Итоговая работа по курсу повышения квалификации «Система расчетных задач по химии»: «Система решения задач на нахождение формул веществ».
методическая разработка по химии на тему

Вывод химической формулы вещества:

Номер задачи
(пример решения)

Вычисление молярной массы вещества

Задачи для самостоятельного решения

- на основании массовых долей (%) атомов элементов

1

M, где n - число атомов

Определить химическую формулу соединения, имеющего состав: натрий – 27,06%; азот – 16,47 %; кислород – 57,47%. Ответ: NaNO3

- на основании массовых долей (%) атомов элементов и плотности соединения

2

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:C6H12О

- по плотности вещества в газообразном состоянии

3

М (в-ва) = ρ · М (газообр. в-ва)

Относительная плотность паров предельного альдегида по кислороду равна 1,8125. Выведите молекулярную формулу альдегида. Ответ: C3Н6О

- на основании массовых долей (%) атомов элементов и массе соединения

4

М находится по соотношению,
или
M

Углеводород содержит 81,82 % углерода. Масса 1 л. этого углеводорода (н.у.) составляет 1,964 г. Найдите молекулярную формулу углеводорода.
Ответ: C3Н8

- по массе или объёму исходного вещества и продуктам горения

5

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. СО2 и 18,9 г. Н2О. Выведите молекулярную формулу этого вещества.Ответ: C6H14О

Дано:
w (О) = 42,67%

Решение:
Рассчитать молярную массу кислоты CnН2n (N Н2) CОOH
w (О) =

M кислоты = 75 (г/моль)
Найти число атомов углерода в молекуле кислоты и установить её формулу М = 12 n + 2 n + 16 + 45 =75
14 n = 14, n = 1
Ответ: формула кислоты NН2CН2CОOH
М (NН2CН2 CОOH) = 75 г/моль

Вывести формулу соединения
CnН2n (N Н2) CОOH

Дано:
w (С) = 85,7 %
w (Н) = 14,3 %
D Н2 (CхНу) = 21

Решение:

1. Находим относительную молярную массу углеводорода, исходя из величины его относительной плотности: М (CхНу)= D (Н2) ·М (Н2)

  М (CхНу)= 21 · 2 = 42

2. m(С) = 42г. /100% · 85, 7 %= 36 г.

m (Н) = 42г. /100% · 14,3 %= 6 г.
Находим количество вещества атомов углерода и водорода
n (С) = 36г :12 г/моль = 3 моль
n (Н) = 6г.: 1 г/моль = 6 моль

Ответ: истинная формула вещества C3Н6.

Вывести формулу соединения
CхНу- ?

Дано:
Пары алкана в 2,5 раза тяжелее аргона

Решение:
По относительной плотности можно найти молярную массу алкана: М (C n Н 2 n + 2) = 14 n + 2 = 2,5 · М(Ar) = 100 г/моль
Откуда n = 7.
Ответ: формула алкана C7Н14

Вывести формулу алкана
C n Н2 n + 2

Дано:
w (С) = 39,97 %
w (Н) = 6,73 %
w (0) = 53,30 %
Vн.у. (CхHуОz) = 300 мл.
m (CхHуОz) = 2,41 г.

Решение:
Для расчёта выбираем 100г. соединения. Тогда масса углерода равна 39,97 г; водорода 6,73 г; кислорода 53,30 г.
1. Определяем количество вещества:
n (С) = 39,97г :12 г/моль = 3,33 моль
n (Н) = 6,73г.: 1,008 г/моль = 6,66 моль
n (0) = 53,3г.: 16 г/моль = 3,33 моль
Определяем наименьшее общее кратное – 3,33.
n (С) : n (Н) : n (0) = 1 : 2 : 1
Простейшая формула соединения – CH2О
М (CH2О) = 30 г/моль
Определяем молярную массу соединения по соотношению:
0,3 л. – 2,41 г.
22,4 л. – х г.
х = (22,4 · 2,41)/0,3 = 180
Или по формуле М= Vm · m/ V 
К = 180 : 30 = 6
Определяем молекулярную формулу соединения, умножая стехиометрические коэффициенты в простейшей формуле на 6.
Ответ: искомая формула - C6H12О6

Вывести формулу соединения
CхНуОz- ?

Дано:
M (CхHу) = 4,4 г.
ρ (н.у.) = 1,97 г/л
V (СО2) = 6,72 л.
m (Н2О) = 7,2 г.

Решение:
1. Находим относительную молярную массу углеводорода, исходя из величины его относительной плотности:
М (CхHу) = Vm · ρ
М (CхHу) = 22,4л/моль · 1,97г/л = 44г/моль
2. Записываем в алгебраическом виде уравнение реакции горения газа, выразив коэффициенты через х и у.

Составляем пропорции:
4,4 / 44 = 6, 72/ х · 22,4
х = 44 · 6, 72/ 4,4 · 22,4 = 3
у = 44 · 7,2/ 4,4 · 9 = 8
Формула соединения C3H8; М (C3H8) = 44 г/моль
Ответ: молекулярная формула соединения C3H8 

Вывести формулу
CхHу - ?

Дано:
w (S) = 62,8 %
w (F) = 37,2 %  
m (CхHу) = 0,51 г
V (CхHу) = 118 мл.
Т = 70
Р = 98,64 кПа

Решение:

1. Определяем простейшую формулу соединения:

n(S) : n(F) = 62,80/32 : 37,2/19 = 1,96 : 1,96 = 1 : 1
Простейшая формула S F

2. Находим молярную массу соединения:

 M= (0, 51 · 8,31 · 280)/(98,64 ·103·118 ·10-6) = 101,95

 г/моль.

3. М (S F) = 51 101,95: 51 = 2

Следовательно, формула соединения S2 F2

Ответ: S2F2

Вывести формулу соединения
SхFу - ?

Нахождение формулы вещества, если известно массовое соотношение элементов.

Как вам известно, чтобы  написать формулу вещества используют знаки химических

 элементов и цифры– индексы, которые показывают количество каждого из элементов

в 1 моле вещества.

Значит, чтобы вывести формулу вещества, необходимо установить, какие элементы

 входят в его состав и в каком количестве. Поэтому, при установлении формулы

 находят количествокаждого из элементов с помощью данных задачи и определяют

 их соотношение.

Решим задачу:  10 г кальция сожгли в кислороде. После реакции получился

 оксид кальция массой 14 г. Рассчитайте формулу оксида.

                                                               -9-

Определение формул веществ в задачах ЕГЭ и ГИА обычно представлено тремя

 видами задач:

- поиск формулы вещества по реакциям,

- определение формулы по результатам химического анализа вещества,

- нахождение формулы вещества по результатам его сгорания.

Рассмотрим каждый тип задач отдельно.

а) поиск формулы вещества по реакциям

Начнем сразу с примера.

При взаимодействии 12 г 2-х валентного металла с избытком соляной кислоты

 Выделилось 6.72 л (н.у.) водорода. Определить металл.

Дано:

m(Ме) = 12 г.

V(H2) = 6.72 л.

Найти:

Ме = ?

Решение. Приведем реакцию взаимодействия 2-х валентного металла с соляной

 кислотой в общем виде.

                                                                -12-

12 г                               6.72 л

Ме + 2HCl = MeCl2 + H2

Х г                                22.4 л

1. Определим молярную массу металла [MR(Me)] по уравнению реакции.

Х = 12?22.4/6.72 = 40 (г).

По Периодической таблице находим металл с молярной массой 40 а.е.м. Это Са –

двухвалентный металл, полностью удовлетворяющий условиям задачи.

Ответ: Са.

Аналогично, по молярной массе, определенной по уравнению реакции, находятся

 и формулы органических веществ.

При взаимодействии 11,6 г предельного альдегида с избытком гидроксида меди (II)

при нагревании образовался осадок массой 28,8 г. Выведите молекулярную формулу

альдегида.

Дано:

m(альдегида) = 11.6 г.

m(осадка) = 28.8 г.

Найти:  Формула альдегида = ?

Решение. Составляем уравнение окисления альдегида.

11.6 г                                                 28.8 г

R-CH=O + 2Cu(ОН)2 = R-COOH + Cu2O + 2H2O

Х г                                                     144 г

                                                                -13-  

Определим молярную массу альдегида по уравнению реакции.

Х = 11.6*144/28.8 = 58 (г).

MR(альдег) = MR(R) + M(CH=O) = MR(R) + 29 = 58.

Отсюда MR(R) = 58-29 = 29 (а.е.м.). Из предельных R –это этил – С2Н5. Значит,

формула альдегида С2Н5-СН=О или С3Н6О. Это пропионовый альдегид или

 пропаналь.

Ответ: С3Н6О.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Установите молекулярную формулу алкена, при гидратации которого получается

 спирт, пары которого в 2,07 раза тяжелее воздуха.

2. 44.8 л (н.у.) алкана обработали эквимолярным количеством хлора в молярном

соотношении алкан : хлор = 1:1, и получили 7.45 г монохлоралкана.

 Определить формулу алкана.

3. 9.8 г нерастворимого гидроксида двухвалентного металла обработали избытком

 соляной кислоты. При этом образовалось 3.6 г воды. Найти формулу гидроксида

металла.

4. Для полною восстановления 9,28 г вещества, состоящею из железа и кислорода,

потребовалось  3584 мл оксида углерода (II). Установите формулу вещества.

5. При обжиге 19,4 г сульфида двухвалентною металла получено столько оксида

 серы (IV), сколько его образуется при сгорании 6,4 г серы. Что это за металл?

6. При окислении первичного спирта массой 12 г получено 14,8 г одноосновной

 карбоновой кислоты с тем же числом углеродных атомов, что и у исходного

 спирта. Какова формула этого спирта?

                                                               -14-

б) Определение формул веществ по результатам химического анализа

Расчет в таких задачах производится по другой схеме.

 Пример:

Путресцин содержит 54,5% углерода, 13,6% водорода, остальное приходится на

 азот. Плотность его паров по водороду равна 44. Установите молекулярную

 формулу  путресцина.

Дано:

w(С) = 54.5 %.

w(Н) = 13.6 %.

w(N) = 100 – w(С) - w(H)

D(H2) = 44

Найти:

СхНуNz

Решение. 1. Определим содержание азота в веществе.

w(N) = 100 –w(С) - w(H) = 100 – 54.5 – 13.6 = 31.9 (%)

2. Находим простейшую формулу вещества по соотношению молярных количеств

 [индекс(эл-та) = w(эл-та)/AR(эл-та), где AR(эл-та) – относительная атомная масса

 элемента в а.е.м.]  каждого элемента в веществе.

x: y: z = w(С)/12 : w(H)/1 : w(N)/14 = 54.5/12 : 13.6/1 : 31.9/14 = 4.54 : 13.6 : 2.28 = 2:6:1,

приняв наименьшее соотношение w(эл-та)/AR(эл-та) за 1.

Т.е., простейшая формула вещества C2H6N.

 Ее MR(прост) = 12*2 + 1*6 + 14 = 44 (а.е.м.).

3. Определим реальную молярную массу по D(H2).

                                                                 -15-

MR(истинн) = D(H2)*MR(Н2) = 44*2 = 88 (а.е.м.)

4.Находим истинную формулу вещества. Она может отличаться от простейшей в

 n раз.

n = MR(истинн)/ MR(прост) = 88/44 = 2

Следовательно, умножаем простейшую формулу на 2 и получаем искомую

формулу: C4H12N2.

Ответ: C4H12N2.

Но иногда простейшая формула совпадает с истинной и последняя операция –

 поиск истинной формулы – исключается.

 Пример:

Установите молекулярную формулу дибромалкана, содержащего 85,11% брома.

Дано:

w(Br ) = 85.11 %.

Найти:

Формула в-ва = ?

Решение. Количество атомов брома в молекуле задано сразу в условиях задачи,

 т.к. речь идет о дибромалкане. Общая формула дибромалкана: CnH2nBr2.

Находим MR всего соединения пропорцией, учитывая, что 2 атома брома имеют

MR 160 а.е.м.

160 а.е.м. это 85.11%,

а Х а.е.м. --- 100%.

Х = 160*100/85.11 = 188 (а.е.м.).

Определим n в радикале дибромалкана.

                                                     -16-

MR(CnH2n) = MR(соед) - MR(Br) = 188-160 = 28 (а.е.м.)

Поскольку MR(CH2) = 14 а.е.м., следовательно, n = 2 (28/14). Значит, формула

дибромалкана C2H4Br2.

Ответ: C2H4Br2.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Выведите молекулярную формулу углеводорода по данным о его составе:

массовая доля углерода в соединении равна 85,7 %, а относительная плотность

углеводорода по водороду равна 21.

2. В качестве вещества-окислителя применяют перхлорат аммония. В нем 3,4%

 водорода, 11,9% азота, 30,2% хлора и 54,5% кислорода. Выведите формулу

 этой соли.

3. Найдите молекулярную формулу хлорпрена, если известно, что массовые

 доли элементов в нем составляют: углерода - 54.24%. водорода - 5.65 %,

 хлора - 40,11%. Относительная плотность его паров по водороду равна 44,15.

4. Один из многоатомных спиртов используют для приготовления антифризов –

 жидкостей, замерзающих при низкой температуре. Антифризы используют в

 зимних условиях для охлаждения автомобильных двигателей. Найдите

 молекулярную формулу этого спирта, если массовая доля углерода в нем

 составляет 38,7%, водорода - 9.7 %, кислорода - 51.6%. Относительная 

плотность его паров по водороду равна 31.

5. Установите молекулярную формулу предельного третичного амина,

содержащего 23,73% азота по массе.

                                                          -17-

6. Известно, что оксид некоего металла содержит 11,11 % кислорода и в его

 молекуле на один атом кислорода приходятся два атома металла. Определите,

что это за металл и о каком соединении идет речь.

в) Установление формул веществ по результатам их сгорания

Задачи решаются аналогично предыдущим.

 Пример:

1. При сгорании 9 г предельного вторичного амина выделилось 2,24 л азота и

8,96 л углекислогогаза. Определите молекулярную формулу амина.

Дано:

m(амина) = 9 г.

V(N2) = 2.24 л

V(CO2) = 8.96 л.

Найти:

Формула в-ва = ?

Решение. Определим массы углерода и азота в CO2 и N2.

1 моль или 22.4 л N2 содержат 28 г азота,

а 2.24 л ----//---//---- Х1 г --//--

Х1 = 2.24?28/22.4 = 2.8 (г).

22.4 л CO2 содержат 12 г С, а

8.96 л ----//----//------- Х2 г С.

Х2 = 8.96?12/22.4 = 4.8 (г).

Определим массу водорода в амине.

                                                          -18-

m(амина) = m(N) + m(C) + m(H). Отсюда:

m(H) = m(амина) - m(N) - m(C) = 9-2.8-4.8 = 1.2 (г).

Аналогично задачам предыдущего раздела находим соотношение атомов С, Н, N.

x: y: z = m(С)/12 : m(H)/1 : m(N)/14 = 4.8/12 : 1.2/1 : 2.8/14 = 0.4:1.2:0.2 = 2:6:1.

Формула амина С2Н6N.

Т.к. нет данных, указывающих МR(амина), то считаем, что простейшая формула

 амина совпадает с истиной.

Поскольку амин вторичный, то это может быть только (СН3)2NH, т.е. диметиламин.

Ответ: диметиламин.

Но встречаются и задачи с указанием на истинную молярную массу.

Пример:

1. Определите молекулярную формулу вещества, при сжигании 2,3 г которого

 получили 4,4 г оксида углерода (IV) и 2,7 г воды; плотность паров его по

 воздуху равна 1,59.

Дано:

m(в-ва) = 2.3 г.

m(CO2) = 4.4 г.

m(Н2О) = 2.7 г.

D (возд) = 1.59.

Найти: Формула в-ва = ?

Решение. 

1. Аналогично предыдущей задаче находим массы углерода и водорода

 в исходном веществе.

                                                             -19-

44 г CO2 содержат 12 г С, а

4.4 г --------//-------- Х1 г С

Х1 = 4.4?12/44 = 1.2 (г).

18 г Н2О содержат 2 г Н, а

2.7 г --------//-------- Х2 г Н.

Х2 = 2.7?2/18 = 0.3 (г).

m(С) + m(Н) = 1.2+0.3 = 1.5 (г), меньше массы сгоревшего вещества.

 Следовательно, в веществе содержится еще и кислород, т.к. других элементов

среди продуктов сгорания нет.

2. Найдем массу кислорода в исходном веществе.

m(O) = m(в-ва) – m(С) - m(Н) = 2.3 – 1.5 = 0.8 (г).

3. Определим простейшую формулу вещества.

x: y : z = m(С)/12 : m(H)/1 : m(О)/16 = 1.2/12 : 0.3/1 : 0.8/16 = 0.1:0.3:0.05 = 2:6:1.

Следовательно, простейшая формула С2Н6О.

МR(прост) = 24+6+16 = 46 а.е.м.

4. Рассчитаем МR истинной формулы.

МR(истинн) = D (возд)?M(возд) = 29?1.59 = 46 а.е.м.

Сравним МR(прост) и МR(истинн). Они совпадают. Значит, формула исходного

 вещества С2Н6О.

Ответ: С2Н6О.

                                                              -20-

Задачи для самостоятельного решения.

1. Определите молекулярную формулу вещества, при сжигании 2,1 г которого

 получили 6,6 г оксида углерода (IV) и 2,7 г воды; плотность паров его по

 воздуху равна 2,90.

2. Найдите молекулярную формулу газообразного углеводорода если при

 сжигании 5,6 л его (н.у.) было получено 16,8 л оксида углерода (IV) и 13,5 г воды.

3. При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36л

СО2 (н. у.) и 5,4 г воды. Плотность паров этого соединения по водороду

равна 16. Определите молекулярную формулу этого вещества.

     4. В результате сгорания органического соединения массой 1,035 г образовалось

     1,98 г углекислого газа и 1,215 г воды. Плотность паров этого соединения по

     воздуху 1,59. Установите формулу соединения.

4. При полном окислении органического вещества массой 8,16 г было получено

 6,36 г карбоната натрия, 5,4 г воды, а также выделилось 4032 мл оксида

 углерода (1V) (н. у.). Установите простейшую формулу в-ва.

                                                          -21-

                                              Список литературы: