Как составить задачу по химии по формуле

В ходе решения таких задач рекомендуется придерживаться алгоритма:

• внимательно прочитать условие задачи и выяснить, что у вас спрашивают;
• написать соответствующую формулу и проанализировать её;
• найти числовые значения требуемых величин, каждый раз записывая вначале формулу, а затем расчёт, учитывая размерность величин.

Задачи по теме «Газы»

Известно, что вещества при нормальных условиях (н. у.) могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном. В твёрдом и жидком состояниях между молекулами (атомами) вещества имеются довольно сильные взаимодействия, в результате чего частицы находятся на небольших расстояниях друг от друга (рис. 30).

В газах расстояния между частицами очень велики, и силы взаимодействия ничтожны (рис. 31).

Поэтому равные объёмы любых газов содержат одинаковое число молекул. Это формулировка закона АВОГАДРО.

Следствием этого закона является:

1 моль любого газа при нормальных условиях (н. у.) занимает объём 22,4 литра.

Эта величина (22,4 л/моль) является молярным объёмом газа (V_М):

где V_M — молярный объём газа, моль/л; V — объём газа, л; ν — количество вещества газа, моль.

Таким образом, зная массу газа, можно определить:

Но для того же газа из формулы (1) имеем:

Отсюда для любого газа выполняется соотношение:

Задача 3. Какую массу имеет кислород объёмом 7 л?

Задача 4. Какой объём занимает азот массой 14 г?

Задача 5. Чему равна молярная масса газа, 1 л которого имеет массу 1,25 г?

Ответ. Молярная масса неизвестного газа 28 г/моль.

Пользуясь этими формулами, можно рассчитать объём, массу, молярную массу газа, например:

Известно, что

где ρ — плотность газа (г/л), поэтому:

ПОМНИТЕ! Эти формулы можно использовать лишь тогда, когда данные задачи (плотность газа, его объём) измерены при н. у.: 273 К, 1 атм.

Из формулы (3) вытекает понятие об относительной плотности газов (D_x). Эта величина, равная отношению плотностей двух газов:

где ρ₁ и М₁ — плотность и молярная масса одного газа, а ρ₂ и М₂ — плотность и молярная масса другого газа.

Относительная плотность газа показывает, во сколько раз данный газ тяжелее второго газа. Пользуясь этой формулой, можно легко определить молярную массу данного газа:

Выполняя такие расчёты, следует помнить, что:

• любая смесь газов, например воздух, именуется в задачах словом «газ»;
• средняя молярная масса воздуха, как показывают расчёты, равна 29 г/моль;
• по умолчанию, если не сказано иного, расчёты ведут для н. у.: 273 К, 1 атм.

Задача 6. Определить молярную массу газа, если:

а) плотность его равна 1,25 г/л;
б) плотность его по кислороду равна 0,75.

Решение.

Состав смеси газов, как правило, измеряют в объёмных процентах φ (фи).

Второе следствие, при помощи которого была экспериментально подтверждена гипотеза Авогадро (гипотеза стала законом уже после смерти автора!), заключается в следующем: объемы реагирующих газов относятся как их коэффициенты в соответствующем уравнении реакции.

Это следствие позволяет решать задачи «в уме», если известны объёмы реагирующих газов или количества вещества для них.

Задача 7. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 6 л пропана?

Из уравнения реакции:

видно, что молярное соотношение пропана и кислорода составляет 1 : 5. Таким образом, объём кислорода в пять раз больше объёма пропана.

Ответ. Требуется 5 · 6 = 30 л кислорода.

Задачи для самостоятельного решения

3. Определить массы газов:

а) хлороводорода, объёмом 56 л;
б) озона О₃, объёмом 14 л.

4. Определить объёмы газов:

а) хлороводорода, массой 72 г;
б) аммиака NH₃, массой 3,4 г.

5. Определить молярные массы газов, если:

а) 2 л газа имеет массу 2,86 г;
б) 10 г газа занимает объём 7,47 л.

6. Определить молярную массу газа, если:

а) плотность его равна 1,52 г/л;
б) плотность по кислороду равна 1,81.

7. Какой объем занимает смесь, состоящая из 4 г метана и 22 г пропана?

8. Какой газ имеет большую массу: этан, объёмом 56 л или бутан, объёмом 44,8 л?

9. Существуют ли газообразные соединения серы легче воздуха?

10. Определите, не выполняя расчёт, какой из газов тяжелее воздуха: Не, Ar, CO₂, CH₄, N₂, O₂.

Задачи по теме «Способы выражения концентрации растворов»

Для того чтобы определить массовую долю растворенного вещества, нужно воспользоваться формулой:

Ответ может быть дан в долях (единицы): ω = 0,15; или в процентах: ω% = 15 %.

Задача 8. В 200 г воды растворили 16 г сахара. Определить ω(сахара) в полученном растворе.

Решение. В данном случае масса раствора неизвестна. Но:

Задача 9. В 300 мл раствора (ρ = 1,2 г/мл) содержится 72 г NаОН. Определить ω(NаОН) в этом растворе.

Решение. В этом случае масса раствора неизвестна, но известен объём. Найдём массу раствора:

Задача 10. В 20 мл воды растворили 4,48 л хлороводорода. Определить ω(НСl) в соляной кислоте. Плотность раствора равна 1,14 г/мл.

Решение. При растворении хлороводорода в воде получена соляная кислота, её масса равна:

где ν — количество вещества, моль; M — молярная масса вещества, причём для газов

откуда

где ρ — плотность воды (1 г/мл); V — объём воды, мл

Обратите внимание: в 20 мл воды растворили 4,48 л газа, но суммарный объём отнюдь не равен (4,48 + 0,02), т. е. 4,5 литра! Суммарный объём этого раствора равен:

т. е. при растворении более 4 литров газа объём жидкого раствора увеличился менее чем на 4 миллилитра!

Выводы.

1. Объёмы жидкостей и объёмы растворяемых газов суммировать нельзя.
2. При растворении в жидкости газы сжимаются более чем в 1000 раз.
3. Объёмы жидкостей и газов рассчитывают (исходя из значения массы) по-разному:

где m — масса, г; М — молярная масса, г/моль; V — объём (жидкости в мл, газа — в л); ρ — плотность жидкости, г/мл.

Пользуясь формулой (1) нетрудно рассчитать и массу раствора, и массу растворённого вещества. Но при этом следует учитывать, что обычно в задачах говорится (упоминается) о «5 %-ном растворе», «16 %-ном растворе» и т. д., т. е. массовая доля вещества выражена в процентах. В этом случае легко видеть, что:

• в 5 %-ном растворе ω(вещества) = 0,05;
• в 16 %-ном растворе ω(вещества)= 0,16 и т. д.

Зная массовую долю вещества в растворе, можно определить:

Задача 11. Сколько граммов соли и воды нужно взять для приготовления 350 мл (ρ = 1,1 г/мл) 12 %-ного раствора?

Решение. Из формулы (1) получаем формулу (2):

где ρ — плотность раствора (1,1 г/мл); V — объём раствора (350 мл), тогда

Задача 12. Сколько граммов 8 %-ного раствора можно приготовить, имея 64 г NaCl?

Решение. Из формулы (3):

Такие задачи можно решать, составляя пропорции. При этом следует знать, что массовая доля (в %) вещества показывает, сколько граммов вещества содержится (растворено) в 100 граммах раствора: 5 %-ный раствор ⇒ 5 г вещества в 100 граммах раствора.

Задача 13. Сколько мл 15 %-ного раствора (ρ = 1,1 г/мл) можно приготовить из 22,5 г вещества?

Обратите внимание: в пропорции в одном столбце должны совпадать и размерность, и наименование компонента, о котором идёт речь.

Задача 14. К 200 мл 20 %-ного раствора (ρ = 1,2 г/мл) добавили 30 г того же вещества. Определить массовую долю вещества в полученном растворе.

Решение. Определим в начале массу исходного раствора и растворённого вещества:

При добавлении новых порций растворяемого вещества, его масса увеличивается:

На ту же величину увеличивается масса раствора:

Задача 15. Сколько граммов 19 %-ного раствора и воды нужно взять для получения 380 г 6 %-ного раствора?

Решение. При добавлении воды масса растворённого вещества не меняется. Поэтому рассчитаем массу растворённого вещества в 6 %-ном растворе (столько же его будет и в 19 %-ном растворе):

Теперь можно рассчитать массу 19 %-ного раствора:

Теперь задумаемся: почему возросла масса исходного 19 %-ного раствора? Потому, что добавили воду. Значит, масса воды равна:

Ответ. Нужно добавить 260 г воды.

В случаях, когда изменяется и масса раствора, и масса вещества, нужно прибегнуть к приёму, когда неизвестная величина (о ней спрашивается в вопросе задачи), принимается за известную, и обозначается А.

Задача 16. Сколько граммов 25 %-ного раствора нужно добавить к 210 г 15 %-ного раствора, чтобы получить 18 %-ный раствор?

Решение. Пусть нужно добавить А граммов 25 %-ного раствора, тогда масса 18 %-ного раствора составит (210 + А) г. Определим массу вещества в 15 %-ном растворе:

аналогично:

Решим полученное уравнение:

Ответ. Нужно добавить 90 г 25 %-ного раствора.

Задачи для самостоятельного решения

11. В 300 г раствора содержится 45 г поваренной соли. Определить ω (NaСl) в этом растворе.

12. В 300 мл воды растворили 100 г сахара. Определить ω (сахара) в полученном растворе.

13. В 2 л раствора (пл. = 1,05 г/мл) содержится 105 г соли. Определить ω(соли) в этом растворе.

14. В 200 мл воды растворили 56 л аммиака NH₃. Определить ω (NH₃) в этом растворе.

15. Бромоводород объёмом 5,4 л затрачен на приготовление 8 %-ного раствора (пл. = 1,057 г/мл). Найти объём полученного раствора.

16. Сколько граммов воды и сахара нужно взять для приготовления 3 литров 30 %-ного сиропа? (Пл. = 1,13 г/мл.)

17. Какой объём 25 %-ного раствора можно приготовить из 150 г соли, если плотность раствора равна 1,2 г/мл?

18. К 500 мл 32 %-ной кислоты (ρ = 1,2 г/мл) добавили 1 л воды. Вычислить массовую долю кислоты в полученном растворе.

19. Смешали 25 г 16 %-ного раствора КОН с 30 мл 20 %-ного раствора КОН (плотность 1,2 г/мл). Вычислить массовую долю щёлочи в полученном растворе.

20. К 220 г 20 %-ного раствора поваренной соли добавили 44 мл воды и 36 г этой же соли. Вычислить массовую долю соли в полученном растворе.

21. Определить массу воды, которую нужно выпарить из 1 кг 3 %-ного раствора сульфата меди II для получения 5 %-ного раствора.

22. Сколько граммов воды нужно добавить к 50 г 70 %-ной уксусной кислоты, чтобы получить 5 %-ный уксус?

23. После добавления соды к 200 мл 16 %-ного раствора её (ρ = 1,17 г/мл) массовая доля вещества возросла до 20 %. Определить массу добавленной соды.

24. Какой объём 96 %-ной кислоты (ρ = 1,86 г/мл) необходимо добавить к 5 л 30 %-ной кислоты (ρ = 1,3 г/мл), для того чтобы получить 40 %-ный раствор?

С задачами на вывод химической формулы вещества учащиеся встречаются при прохождении программы химии с 8 по 11 классы. К тому же, данный тип задач довольно часто встречается в олимпиадных заданиях, контрольно – измерительных материалах ЕГЭ (части В и С). Диапазон сложности данных задач достаточно широк. Как показывает опыт, у школьников часто возникают затруднения уже на первых этапах решения при выводе молярной массы вещества.

В данной разработке предлагаются задачи на нахождение формулы вещества, исходя из разных параметров в условиях. В представленных задачах приведены различные способы нахождения молярной массы вещества. Задачи составлены таким образом, чтобы учащиеся могли освоить оптимальные методы и различные варианты решения. Наглядно демонстрируются наиболее общие приёмы решений. Для учащихся предлагаются решённые задачи по принципу нарастания сложности и задачи для самостоятельного решения.

Таблица 1

Приводится пример решения задачи № 6 на применение уравнения Менделеева – Клайперона

Задача № 1

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

Вернуться к табл.1

Задача № 2

Относительная плотность углеводорода по водороду, имеющего состав: w(С) = 85,7 %; w (Н) = 14,3 %, равна 21. Выведите молекулярную формулу углеводорода.

Вернуться к табл.1

Задача № 3

Определите молекулярную формулу алкана, если известно, что его пары в 2,5 раза тяжелее аргона.

Вернуться к табл.1

Задача № 4

Массовая доля углерода в соединении равна 39,97 %, водорода 6, 73 %, кислорода 53,30 %. Масса 300 мл. (н.у.) этого соединения равна 2,41 г. Выведите молекулярную формулу этого вещества.

Вернуться к табл.1

Задача № 5

Какова молекулярная формула углеводорода, имеющего плотность 1,97 г/л, если при сгорании 4,4 г. его в кислороде образовалось 6,72 л. СО2 и 7,2 г. Н2О.

Вернуться к табл.1

Задача № 6

Соединение содержит 62,8% S и 37,2% F. Масса 118 мл данного соединения при 70 и 98,64 КПа равна 0,51 г. Вывести формулу соединения.

Вернуться к табл.1

Тема: «Решение задач на нахождение молекулярной формулы газообраз­ного углеводорода по его плотности и массовой доле элементов»

1. Цели.

• Образовательные:

• закрепить знание понятий «органические вещества», «углеводороды», «массовая доля», «количество вещества», «относительная плотность»;

• научить студентов решать задачи на нахождение молекулярной формулы органического вещества;

• сформировать умения определять состав органических веществ исходя из знания массовых долей элементов, а также масс или объемов продуктов сгорания этих веществ;

• Развивающие: развивать умения анализировать, сравнивать, применять теоретические знания на практике для решения задач;

• Воспитательные: способствовать формированию научного мировоззрения.

2. Обеспечение занятия: таблица «Периодическая система», инструкции для студентов, тестовые задания для проверки знаний, карточки задания.

3. Порядок выполнения:

3.1. Разбор алгоритма решения задач.

3.2. Самостоятельное решение заданий.

3.3. Выполнение проверочной работы по вариантам.

4. Схема отчета:

4.1. Записать тему и цели практического занятия.

4.2. Привести решение задач.

4.3. Ответы к проверочной работе.

5. Анализ преподавателем выполнения работы.

6. Рекомендуемая литература:

1. Саенко О. Е. Химия. Учебник для колледжей. Ростов на Дону, 2008.

2. Габриелян О. С. Химия. Учебник для студентов среднего профессионального образования. –М.:Академия, 2008.

3. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2002. – С. 177–236.

Вывод формул соединений.

Этот вид расчетов чрезвычайно важен для химической практики, т.к. позволяет на основании экспериментальных данных определить формулу вещества (простейшую и молекулярную). На основании данных качественного и количественного анализов химик находит сначала соотношение атомов в молекуле (или другой структурной единице вещества), т.е. его простейшую формулу.
Например, анализ показал, что вещество является углеводородом C_xH_y, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны 0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов, достаточно определить их количества вещества (число молей):

Таким образом, CH₃ является простейшей формулой данного вещества. Соотношению атомов C и H, равному 1 : 3, соответствует бесчисленное количество формул: C₂H₆, C₃H₉, C₄H₁₂ и т.д., но из этого ряда только одна формула является молекулярной для данного вещества, т.е. отражающей истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D. Так, для вышеприведенного случая D_H2 = 15.
Тогда M(C_xH_y) = 15 M(H₂) = 15•2 г/моль = 30 г/моль.
Поскольку M(CH₃) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно, молекулярная формула вещества: C₂H₆.

Алгоритм 1. Решение расчетных задач на вывод
молекулярной формулы вещества по массовым долям элементов

Задача 1. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Вычислить относительную молекулярную массу M_r(C_хH_y) по относительной плотности:

3. Найти индексы х и y по отношению :

4. Записать простейшую формулу: С₃Н₈.

Проверка: М_r(C₃H₈) = 44, следовательно, C₃H₈ – истинная формула.

Задача 2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти массовую долю водорода:

(Н) = 100% – 83,3% = 16,7%.

3. Найти индексы и простейшую формулу для углеводорода C_хH_y:

следовательно, простейшая формула – C₂H₅.

4. Найти истинную формулу. Поскольку общая формула алканов С_nH_2n+2, то истинная формула – С₄Н₁₀.

Алгоритм 2. Решение расчетных задач на вывод
молекулярной формулы вещества по массе (объему) продуктов сгорания

Задача 3. При сжигании 29г углеводорода образовалось 88г углекислого газа и 45 г воды, относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти относительную молекулярную массу вещества:

M_r = D_возд•М_r(возд.),

M_r(C_хH_y)= 2•29 = 58.

3. Найти количество вещества образовавшегося оксида углерода(IV):

4. Найти количество вещества углерода в сожженном веществе:

(C) = (CO₂) = 2 моль.

5. Найти количество вещества воды:

(H₂O) = 45/18 = 2,5 моль.

6. Найти количество вещества водорода в сожженном веществе:

(H) = 2(H₂O),

(H) = 2,5•2 = 5 моль.

7. Найти простейшую формулу углеводорода:

(C) : (Н) = 2 : 5,

следовательно, простейшая формула – С₂Н₅.

8. Найти истинную формулу углеводорода:

М_r(C₂H₅) = 29,

M_r (C_хH_y) = 58,

следовательно, истинная формула – C₄H₁₀.

Задача 4. При сжигании 5,6 л (н.у.) газообразного органического вещества было получено 16,8 л (н.у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Масса 1 л исходного вещества при н.у. равна 1,875 г. Найти его молекулярную формулу.

Решение

1. Записать условие задачи.

2. Найти молекулярную массу вещества из пропорции:

1 л газа – 1,875 г,

22,4 л – m г.

Отсюда m = 42 г, M = 42 г/моль.

3. Найти количество вещества углекислого газа и углерода:

(CO₂) = 16,8/22,4 = 0,75 моль,

(C) = 0,75 моль.

4. Найти количества веществ воды и водорода:

(H₂O) = 13,5/18 = 0,75 моль,

(H) = 0,75•2 = 1,5 моль.

5. Найти сумму масс углерода и водорода:

m(C) + m(H) = 0,75•12 +1,5•1 = 10,5 г.

6. Найти массу сожженного вещества:

Следовательно, вещество содержит только углерод и водород.

7. Найти простейшую формулу углеводорода C_хH_y:

(C) : (H) = 0,75 : 1,5 = 1 : 2,

следовательно, простейшая формула – СН₂.

8. Найти истинную формулу углеводорода:

M_r(CH₂) = 14,

M_r(в-ва) : M_r(CH₂) = 42 : 14 = 3,

следовательно, истинная формула – С₃Н₆.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Установите молекулярную формулу монохлоралкана, содержащего 38,38% хлора. Приведите графические формулы и названия всех соединений, отвечающих данной формуле.

Решение:

1. Общая формула алканов C_nH_2n+2, общая формула монохлоралканов C_nH_2n+1Cl

2. Cоставим выражение для расчета массовой доли хлора:

М(Cl) 35,5

ω( Сl) =——————-=————-=0,3838 , откуда n=4

М(C_nH_2n+1Cl) 14n+36,5

Формула монохлоралкана С₄Н₉Сl

3. Графические формулы изомеров:

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂Сl 1-хлорбутан

СН₃ – СН₂ – СНCl– СН₃ 2- хлорбутан

СН₃ – СН – СН₂Сl 2-метил-1-хлорпропан

‌‌| ‌

СН₃

СН₃ – СCl – СН₃ 2-метил-2-хлорпропан

‌‌| ‌

СН₃ ‌‌

Задача 2. Установите молекулярную формулу алкена и продукта взаимодействия его с 1 моль бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4,24. Укажите название исходного алкена и одного его изомера.

Решение:

1. Общая формула монобромлканов C_nH_2n+1Br. Молярная масса монобромлкана М= 12n+2n+1+80=14n+81

2. Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙4,24=123г/моль

Из выражения 14n+81=123 n=3

1. Формула бромалкана С₃Н₇Br, исходного алкана С₃Н₆ – пропен. Изомер – циклопропан.

Задача 3. Установите молекулярную формулу алкена, если одно и то же количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, 5,23 г хлорпроизводного или 8,2 г бромпроизводного.

Решение:

1. Уравнения реакций:

C_nH_2n + Н Сl = C_nH_2n+1Cl

C_nH_2n + Н Br = C_nH_2n+1Br

1. Так как количество вещества алкена одно и то же в обеих реакциях, то количества веществ галогеналканов равны:

n(C_nH_2n+1Cl) = n(C_nH_2n+1Br)

3. Из выражения 5,23/14n+36,5=8,2/14n+81 n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 4. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н.у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Решение:

1. Находим количество вещества алкена:

n(C_nH_2n) = 1,012/22,4 = 0,045 моль

1. По уравнению реакции

C_nH_2n +Сl₂ = C_nH_2nCl₂

n(C_nH_2nCl₂)= n(C_nH_2n) =0,045 моль

1. М(C_nH_2nCl₂)=m/n=5,09/0,045=113г/моль

12n +2n+71=113 n=3

Формула алкена С₃Н₆

Задача 5. При полном сгорании 3,9 г углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров вещества 3,482г/л. Выведите молекулярную формулу.

Задача 6. При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкана. Запишите структурные формулы названия возможных изомеров.

Задача 7. При полном сгорании неизвестной массы углеводорода образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 14. Выведите молекулярную формулу углеводорода.

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Относительная плотность вещества по азоту равна 1,57.

Задача 2. Найти молекулярную формулу предельного углеводорода, массовая доля углерода в котором 83,3%.

Задача 3. При сжигании 29г углеводорода образовалось 88г углекислого газа и 45 г воды, относительная плотность вещества по воздуху равна 2. Найти молекулярную формулу углеводорода.

Задача 4. При сжигании 5,6 л (н.у.) газообразного органического вещества было получено 16,8 л (н.у.) углекислого газа и 13,5 г воды. Масса 1 л исходного вещества ( при н.у.) равна 1,875 г. Найти его молекулярную формулу.

Задача 5. При сгорании 11,2 г Углеводорода получили оксид углерода массой 35,2 г и воду массой 14,4 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 1,93. Выведите молекулярную формулу.

Задача 6. При сжигании 2.2 г вещества получили 4,4 г оксида углерода и 1,8 г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 44. Определите молекулярную формулу вещества.

Задача 7. Выведите формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2 % водорода, если относительная плотность по водороду равна 22.

Задача 8. Определите молекулярную формулу углеводорода, если массовая доля углерода равна 85,75, а водорода –14,3%. Относительная плотность этого вещества по азоту примерно равна 2.

Задача 9. Найти формулу вещества, содержащего 85,71% углерода и 14,29% водорода, если относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,448.

Задача10. При сгорании 4,3 г Углеводорода получили оксид углерода массой 13,2 г и воду массой 6,3 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,966. Выведите молекулярную формулу.

Задача 11. При сгорании 2,1 г вещества получили оксид углерода массой 6,6 г и воду массой 2,7 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,96. Выведите молекулярную формулу.

Задача 12. При сгорании 8,6 г Углеводорода получили оксид углерода массой 26,4 г и воду массой 12,6 г. Относительная плотность этого углеводорода по воздуху равна 2,966. Выведите молекулярную формулу.

Задача 13. При сжигании 3,9 г органического вещества плотность паров по водороду- 39, образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Определить формулу вещества .

Задача 14. При сжигании алкена массой 11,2 г получили 35,2 г оксида углерода (IV) и 14,4 г воды. Относительная плотность алкена по воздуху равна 1,93. Найти молекулярную формулу алкена.

Задача 15. Определить молекулярную формулу углеводорода, если при сжигании 2,2 г его было получено 3,36л углекислого газа и 3,6 г воды. Плотность вещества по воздуху равна 1,5172.

Задача 16. Определить молекулярную формулу углеводорода, если при сжигании 1,3 г его было получено 2,24л углекислого газа и 0,9 г воды. Плотность вещества по водороду равна 12,992.

Задача 17. При сжигании 5,25 г газообразного углеводорода с плотностью по водороду =21 получили 8,4 л углекислого газа и 6,75 г воды. Определить формулу вещества.

Задача 18. Найти молекулярную формулу углеводорода, имеющего плотность по водороду =22. если при сгорании 4,4 г его образуется 6,72л CO₂ и 7,2 г Н₂О.

Задача 19. Относительная плотность по водороду некоторого алкана 15. Определите его формулу.

Задача 20. Массовая доля углерода в алкане составляет 84%. Определите его формулу.

Задача 21. При сгорании 2,2 г органического вещества, имеющего плотность по воздуху 1,517, образовалось 3,36 л углекислого газа (н.у.) и 3,6 г воды. Определите формулу органического вещества.

Задача 22. Органическое вещество содержит углерод (массовая доля 84,21%) и водород (15,79%). Плотность паров вещества по воздуху составляет 3,93. Определите формулу органического вещества.

Задача 23. Массовая доля углерода в углеводороде составляет 83,33%. плотность паров по водороду =36. Определите формулу углеводорода. Сколько он имеет изомеров? Напишите структурные формулы этих изомеров и назовите их.

Задача 24. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37 мл и плотностью 1,4 г/мл получили алкен 39,2 г.

Задача 25. Определите молекулярную формулу предельного трехатомного спирта, массовая доля углерода в котором равна массовой доле кислорода.

Решение задач на вывод формул в соединении

Ключевые слова конспекта: решение задач на вывод формул в соединении, простейшая формула соединения, эмпирическая формула, истинная формула, молекулярная формула, вывод формулы, установление формулы, рассчитать количество вещества элементов.

При определении формул химических соединений необходимо различать простейшую (или эмпирическую) формулу соединения и его истинную (или молекулярную) формулу.

Простейшая формула (эмпирическая формула) показывает соотношение числа атомов каждого элемента в молекуле (формульной единице) вещества. Например, простейшая формула оксида фосфора (V) Р₂O₅. Она показывает, что на каждые 2 атома фосфора в молекуле данного оксида приходится 5 атомов кислорода.

Истинная формула (молекулярная формула) показывает точный качественный и количественный состав одной молекулы данного соединения. Так, истинная формула оксида фосфора (V) Р₄О₁₀. Она показывает, что одна молекула данного оксида образована четырьмя атомами фосфора и десятью атомами кислорода.

При выводе простейшей формулы соединения необходимо помнить, что индексы в ней пропорциональны количествам вещества элементов, образующих данное соединение и содержащихся в определенной порции данного вещества. Например, 1 моль воды содержит 2 моль атомов водорода и 1 моль атомов кислорода (т. е. v(H) : v(O) = 2:1, а формула воды — Н₂О). Таким образом, чтобы определить простейшую формулу вещества, необходимо рассчитать количество вещества элементов, образующих данное соединение.

Чтобы установить истинную формулу, необходимо знать относительную молекулярную (или молярную) массу данного соединения. Молекулярная масса в целое число раз больше массы, которая отвечает простейшей формуле. На это число нужно умножить индексы в простейшей формуле, чтобы получить молекулярную формулу. Например, простейшая формула глюкозы СН₂О, относительная молекулярная масса, отвечающая этой формуле, равна 30. Истинная относительная молекулярная масса глюкозы равна 180, т. е. в 6 раз больше. Таким образом, истинная формула глюкозы (СН₂О)₆, или С₆Н₁₂О₆.

Цитаты из пособия «Задачи по химии 8-9 кл.» (авт. О.С. Габриелян и др.) использованы в учебных целях. Ссылка на покупку книги указана в конце конспекта.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 Задача № 1.
Массовые доли железа и серы в соединении равны соответственно 46,67 и 53,33%. Определите формулу этого соединения.

Ответ. FeS₂.

 Задача № 2.
Массовая доля азота в оксиде азота равна 36,84%. Выведите простейшую формулу данного оксида.

Ответ. N₂О₃.

 Задача № 3.
Массовая доля серы в ее оксиде в 1,5 раза меньше массовой доли кислорода. Определите простейшую формулу оксида.

Ответ. SО₃.

 Задача № 4.
Элемент образует оксид состава ЭO₂. Плотность оксида по воздуху равна 1,586. Определите неизвестный элемент.

Ответ. Э — азот.

 Задача № 5.
Азот образует оксид, плотность паров которого по гелию равна 19, а массовая доля кислорода в нем — 63,16%. Определите молекулярную формулу неизвестного оксида.

Ответ. N₂О₃.

 Задача № 6.
Плотность по водороду смеси оксида серы (IV) и одного из оксидов азота равна 20,1, массовая доля оксида азота в смеси 52,24%, а массовая доля азота в оксиде — 46,67%. Определите молекулярную формулу оксида азота.

Ответ. NО.

 Задача № 7.
Из 185,6 г оксида железа при восстановлении было получено 134,4 г железа. Какова формула данного оксида?

Ответ. Fe₃О₄.

 Задача № 8.
Массы углерода и водорода, входящие в состав газа, занимающего объем 16,8 л (н. у.), равны соответственно 18 и 4,5 г. Определите истинную формулу газа.

Ответ. С₂Н₆.

 Задача № 9.
Отношение молярных масс хлорида и оксида металла (М), в которых металл проявляет степень окисления +2, равно 1,679. Определите неизвестный металл.

Ответ. Цинк.

Задача № 10.
 Элементы X и Y образуют с хлором соединения состава ХYСl₂ и XY₂Cl₂. Массовые доли хлора в этих соединениях равны соответственно 59,66 и 52,59%. Определите формулы неизвестных соединений.

Ответ. SOCl₂ и SO₂Cl₂.

Решение задач на вывод формул в соединении. Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к: Решение задач на расчет исходных веществ и продуктов реакции
• Вернуться к списку конспектов по Химии.
• Проверить знания по Химии.
• Купить книгу Задачи по химии и способы их решения. 8-9 кл. / О.С. Габриелян и др. — М.: Дрофа.

Учитель химии МБОУ «ВОШ №3 г.Пугачева
Саратовской области»

Подготовка
к ЕГЭ

Выполнение
заданий высокого уровня сложности, задачи на вывод формул

                 Для решения задач этого типа необходимо
знать общие формулы классов органических веществ и общие формулы для вычисления
молярной массы веществ этих классов.

Органические
вещества образуют гомологические ряды, которые имеют общие формулы.

Это позволяет:

·                    
выражать
молярную массу через число n

M(C_nH<sub>2n
+ 2</sub>) = 12 ∙ n + 1 ∙ (2n +2) = 14n + 2;

·                    
приравнивать
молярную массу, выраженную через n, к истинной молярной массе и
находить n.

·                    
составлять
уравнения реакций в общем виде и производить по ним вычисления.

При решении таких
задач нужно знать и использовать общие формулы гомологических рядов:

1.       алканы – С_nH_{2n + 2}

2.       алкены и
циклоалканы – C_nH_2n

3.       алкины и
алкадиены – C_nH_{2n – 2}

4.       арены – C_nH_{2n
– 6}

5.       моногалогеналканы
– C_nH<sub>2n
+ 1</sub>Г

6.       дигалогеналканы
– C_nH_2nГ₂

7.       фенолы – C_nH_{2n
– 7}OH

8.       предельные
одноатомные спирты – C_nH_{2n + 1}OH, R – COH

9.       альдегиды
– C_nH_{2n + 1} COH, R – COH

10.    предельные
карбоновые кислоты – C_nH_{2n + 1}COOH, R – COOH

11.    сложные
эфиры – R₁
– COOR₂

12.    первичные
амины – C_nH_{2n + 1}NH₂, R – NH₂

      вторичные амины – R₁ – NH – R₂

      третичные амины – R₁  –    N  –  R₂

                                                   
R₃

14.  аминокислоты – C_nH_2n(NH₂)COOH

Формулы для нахождения молярной
массы:

— если известна плотность:

r = m / V = M / V_m Þ M = r ∙ V_m = r _г/л ∙ 22,4 _л/моль

—   если известна масса и объём
газа, молярную массу можно найти двумя способами:

         — через плотность r = m / V,  M = r ∙ Vm;

         — через количество вещества: n = V / Vm, M = m / n.

                      — если известна
относительная плотность первого газа по другому:

D₂¹
= M₁ / M₂ Þ M₁ = D₂ ∙ M₂

                                           
M = D_H2 ∙ 2          M = D_O2 ∙ 32

                                           
M
= D_возд. ∙ 29     
M = D_N2 ∙ 28  и
т.д.

Задачи
на вывод формул органических соединений – это задания 35 КИМа ЕГЭ.

 Максимальный
балл за это задание в 2018 году составил 3 балла.

    
При всём многообразии задач на вывод формул можно выделить несколько основных
типов. Рассмотрим алгоритмы решений этих задач наиболее простыми способами.

I. Вывод
формул веществ по массовым долям элементов.

1.                  
Написать
формулу вещества, обозначив индексы через x, y, z.

2.      
Если
неизвестна массовая доля одного из элементов, то её находят, отняв от 100 %
известные массовые доли.

3.  Найти
соотношение индексов, для этого массовую долю каждого элемента  (лучше в %)
разделить на его атомную массу (округлить до тысячных долей)  x : y: z = ω₁ / Ar₁ : ω₂ / Ar₂ : ω₃ / Ar₃

4.   Полученные числа
привести к целым. Для этого разделить их на наименьшее из  полученных чисел.
При необходимости (если опять получилось дробное число) после этого домножить
до целого числа на 2, 3, 4 … .

5.   Получится
простейшая формула.

6. На основании
данных условия задачи составить структурную формулу исходного вещества

Задача №1.

Массовая доля углерода в углеводороде
составляет 85,71%. Данный углеводород вступает в реакцию гидратации, при этом
образуется соединение, молекулярная масса которого в 1,214 раз превышает массу
исходного углеводорода. Известно, что в молекуле углеводорода присутствуют
только первичные и третичные атомы углерода.

На основании данных условия задачи:

1) произведите вычисления, необходимые для установления
молекулярной формулы органического вещества и запишите молекулярную формулу
исходного органического вещества;

2) составьте структурную формулу этого вещества, которая
однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;

3)
напишите уравнение реакции гидратации данного вещества.

Дано:                      
Решение:

ω(С) = 85,71 %       1)  Напишем
формулу — С_хН_у

                                 
Найдём массовую долю водорода:

    М.Ф. = ?                   ω(Н) = 100
% — 85,71 % = 14,29 %

                                   Найдём
соотношение индексов:

                                    х : у
= 85,71 / 12 : 14,29 / 1 = 7,14: 14,29 = 1 :2

 Простейшая формула углеводорода– СН₂,
но она не соответствует истинной.

Установим молекулярную формулу углеводорода.

Простейшей формуле– СН₂ соответствует
общая формула С_nH_2n. (Это
алкен) .При гидратации образуется спирт с общей формулой С_nH_2n+2О. Тогда

1,214 ∙ (12n +2n)=12n+2n+2=16

n=6

 Молекулярная формула —   С₆H₁₂ 

2) Структурная формула:

         СН₃

         │

СН₃— С=С- СН₃       
(2,3- диметилбутен-2)

              │

              СН₃

3)     СН₃                                           
ОН СН₃

        
│                                                │    │

СН₃— С=С- СН₃      +
Н₂О  →   СН₃— С —  СН- СН₃

             
│                                           │

              СН₃                                      
СН₃

II. Вывод формул
веществ по продуктам сгорания.

1.       Проанализировать
состав продуктов сгорания и сделать вывод о качественном составе сгоревшего
вещества:

Н₂О
® Н, СО₂
® С, SO₂ ® S, P₂O₅ ® P, Na₂CO₃ ® Na, C; HCl ® H, Cl

Наличие кислорода в веществе требует
проверки. Обозначить индексы в формуле через  x, y, z.
Например: С_х Н_у О_z .

2.  Найти количества веществ продуктов
сгорания по формулам:

n = m / M    и     n = V / V_m

3.  Найти количества элементов,
содержавшихся в сгоревшем веществе.

     Например:

     n(С) = n(СО₂),
n(Н) = 2 ∙ n(Н₂О),
n(Na) = 2 ∙ n(Na₂CO₃), n(C) = n(Na₂CO₃) и т.д.

4.  Если сгорело
вещество неизвестного состава, то обязательно нужно проверить, содержался ли в
нём кислород. Например: C_x, H_y, O_z ,

m(O) = m _{в – ва} – (m(C) + m(H)

                       Предварительно
нужно найти: m(C) = n(C) ∙ 12
_{г / моль,}

                        m(H) = n(H) ∙ 1
_{г / моль}

     Если кислород
содержался, найти его количество: n(О) = m(O) / 16
_{г / моль}

5.  Найти
соотношения индексов по соотношению количеств элементов. Например:

x : y : z = n(С) : n(Н) : n(О)

     Числа
привести к целым, разделив их наименьшее.

6.  Если известны
данные для нахождения истинной молярной массы вещества, найти её по формулам: M = r ∙ V_m, M₁ = D₂ ∙ M₂ 

7.  Написать
простейшую формулу и найти её молярную массу. Сравнить истинную молярную массу
с простейшей и увеличить индексы в нужное число раз.

Задача №2

При сжигании образца некоторого
органического соединения массой 29,: г получено 70,4 г углекислого газа и 36,0
г воды.

Известно, что относительная плотность
паров этого вещества по воздуху равна 2,552. В ходе исследования химических
свойств этого вещества установлено, что  при взаимодействии этого вещества с
оксидом меди(II)
образуется кетон.

На основании данных условия задачи:

1) произведите вычисления, необходимые для установления
молекулярной формулы органического вещества и запишите молекулярную формулу
исходного органического вещества;

2) составьте структурную формулу этого вещества, которая
однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле;

3)
напишите уравнение реакции этого вещества с оксидом меди(II).

III. Вывод формул органических веществ по
общим формулам и по
химическим свойствам.

      Рассмотрим возможные варианты задач
на вывод формул органических веществ по общим формулам и химическим свойствам.
Примеры задач, приведенных в этом разделе, являются лишь составной частью задач,
предлагаемых на  ЕГЭ

1.     Вывод
формул по известной массовой доле элемента в веществе.

Алгоритм решения:

1.      
Написать
общую формулу и выразить молекулярную массу вещества через число n;

2.      
Подставить
данные в формулу ω(Эл) = А_r (Эл) ∙ индекс / М_r;

3.      
Решить
уравнение с одним неизвестным, найти число n.

Задача
№ 3.

      Определить
формулу аминокислоты, если известно, что она содержит 15,73 % азота.

Дано:                       
Решение:

ω(N) = 15,73
%       1. Oбщая
формула аминокислот:

                                    C_nH_2n(NH₂)COOH

   
М.Ф. = ? 

                                 
2. Выразим
через n
молекулярную массу:

                      
М_r(C_nH_2n(NH₂)COOH)
= 12n + 2n + 16 + 45 = 14n + 61.

                                 
3. Подставим
данные в формулу: 0,1573 = 14 ∙ 1 / 14n + 61.

2,2022n + 9,5953 =
14.

2,2022n = 4,4047

                                                                    
n = 2               Ответ: C₂H₄(NH₂)COOH.

         2. Вывод формул по
уравнениям реакций в общем виде, если известны данные для двух веществ.

      Алгоритм решения:

1.       Составить
уравнение реакции в общем виде.

2.       Выразить
молярные массы неизвестных веществ через число n.

3.       Найти
количества двух веществ по формулам:

n = m /M                     
n = V / V_m

4.    Составить
уравнение, приравняв найденные количества веществ с учётом соотношения
числа моль этих веществ по уравнению (определяют по коэффициентам).

5.    Решить
уравнение с одним неизвестным, найти число n и записать
формулу.

Задача № 4.

         При взаимодействии предельного
одноатомного спирта массой 3 г с избытком натрия было получено 0,56
л водорода. Определить формулу спирта.

Дано:

m _спирта  = 3г        Решение:

V(H₂) =
0,56л     1. Напишем уравнение реакции в общем виде:

2C_nH_{2n + 1} OH + 2Na ® H₂­ + 2C_nH_2nONa

    М.Ф. = ?                          ^{2
моль                        1 моль}

                             2.  Выразим
молярную массу спирта через число n:

                                 M(C_nH_{2n + 1}OH) = 12n + 2n + 1 + 16
+ 1 = 14n +
18(г/моль).

                             3.
Найдём количества веществ:

                                n(С_nH_{2n + 1}OH) = m / M = 3_г
/ 14_n + 18_г/моль
=

                                = 3 / 14_n + 18 моль

                                n(Н₂)
= V / V_m = 0,56_л
/ 22,4_г/моль = 0,025 моль.

                             4. Из
уравнения реакции видно, что

n(С_nH_{2n + 1}OH) = 2 ∙ n(H₂)

                             5. Cоставим
уравнение: 3 / 14_n + 18 = 2
∙ 0,025

                                                                    
n = 3

                                      
Ответ: С₃Н₇ОН.

3. Вывод
формул по уравнениям реакций в общем виде с применением закона сохранения массы
веществ.

                   Если
известны массы всех реагентов и продуктов реакции, кроме одного вещества, то
можно найти его массу на основании закона сохранения массы веществ.

Рассмотрим этот
случай на конкретном примере.

Задача № 5.

         Некоторый
сложный эфир массой 7,4г подвергнут щелочному гидролизу. При этом получено 9,8г
калиевой соли предельной одноосновной кислоты и 3.2г спирта. Установите формулу
этого эфира.

Дано:

m(эфира) = 7,4г        Решение:

m(соли) =
9,8г          1. Составим уравнение гидролиза эфира в общем виде:

m(спирта) = 3,2г                 R₁COOR₂
+ KOH ® R₁COOK
+ R₂OH

                                                
^{1
моль                1 моль               1 моль               1 моль}

М.Ф.(эфира) = ?       
2.  По закону сохранения массы веществ:

                                      
m(R₁COOR₂)
+ m(KOH) = m(R₁COOK) + m(R₂OH)

                                      
Найдём
массу и количество гидроксида калия:

                                      
m(KOH)
= m(R₁COOK) + m(R₂OH) – m(R₁COOR₂)
=

                                      
=
9,8 + 3,2 – 7,4 = 5,6г

                                      
n(КОН) =
5,6_г / 56_г/моль = 0,1 моль

                                   
3.  Найдём молярную массу соли и её формулу:

                                      
n(R₁COOK) = n(KOH) = 0,1
моль

                                      
M = m / n = 9,8_г
/ 0,1_моль = 98 г/моль

                                      
M(R₁) = 98 – M(COOK) = 98 –
83 =

                          
            = 15_г/моль Þ СH₃СOOK

                                   
4.  Найдём молярную массу спирта и его формулу:

                                      
n(R₂OH)
= n(KOH) = 0,1 моль

                                      
M(R₂OH) = m / n = 3,2_г /
0,1_г/моль = 32 г/моль

                                      
M(R₂) = 32 – M(OH) = 32 –
17 = 15_г/моль Þ СH₃OH

5.       Следовательно,
формула эфира – СН₃СООСН₃.

Ответ: СН₃СООСН₃.