молекулярную формулу дихлоралкана. Приведите структурную формулу одного из возможных изомеров и назовите его

6.      При сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислород,  выделилось 4,48 л углекислого газа (н.у.), 3,6 г воды и 2 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу соединения.