Пример 3. Определение формулы химического вещества

1. При полном сгорании 11,5 г органического вещества, состоящего из углерода, водорода и кислорода, образовалось 11,2 л диоксида углерода (объем измерен при н.у.) и 13,5 мл воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 23. Выведите молекулярную формулу органического вещества и напишите уравнение реакции его горения.

Решение. Напишем схему реакции горения органического вещества, обозначив его состав в виде условной формулы :

.

Согласно закону сохранения массы, масса и количество вещества каждого из атомов элементов до и после реакции остаются неизменными. Следовательно, количество вещества углерода ) и водорода ), содержащиеся в диоксиде углерода и в воде , должны быть такими же, как и в исходном органическом соединении .

Рассчитаем количество вещества диоксида углерода и воды, используя формулы:

;

.

Сравнивая составы молекул , мы видим, что в них , а . Следовательно, .

Теперь рассчитаем физическую массу атомов углерода и водорода в заданной массе неизвестного органического соединения:

;

.

Сумма масс углерода и водорода (6 + 1,5 = 7,5) меньше массы всего вещества, значит, оставшаяся часть принадлежит кислороду: . Это дает нам возможность рассчитать количество вещества кислорода в неизвестном органическом соединении:

.

Мы получили значения индексов в искомой формуле органического соединения: . Но в формулах индексы принято обозначать целыми числами, поэтому разделим найденные значения на наименьшее из них (0,25), и подставим полученный результат в химическую формулу, она называется простейшей: ; ; и . Относительная молекулярная масса этого соединения будет равна .

Чтобы найти истинную формулу вещества, необходимо рассчитать его молярную массу, используя данные задачи и второе следствие из закона Авогадро. Расчет показывает: . Поскольку молярная масса вещества и молекулярная масса атомов в простейшей формуле численно совпали, значит, простейшая формула является истинной.

Ответ: истинная формула химического соединения или – этиловый спирт или этанол. Уравнение реакции горения этанола

.

2. Экспериментальным путем установлено, что 1,35 массовых долей алюминия соединяются с 2,40 массовыми долями серы. Выведите формулу химического соединения алюминия и серы и назовите его.

Решение. Массовой долей (обозначается греческой буквой омега ω) элемента в химическом соединении называют отношение физической массы атомов этого элемента к физической массе молекул химического соединения. Массовой долей элемента в молекуле химического соединения является отношение атомной массы всех атомов этого элемента к молекулярной массе молекулы химического соединения.

Применительно к нашей задаче это утверждение запишется в виде следующих выражений для массовых долей алюминия ω () и серы ω () в химическом соединении общей формулы :

ω () и ω () .

Преобразуем найденные выражения относительно ) и приравняем их правые части:

или х: у .

Подставим в это выражение данные условия задачи и значения относительных атомных масс алюминия и серы из таблицы Д. И. Менделеева. Получим:

х: у 1:1,5 2:3.

Фактически найдены индексы в химической формуле соединения алюминия и серы: х 2 моль, у 3 моль, и тогда искомая формула – алюминия сульфид.

Ответ: – алюминия сульфид.

3. Определите молекулярную формулу газообразного предельного углеводорода, плотность которого равна 1,97 г/л, а массовая доля углерода составляет 0,82.

Решение. Сначала следует уяснить, что в данной задаче речь идет о плотности газа, равной отношению его физической массы m к объему V, занимаемому газом при заданных условиях: ρ . Для количества вещества газа 1моль его плотность может быть рассчитана по формуле ρ , где М – молярная масса, – молярный объем.

В задаче речь идет о предельном углеводороде. Мы знаем, что общая формула предельных углеводородов - алканов , где n – количество атомов углерода в молекуле. В предыдущей задаче мы уже указали физический смысл понятия массовой доли атомов, по аналогии и в этой задаче ω () .

Если углеводород-газ находится при нормальных условиях, то его молярный объем будет равен , и, следовательно, молярная масса

) ρ· 1,97()·22,4() .

Молярная масса и относительная молекулярная масса вещества численно равны, следовательно, ) . Подставим это значение в выражение для ω () и решим его относительно n, зная, что A_r () 12. Получим

n 3.

Тогда 2 n и искомая формула углеводорода будет – газ пропан.

Ответ: молекулярная формула углеводорода – пропан.

4. Массовая доля кислорода в оксиде элемента (6) равна 60 %. Определите, какой элемент образует оксид, и напишите химическую формулу вещества.

Решение. Согласно закону эквивалентов, вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Следовательно, для искомого оксида можно записать, используя закон эквивалентов:

В этом выражении ω () и ω () – массовые доли неизвестного элемента и кислорода в оксиде, () и () – молярные массы эквивалентов неизвестного элемента и кислорода в сложном соединении. Преобразуем полученное выражение относительно молярной массы эквивалентов искомого элемента, получим

() .

Поскольку сумма массовых долей в бинарном соединении, выраженная в процентах, составляет 100%, то ω () . Нам также известна величина (О) 8 . Подставим найденные значения в уравнение для (), найдем:

() .

Зная молярную массу эквивалентов элемента в его соединении и валентность, можем определить молярную массу атомов искомого элемента по формуле (14):

М () ()· В 5,3()·6 .

Из таблицы Д. И. Менделеева найдем, что элементом, которому соответствует относительная атомная масса 32, является сера. Следовательно, искомым химическим соединением будет оксид серы (6) .

Ответ: оксид образует сера, химическая формула ее оксида в степени окисления 6 будет .

5. При сгорании хлорзамещенного органического вещества, в состав которого входят атомы углерода, водорода и хлора, получили 112 мл оксида углерода (4) (объем измерен при нормальных условиях) и 0,09 мл воды. Для определения хлора из такой же навески получен серебра хлорид, масса которого составила 1,435 г. Относительная плотность паров органического вещества по воздуху равна 5,9. Определите химическую формулу сложного органического вещества и назовите его.

Решение. Запишем простейшую формулу искомого вещества в виде . Схема процесса, по которому необходимо произвести расчеты, выглядит следующим образом:

(x 2 y) z x z .

C учетом закона сохранения массы и количества вещества атомов каждого химического элемента, можно констатировать следующее: n () n (); n () 2n (); n () n ().

Определяем количество вещества атомов углерода, водорода и хлора в образце, используя данные условия задачи: n () n () 0,005 моль;

n () 2n () 0,01 моль;

n () n () 0,01 моль.

Находим соотношение коэффициентов х, у и z в простейшей формуле: х: у: z n (): n (): n () 0,005 моль:0,01 моль:0,01 моль. Разделив правую часть равенства на меньшее значение (0,005 моль), получим .

Следовательно, простейшая формула соединения . Относительная молекулярная масса молекулы, рассчитанная по этой формуле, составит

) .

Для определения истинной формулы сложного вещества используем величину относительной плотности его паров по воздуху, зная, что средневзвешенное значение молярной массы воздуха :

.

Сравнивая количественные значения относительной молекулярной массы простейшей формулы и молярной массы истинной формулы, мы видим, что последняя величина в два раза больше (), следовательно, индексы при химических символах элементов в формуле необходимо удвоить. В результате получаем истинную формулу вещества – это соединение тетрахлорэтан.

Ответ: сложное органическое вещество – тетрахлорэтан, его формула .

Дата добавления: 2015-07-11