Программа элективного курса по химии « Решение расчетных задач»

Тема: «Вывод химических формул»Задача 1. Найти молекулярную формулу углеводорода, содержание углерода в котором равно 85,71%, а относительная плотность по кислороду равна 1,75.
Дано:
· (С) = 85,71% = 0,8571D (O2) = 1,75Найти: СnHm
Решение:D(O2) = Mr (в-ва)/ Mr (O2) = Mr (в-ва)/32Отсюда Mr (в-ва) = D (O2) Mr (O2)Mr (СnHm ) = 1,75 32 = 56
· (элемента) = Ar (элемента) n (индекс)/ Mr (в-ва)
n =
· (элемента) Mr (в-ва)/ Ar (элемента)n (C) = 0,8571 56/12 = 4m (H) = 56- 4 12/ 1 = 8или
· (H) = 1 – 0,8571 = 0,1429m (H) = 0,1429 56/1 = 8 Следовательно, молекулярная формула углеводорода C4H8
Задача 2. Найти массу газообразного алкана, если 11 г этого газа занимают объем 5,6 л ( при н. у.)Дано: m (CnH2n +2) = 11гV (CnH2n +2) = 5,6 л (н.у.)
Найти: формулуРешение:Найдем кол- во вещества алкана
· = V/Vm
· (CnH2n +2) = 5,6 л / 22.4 л/моль = 0.25 мольНайдем молярную массу алкана.M = m/
·M (CnH2n +2) = 11г / 0, 25 моль = 44 г/мольМолярную массу алкана можно вычислить следующим образом:M (CnH2n +2) = 12n + 1 2n + 2 = 4414n = 42 n = 3
Следовательно, молекулярная формула алкана C 3H8
Задача 3. . Установите молекулярную формулу дибромалкана, содержащего 85,11% брома
Дано:

· ( Br) = 85,11 = 0,8511
Найти: CnH2n Br2
Решение:
Находим относительную молекулярную массу органического вещества.

· (элемента) = Ar (элемента) n (индекс)/ Mr (в-ва)отсюда Mr (в-ва) = Ar (элемента) n /
· (элемента)Mr (CnH2n Br2 ) = 802 / 0,8511 = 188 Но относительную молекулярную массу можно выразить через относительные атомные массы элементов.Mr (CnH2n Br2 ) = 12n + 2n + 160 = 18814n = 28 n = 2 Следовательно, молекулярная формула дибромалкана C2H4Br2
Задача 4. Пары монобромалкана в 4,24 раза тяжелее воздуха. Определите его молекулярную формулу.
Дано:CnH2n +1Br (пары) в 4, 24 раза тяжелее воздуха.Найти: молекулярную формулуРешение: Средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль. Найдем молярную массу органического вещества. M (CnH2n +1Br ) = 29 г/моль 4.24 = 123 г/моль M (CnH2n +1Br ) = 12n + 2n + 1 + 80 = 123 14n = 42 n = 3
Следовательно, молекулярная формула монобромалкана C3H7Br
Задача 5. Масса неизвестного объёма воздуха равна 0,123 г, а масса такого же объёма газообразного алкана равна 0,246 г (при одинаковых условиях). Определите молекулярную формулу алкана.Дано:
m (возд.) = 0, 123 г
m (CnH2n +2) = 0, 246 г
Vвозд. = V(CnH2n +2)
Найти молекулярную формулу алкана.
Решение:
Найдем кол- во вещества воздуха, учитывая, что средняя молярная масса его равна 29 г/ моль.

· = m / M
· (возд.) = 0, 123 г / 29г/моль = 0, 00424 моль.
Если при одинаковых условиях объемы газообразных веществ равны, то равны и их кол- ва веществ. Значит,
· (CnH2n +2) = 0,00424 моль.
Найдем молярную массу алкана. M = m /
·
M (CnH2n +2) = 0,246 г/ 0,00424 моль = 58 г/мольM (CnH2n +2) = 12n + 2n + 2 = 58
14n = 56 n = 4 Молекулярная формула алкана C4H10
Задача 6. При сгорании углеводорода массой 1,4 г образуется 2,24 л углекислого газа (н. у.) и вода массой 1,8 г. Определите формулу углеводорода, если его плотность равна 1,25 г/л.
Выразим схему сгорания углеводорода.
CnHm + O2 _--------------- > CO2 + H2O
Найдем молярную массу углеводорода, зная его плотность.
M =
· Vm
 Данную формулу можно вывести следующим образом.
M = m /
·
· = m / v m =
· V

·= V / Vm
Преобразуем исходную формулу и получим:
M =
· Vm
M ( CnHm ) = 1, 25 г/ моль 22,4 л / моль = 28 г / моль
Находим кол- во образовавшихся веществ.

· ( CO2 ) = V(CO2 ) / Vm = 2,24 л / 22,4 л / моль = 0,1 моль
Находим кол-во атомарного углерода.

· (С) =
· ( CO2 ) = 0,1 моль

· = m /M
· (H2O) = 1,8г/ 18 г/моль = 0,1 моль
Находим кол-во атомарного водорода.
· (H) = 2
· (H2O) = 0,2 моль
При химических реакциях выполняется правило, что кол- во веществ каждого элемента в левой и правой части уравнения равны. Значит, и в исходном веществе CnHm
· (С) = 0,1 моль
· (H) = 0,2 моль
Тогда справедливо выражение
n / m = 0,1 / 0,2
приведем к целым числам.
n / m = 1 / 2
Отсюда простейшая формула углеводорода CH2
M (CH2 ) = 12 + 1 2 = 14 г/моль
Но у нас M ( CnHm ) = 28 г/моль
Находим истинную формулу: 28 г/моль / 14 г/моль = 2
Это означает, что индексы необходимо увеличить в 2 раза. Значит, истинная формула углеводорода C2H4
Задача 7. При сжигании газообразного соединения объемом 2,24 л (н.у.) получено 8,96 л углекислого газа и вода массой 7,2 г. На горение было затрачено 13,44 л кислорода. Определите формулу вещества.
Так как в продуктах сгорания есть углерод (CO2) и водород (H2O), то эти элементы присутствуют и в исходном вещ-ве. Не исключено, что в его составе есть и атомы кислорода. Обозначим формулу исходного вещ- ва CnHmOz.
Запишем условную схему его сгорания.
CnHmOz. + O2 CO2 + H2O
Найдем количества всех известных веществ.

· (CnHmOz. ) = V/ Vm = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль

· ( O2) = 13,44 л / 22,4 л/моль = 0,6 моль

· (CO2) = 8,96л / 22,4 л/моль = 0,4 моль

· (H2O) = m / M = 7,2г / 18 г/моль = 0,4 моль
Проставим полученные значения над химическими формулами.
0,1 0,6 0,4 0,4
CnHmOz. + O2 _--------------- > CO2 + H2O
Количества реагирующих и образующихся веществ пропорциональны коэффициентам перед формулами. Приведем их к целым числам и поставим в виде коэффициентов ( перед исходным веществом коэффициент равен 1)
CnHmOz. + 6O2 --------------- >
· 4CO2 + 4 H2O
Так как число атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения должно быть одинаковым получаем
n = 4 m = 8
Атомов кислорода по 12, значит исходное вещество кислород не содержит.
Формула исходного вещ-ва C4H8

Задача 8. При сжигании органического вещества, массой 4,8 г получили оксид углерода-IV массой 6,6 г и воду массой 5,4 г. Относительная плотность этого соединения по водороду равна 16. Найдите молекулярную формулу вещества.
Составим схему сгорания органического вещ - ва.
CnHmOz. + O2 _--------------- > CO2 + H2O
Найдем Mr (CnHmOz) = 16 2 = 32
D (H2 ) = Mr (в-ва) / Mr(H2 )
Mr (в-ва) = D (H2 ) Mr(H2 )
Находим
· (CO2)
· = m / M M = (CO2) = 44 г/моль

· (CO2) = 6,6 г / 44г/моль= 0,15 моль

· (С) =
· (CO2) = 0,15моль m (С) = M
·
m (C) = 12 0,15 = 1,8г
Находим
· (H2O)
· (H2O) = 5,4г / 18г/моль = 0,3моль

· (H) = 2
· (H2O) = 0,6моль
m (H) = 1г/моль 0,6моль = 0,6г Найдем массу кислорода в исходном вещ- ве.m (О) = 4,8г – (1,8г + 0,6г) = 2,4г

· (О) = 2,4г / 16г/моль = 0,15моль
Находим простейшую формулу n : m : z = 0,15: 0,6 : 0,15n : m : z = 1 : 4 : 1 Простейшая формула CH3 OHМ (CH3 OH) = 32г/моль Значит, формула CH3 OH является истинной.
Задача 9. Предельный одноатомный спирт нагрели - до 170 - 180°С в присутствии концентрированной серной кислоты. В результате реакции получили газообразное при нормальных условиях вещество с массовой долей водорода 14,29% и с относительной плотностью по гелию 10,5. Определите молекулярную формулу исходного спирта.
Запишем уравнение реакции в общем виде:
t , cat
CnH2n +1 OH CnH2n + H2O
Найдем Mr (CnH2n) Mr (He) = 4
Mr (CnH2n) = 4 10,5 = 42

· (элем) = Аr(элем) n (индекс) / Mr (вещ-ва)
n =
· r (элем) Mr (вещ-ва) / Аr(элем)
n (Н) = 0,1429 42 / 1 = 6
Значит, формула газообразного вещ- ва C3H6 , а молекулярная формула исходного спирта C3H7 OH
Задача 10. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и то же количество его, взаимодействуя с галогенами, образует, соответственно, или 56,5 г дихлорпроизводного, или 101 г дибромпроизводного.
Запишем уравнение реакций в общем виде.

·
·
CnH2n + Cl2 --------------- > CnH2n Cl 2

·
·
CnH2n + Br 2 --------------- > CnH2n Br 2
Количество алкена и в 1-ой и во 2-ой реакции одинаково (
· ) , значит и количество дихлор- и дибромпроизводного тоже одинаково

· (CnH2n Cl 2 ) =
· (CnH2n Br 2)
Выразим массу каждого вещ- ва
m = M
· m (CnH2n Cl 2) =
· ( 12n + 2n + 71)
m (CnH2n Br 2) =
· (12n + 2n + 160 )
Из массы дибромпроизводного вычтем массу дихлорпроизводного:
m (CnH2n Br 2) - m (CnH2n Cl 2) = 101- 56,5

· (14n + 160) -
· ( 14n + 71 ) = 44,5 
· ( 14n + 160 – 14n -71 ) = 44,5
89
· = 44,5
· = 0,5 моль
М ((CnH2n Cl 2) = 56,5г / 0,5моль = 113г/моль
М (CnH2n) = 113 – 71 = 42
14n = 42 n =3
Формула алкена C3H6
Задача имеет другой путь решения, но этот мне нравится больше.
Задача 11. 10 л смеси алкена с избытком водорода (н.у.) пропустили над нагретым платиновым катализатором. Объем смеси уменьшился до 7,2 л. При пропускании той же смеси через избыток бромной воды масса склянки увеличилась на 5,25 г. Определите формулу алкена.
Запишем уравнение реакций в общем виде:
изб.
1). CnH2n + H2 _--------------- > CnH2n+2
изб.
2). CnH2n + Br 2 (р-р)--------------- > CnH2n Br 2 р-р
Так как алкен взят в недостатке, то по изменению объема можно определить, какой объем алкена вступил в реакцию.

· (CnH2n ) = 10л – 7,2л = 2,8л , а по второй реакции можно определить массу присоединившегося алкена.
m (CnH2n ) = 5,25г
Найдем кол- во вещества алкена.

· = V / Vm
·(CnH2n ) = 2,8л / 22,4л/моль = 0,125 моль
Найдем молярную массу:
М = m /
· М(CnH2n ) = 5,25г / 0,125моль = 42г/моль
М(CnH2n ) = 12n + 2n = 42
14n = 42 n = 3
Формула алкена C3H6
Задача 12. При сгорании 9 г предельного первичного амина выделилось 2,24 л азота и 8,96 л углекислого газа (н.у.). Определите молекулярную формулу амина.
Составим схему сгорания первичного предельного амина.

CnH2n +1 N H2 + O2 ------------( N2 + CO2 + H2O
Найдем количество вещ - ва азота:

· = V / Vm
· (N2) = 2,24л / 22,4л/моль = 0,1моль

· (N) = 2
· (N2) = 0,2моль
Значит, кол – во азота в левой части тоже равна 0,2моль. Следовательно, и
· (CnH2n +1 N H2) = 0,2моль.
Тогда найдем молярную массу:
М = m /
· М (CnH2n +1 N H2) = 9г / 0,2моль= 45г/моль
М (CnH2n +1 N H2) = 12n +2n + 1 + 14 +2 = 45
14n = 28 n = 2
Формула амина C2H5N H2

15