Знаходження молекулярної формули. Визначення формул речовин за хімічними властивостями

Визначення формули речовини за масовими частками хімічних елементів (результати кількісного аналізу) або за загальною формулою речовини

1. Масова частка елемента у речовині.
Масова частка елемента – це його вміст у речовині у відсотках за масою. Наприклад, у речовині складу С2Н4 міститься 2 атоми вуглецю та 4 атоми водню . Якщо взяти 1 молекулу такої речовини, то її молекулярна маса дорівнюватиме:
Мr(С2Н4) = 2 12 + 4 1 = 28 а. е.м. і там міститься 2 12 а. е.м. вуглецю.

Щоб знайти масову частку вуглецю в цій речовині, треба його масу розділити на масу всієї речовини:
ω(C) = 12 2 / 28 = 0,857 чи 85,7%.
Якщо речовина має загальну формулу СхНуОz, масові частки кожного їх атомів так само рівні відношенню їх маси до маси всієї речовини. Маса х атомів дорівнює - 12х, маса у атомів Н - у, маса z атомів кисню - 16z.
Тоді
ω(C) = 12 х / (12х + у + 16z)

Формулу для знаходження масової частки елемента в речовині:

ωелемента = , × 100%

де Аr - відносна атомна маса елемента; n - кількість атомів елемента в речовині; Мr - відносна молекулярна маса всього вещеста

2. Молекулярна та найпростіша формула речовини.
Молекулярна (істинна) формула - формула, у якій відбивається реальне число атомів кожного виду, які входять у молекулу речовини.
Наприклад, С6Н6 – справжня формула бензолу.
Найпростіша (емпірична) формула – показує співвідношення атомів у речовині. Наприклад, для бензолу співвідношення С: Н = 1:1, тобто найпростіша формула бензолу – СН. Молекулярна формула може збігатися з найпростішою або бути їй кратною.

3. Якщо задачі дано лише масові частки елементів, то процесі вирішення завдання можна обчислити лише найпростішу формулу речовини. Для отримання істинної формули завдання зазвичай даються додаткові дані - молярна маса, відносна або абсолютна щільність речовини або інші дані, за допомогою яких можна визначити молярну масу речовини.

4. Відносна щільність газу Х газу У - DпоУ(Х).
Відносна щільність D - це величина, яка показує, у скільки разів газ Х важчий за газ У. Її розраховують як відношення молярних мас газів Х і У:
DпоУ(Х) = М(Х) / М(У)
Часто для розрахунків використовують відносні щільності газів воднем і повітрям.
Відносна щільність газу Х водню:
Dпо H2 = M(газу Х) / M(H2) = M(газу Х) / 2
Повітря - це суміш газів, тому для нього можна розрахувати лише середню молярну масу. Її величина прийнята за 29 г/моль (виходячи з приблизного усередненого складу). Тому:
Dпо пов. = М (газу Х) / 29

5. Абсолютна щільність газу за нормальних умов.
Абсолютна щільність газу – це маса 1 л газу за нормальних умов. Зазвичай газів її вимірюють в г/л.
ρ = m(газу) / V(газу)
Якщо взяти 1 моль газу, тоді: ρ = М / Vm,
а молярну масу газу можна знайти, помножуючи густину на молярний об'єм.

Завдання 1: Визначити формулу речовини, якщо вона містить 84,21% і 15,79% Н і має відносну щільність повітрям, рівну 3,93.

1. Нехай маса речовини дорівнює 100 г. Тоді маса буде дорівнювати 84,21 г, а маса Н - 15,79 г.

2. Знайдемо кількість речовини кожного атома:
ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,
ν(H) = 15,79/1 = 15,79 моль.

3. Визначаємо молярне співвідношення атомів С і Н:
З: Н = 7,0175: 15,79 (поділимо обидва числа на менше) = 1: 2,25 (домножатимемо на 1, 2,3,4 і т. п. поки після коми не з'явиться 0 або 9). цій задачі треба примножити на 4) = 4: 9.
Таким чином, найпростіша формула – С4Н9.

4. За відносною щільністю розрахуємо молярну масу:
М = D (пов.) 29 = 114 г/моль.
Молярна маса, що відповідає найпростішій формулі С4Н9 - 57 г/моль, це в 2 рази менше істинно молярної маси.
Отже, справжня формула - С8Н18.

Завдання 2 : Визначити формулу алкіну із щільністю 2,41 г/л за нормальних умов.

Загальна формула алкіну СnH2n−2
Як, маючи густину газоподібного алкіну, знайти його молярну масу? Щільність - це маса 1 літра газу за нормальних умов.
Так як 1 моль речовини займає об'єм 22,4 л, необхідно дізнатися, скільки важать 22,4 л такого газу:
M = (щільність ρ) (молярний об'єм Vm) = 2,41 г/л 22,4 л/моль = 54 г/моль.
Далі складемо рівняння, що зв'язує молярну масу і n:
14 n − 2 = 54, n = 4.
Отже, алкін має формулу С4Н6.

Завдання 3 : Визначити формулу дихлоралкану, що містить 31,86% вуглецю.

Загальна формула дихлоралкану: СnH2nCl2, там 2 атоми хлору та n атомів вуглецю.
Тоді масова частка вуглецю дорівнює:
ω(C) = (число атомів C у молекулі) (атомна маса C) / (молекулярна маса дихлоралкану)
0,3186 = n 12 / (14n + 71)
n = 3, речовина – дихлорпропан. С3Н6Cl2

У деяких завданнях елементний склад речовини не очевидний з тексту умови. Найчастіше це стосується реакцій горіння органічних речовин. Невизначеність складу зазвичай пов'язана з можливістю наявності кисню в згорілій речовині. У першому етапі вирішення таких завдань необхідно шляхом розрахунку виявити елементний склад шуканої речовини.

Завдання 2.11.
В результаті спалювання 1,74 г органічної сполуки отримано 5,58 г суміші 2 і Н 2 О. Кількості речовин 2 і Н 2 О в цій суміші виявилися рівними. Визначте молекулярну формулу органічної сполуки, якщо відносна щільність її пари по кисню дорівнює 1,8125.
Дано:
маса органічної сполуки: m орг ст.ва = 1,74 г;
сумарна маса продуктів р-ції: m(СО2) + m(Н2О) = 5,58 г;
співвідношення кількостей речовин продуктів р-ції: n(СО 2) = n(Н 2 Про);
відносна густина парів вихідної речовини по кисню: D(O 2) = 1,8125.
Знайти:молекулярну формулу згорілої сполуки.
Рішення:
Крок 1. Клас згорілої органічної сполуки не вказано, тому про елементний склад можна судити лише з продуктами реакції. Вуглець і водень входили до складу згорілої речовини однозначно, оскільки ці елементи присутні у продуктах горіння, та якщо з повітря брав участь у реакції лише кисень. Причому весь вуглець і весь водень повністю перейшли з вихідної речовини СО 2 і Н 2 О. Можливо, до складу сполуки також входив кисень.
Прояснити ситуацію з наявністю чи відсутністю кисню можна за даними умови завдання. Нам відома маса згорілої органічної сполуки та кількісні дані,
що відносяться до продуктів. Очевидно, що якщо сумарна маса вуглецю з 2 і водню з Н 2 Про виявиться рівною масі вихідної органічної речовини, то кисню в його складі не було. В іншому випадку, якщо

m[(С)(С 2)] + m[(Н)(Н 2 О)] > m орг. в-ва

кисень входив до складу вихідної речовини, причому його маса визначиться по різниці:

m орг. в-ва - m(С)(в СО 2) - m(Н)(в Н 2 О) = m(O)(у вих. в-ве).

Визначимо масу вуглецю та водню в продуктах реакції та порівняємо її з масою вихідної речовини.
1. В умові вказана інформація про сумарну масу продуктів реакції, і тому в першу чергу нам необхідно виявити маси кожного з продуктів окремо. Для цього позначимо кількість речовини вуглекислого газу, що утворився, величиною « а». Тоді, згідно з умовою:

n(СО 2) = n(Н 2 О) = а моль.

Використовуючи величину «а» як відому, знайдемо масу СО 2 і Н 2

m(СО 2) = М(СО 2) . n(З 2) = (44. а) г,
m(Н 2 О) = М(Н 2 O). n(Н 2 О) = (18. а) р.

Підсумовуємо отримані вирази та прирівнюємо до значення загальної маси продуктів реакції з умови:

(44 . а) + (18 . а) = 5,58.

Здобули математичне рівняння з одним невідомим. Вирішуючи його, знаходимо значення невідомої величини: а = 0,09.

Цим значенням ми означали кількість речовини кожного продукту:

n(СО 2) = n(Н2О) = 0,09 моль.

2. Знайдемо масу вуглецю в СО2 за алгоритмом:

n(З 2) ---> n(С)(в 2) ---> m(С)(в 2)
n(С)(в СО 2) = n(З 2) = 0,09 моль (за індексами у формулі).
m(С)(С 2) = n(С)(С 2) . М(С) = 0,09. 12 = 1,08 г = m(С)(у вих. в-ві)

3. Знайдемо масу водню в воді, що утворилася за алгоритмом:

n(Н 2 О) ---> n(Н)(в Н 2 О) ---> m(Н)(в Н 2 О)
n(Н) (в Н 2 О) > n(Н 2 О) у 2 рази (за індексами у формулі)
n(Н)(в Н 2 О) = 2 . n(Н 2 Про) = 2 . 0,09 = 0,18 моль
m(Н)(Н2O) = n(Н)(Н2O) . М(H) = 0,18. 1 = 0,18 г = m (Н) (у вих. в-ві)

4. Порівнюємо сумарну масу вуглецю та водню з масою вихідної речовини:

m(С)(С 2) + m(Н)(Н 2 О) = 1,08 + 0,18 = 1,26 г;
m орг. в-ва = 1,74 р.
m(С)(С 2) + m(Н)(Н 2 О) > m орг. в.в-а,

отже, кисень входить до складу вихідної речовини.

m(О)(у вих. в-ві) = m орг. в-ва - m(С)(в 2) - m(Н)(в Н 2 О) = 1,74 -1,26 = 0,48 р.

5. Отже, у вихідній речовині міститься: вуглець, водень та кисень.
Подальші дії нічим не відрізнятимуться від прикладів раніше розглянутих завдань. Позначимо шукану речовину як С х Н у Про z.

Крок 2 Складемо схему реакції горіння:

З х Н у Про z. + Про 2 ---> СО 2 + Н 2 Про

Крок 3 Визначимо співвідношення кількостей речовини ( n) вуглецю, водню та кисню у вихідному зразку органічної речовини. Кількість речовини вуглецю та водню ми вже визначили у першому кроці.
Кількості речовини ( n) кисню знайдемо за даними про його масу:

Крок 4. Знаходимо найпростішу формулу:

N(С): N(Н): N(О) = 0,09: 0,18: 0,03

Вибираємо найменше значення (в даному випадку «0,03») і ділимо на нього всі три числа:

Отримали набір найменших цілих чисел:

N(С): N(Н): N(О) = 3: 6:1

Це дає можливість записати найпростішу формулу: З 3 Н 6 Про 1

Крок 5. Виявлення істинної формули.
За даними про відносну щільність парів шуканої речовини по кисню визначаємо справжню молярну масу:

M істин. = D (Про 2). М(О 2) = 1,8125. 32 = 58 г/моль.

Визначимо значення молярної маси для найпростішої формули:

М простий. = 3.12 + 6. 1+1. 16 = 58 г/моль.

М простий. = M істин. отже, найпростіша формула є істинною.

З 3 Н 6 Про - молекулярна формула згорілої речовини.

Відповідь:З 3 Н 6 О.

Області

Державна бюджетна освітня установа

Mr (CхHy) = DN2 · 28, де DN2 - відносна щільність по азоту

Mr (CхHy) = DО2 · 32, де DО2 - відносна щільність по кисню

Mr (CхHy) = r · 22,4, де r абсолютна щільність (г/мл)

ПРИКЛАД 1 Алкан має щільність парів по кисню 2,25. Визначити його відносну молекулярну масу.

Обчислити відносну молекулярну масу Mr(CхHy) щодо відносної щільності: Mr(CхHy) = DО2·32 ,

Mr (CхHy) = 2,25 · 32 = 72

Вирішення розрахункових завдань на виведення молекулярної формули речовини за масовими частками елементів

Завдання 1. Знайти молекулярну формулу речовини, що містить 81,8% вуглецю та 18,2% водню. Відносна щільність речовини азоту дорівнює 1,57.

1. Записати умову завдання.

https://pandia.ru/text/78/558/images/image002_199.jpg" width="220" height="54 src=">

3. Знайти індекси х та y по відношенню:

https://pandia.ru/text/78/558/images/image005_123.jpg" width="282" height="70 src=">

2. Знайти масову частку водню:

https://pandia.ru/text/78/558/images/image007_103.jpg" width="303" height="41 src=">

отже, найпростіша формула – C2H5.

4. Знайти справжню формулу. Оскільки загальна формула алканів СnH2n+2 то справжня формула – С4Н10.

Завдання для самостійної роботи

Розв'язати задачі

1. Органічне речовина містить 84,21% вуглецю та 15,79% водню. Щільність парів речовини повітрям 3,93. Визначити формулу речовини.

2. Знайти молекулярну формулу граничного вуглеводню, масова частка вуглецю в якому 83,3%. Відносна щільність парів речовини – 2,59

3. Алкан має щільність пари повітрям 4,414. Визначити формулу алкану.

ЛІТЕРАТУРА:

1. Габрієлян. 10, 11 кл. - М., Дрофа. 2008.

2. , Фельдман -8, 9. М.: Просвітництво, 1990;

3. Глінка хімія. Л.: Хімія, 1988;

4. Макареня хімію. М: Вища школа, 1989;

5. Романцева завдань та вправ із загальної хімії. М: Вища школа, 1991.

Якщо ми знаємо хімічну формулу речовини, досить просто розрахувати відносні маси кожного елемента в ньому.

Очевидно, можна назвати два основних типи розрахункових завдань з урахуванням форм вулхімічні речовини. По-перше, знаючи атомні маси кожного елемента, можна обчислити їхню сумарну масу, що припадає на моль речовини, і визначити відсотковий вміст кожного елемента. По-друге, можна вирішити обернену задачу: знайти хімічну формулу за заданим відсотковим вмістом елементів у речовині (на підставі даних хімічного аналізу)

Розглянемо кілька прикладів.

Приклад 1. Розрахуйте масові частки у відсотках кожного елемента у фосфорній кислоті.
Рішення.Знаючи відносні атомні маси кожного елемента, обчислимо їх суму 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. Тоді, наприклад, вміст водню дорівнює

Приклад 2. Залізо утворює з киснем три оксиди. Один з них містить 77,8% заліза, інший – 70,0 та третій – 72,4%. Визначте формули оксидів.

Рішення. Запишемо формулу оксиду заліза у загальному випадку: Fe x O y . Знайдемо відношення х: уі, приводячи до цілісного відношення, визначимо формули оксидів.

1. Експериментально знайдено, що деяка речовина, що має молярну масу 116 г/моль, містить 23±2% азоту. Потрібно уточнити відсотковий вміст азоту.

2. Хімічний аналіз сполуки азоту з воднем, що має відносну молекулярну масу 32, показав, що масова частка азоту у поєднанні дорівнює 66%. Доведіть, що результати аналізу неправильні.

3. Визначити формулу речовини, що містить 1,22 мас. частини калію, 1,11 мас. частини хлору та 2,00 мас. частини кисню. Чи існують ще речовини того самого якісного складу? Що ви можете сказати (мовою формул) про їх кількісний склад?

4. Хлорид деякого металу містить 747% хлору; визначте невідомий метал.

5. Сіль, що містить деякий елемент X, має наступне масове співвідношення елементів
X: Н: N: О = 12: 5: 14: 48. Яка формула цієї солі?

6. У ХІХ ст. урану приписували такі значення атомної маси: 240 (Менделєєв), 180 (Армстронг), 120 (Берцеліус). Ці значення отримані за результатами хімічного аналізу смолки уранової (одного з оксидів урану), який показав, що вона містить 84,8% урану і 15,2% кисню. Яку формулу приписували цьому оксиду Менделєєв, Армстронг та Берцеліус?

7. Деякі галун (кристаллогідрати складу А 1 + Б 3 + (SО 4) 2. 12Н 2 О) містять 51,76% кисню і 4,53% водню. Визначте формулу галунів.

8. З'єднання містить водень (масова частка - 6,33%), вуглець (масова частка -15,19%), кисень (масова частка - 60,76%) та ще один елемент, число атомів якого в молекулі дорівнює числу атомів вуглецю. Визначте, що це за з'єднання, до якого класу воно відноситься і як поводиться при нагріванні.

1. 23% азоту становлять

До складу речовини може входити ціле число атомів азоту (відносна маса 14). Значить, величина маси азоту в одному молі речовини повинна бути кратна 14. Таким чином, в 116 г речовини повинно бути 14n (г) азоту (14, 28, 42, 56 і т. д.). Найбільш близько до 26,7 число (кратне 14) 28. Масова частка азоту в речовині дорівнює

2 . Якщо хімічний аналіз проведено правильно, то молекула даної сполуки азоту з воднем має містити

Число атомів у молекулі не може бути дробовим, тому аналіз проведено неправильно.

3. Для знаходження кількісного складу розділимо масові частини елементів на їх відносні атомні маси

т. е. формула шуканої речовини КС1О 4 (перхлорат калію).

Ці ж елементи містяться в гіпохлорит калію КСlO, хлорит калію КС1О 2 , хлораті калію КСlO 3 .

Титан чи магній.