Нахождение молекулярной формулы по плотности вещества
и данным о продуктах его сгорания.
Как правило, сложное вещество при сгорании образует несколько оксидов – столько, сколько горючих элементов входило в состав молекулы сгоревшего вещества. Однако следует помнить, что хлор при этом может выделиться в виде хлороводорода, а атомы азота обычно до оксида не окисляются: азот в таком случае выделяется в свободном, молекулярном виде. Углерод, входящий в состав сложного вещества, при сгорании образует углекислый газ, водород – воду, сера – диоксид серы, металлы – твердые оксиды и т.д. На образование этих оксидов в ходе сгорания расходуется не только кислород воздуха, но и атомы кислорода, входившие ранее в состав молекулы сгоревшего вещества.
Задача 72. При сгорании 4,2 г вещества образовалось 13,2 г СО2 и 5,4 г воды. Плотность паров вещества по воздуху равна 2,9. Определите состав молекулы.
Решение.
Для начала вычислим молярную массу сгоревшего вещества (средняя молярная масса воздуха принята за 29 г/моль), округлив полученное число до целого значения:
М (Х) = 29 г/моль • 2,9 = 84 г/моль
Будем считать, что весь углерод из исходного вещества перешел в состав углекислого газа, а весь водород – в состав воды. Определим количества этих веществ:
n (СО2) = m : M = 13,2 г : 44 г/моль = 0,3 моль
n (Н2О) = m : M = 5,4 г : 18 г/моль = 0,3 моль
По этим данным определяем количества вещества углерода и водорода в углекислом газе и воде – это будет соответствовать их содержанию в сгоревшем веществе:
n (С) = n (СО2) = 0,3 моль
n (Н) = 2 n (Н2О) = 0,6 моль
Чтобы узнать, был ли в составе исходного вещества кислород, сравним общую массу углерода и водорода с массой сгоревшего исходного вещества:
m (С) = M • n = 12 г/моль • 0,3 моль = 3,6 г
m (Н) = M • n = 1 г/моль • 0,6 моль = 0,6 г
m (С + Н ) = 3,6 г + 0,6 г = 4,2 г
Полученный результат соответствует массе сгоревшего вещества в условии задачи; следовательно, в его составе кислорода не было. Мольное отношение С и Н соответствует числовым значениям атомов этих элементов в молекуле: С : Н = 0,3 : 0,6 = 1 : 2 → простейшая формула вещества СН2 , ее молярная масса = 12 + 2 = 14 г/моль. Делим молярную массу исходного вещества на молярную массу простейшей формулы: 84 : 14 = 6. Следовательно, формула нашего вещества С6Н12 ; это либо гексен, либо циклогексан – они изомерны друг другу.
Задача 73. При полном сгорании 1,5 г органического вещества получено 1,12 л СО2 и 0,9 г Н2О. Плотность паров вещества по водороду равна 45. Выведите молекулярную формулу вещества.
Решение.
Вначале действуем обычным способом:
М (Х) = 45 • 2 г/моль = 90 г/моль.
n (СО2) = V : Vm = 1,12 л : 22,4 л/моль = 0,05 моль = n (С)
m (С) = M • n = 12 г/моль • 0,05 моль = 0,6 г
n (Н2О) = m : M = 0,9 г : 18 г/моль = 0,05 моль
n (Н) = 2 n (Н2О) = 0,1 моль, m (Н) = M • n = 0,1 г
m (С + Н) = 0,6 г + 0,1 г = 0,7 г
Сравнивая полученное число с массой сгоревшего вещества, мы видим значительное расхождение. Следовательно, в молекуле исходного вещества были атомы третьего элемента – кислорода:
m (О) = 1,5 г – 0,7 г = 0,8 г
n (О) = m : M = 0,8 г : 16 г/моль = 0,05 моль
Далее – как обычно:
С : Н : О = 0,05 : 0,1 : 0,05 = 1 : 2 : 1 → СН2О, простейшая формула.
М (СН2О) = 12 + 2 + 16 = 30 г/моль
90 г/моль : 30 г/моль = 3
Формула исходного вещества – С3Н6О3, это молочная кислота.
Рассмотрим еще несколько задач на нахождение молекулярной формулы вещества. Каждая из них имеет свои особенности решения.
Задача 74. При сжигании 2,24 л газообразного вещества образовалось 4,48 л СО2 (н.у.) и 1,8 г воды, а плотность вещества 1,1607 г/л. Выведите молекулярную формулу вещества.
Решение.
М (Х) = ρ • Vm = 1,1607 г/л • 22,4 л/моль = 26 г/моль
n (СО2) = V : Vm = 4,48 л : 22,4 л/моль = 0,2 моль = n (С)
m (C) = 12 г/моль • 0,2 моль = 2,4 г
n (Н2О) = m : M = 1,8 г : 18 г/моль = 0,1 моль
n (Н) = 2 n (Н2О) = 0,2 моль, m (Н) = M • n = 0,2 г
m (С + Н) = 2,4 г + 0,2 г = 2,6 г
В условии задачи нет массы сгоревшего вещества, однако ее можно вычислить по формуле m = ρ • V = 2,24 л • 1,1607 г/л = 2,6 г
Следовательно, в сгоревшем веществе кислорода не было.
С : Н = 0,2 : 0,2 = 1 : 1 → СН – простейшая формула вещества,
М (СН ) = 13 г/моль;
26 : 13 = 2 → С2Н2 — это ацетилен
Еще больше задач самых разных типов — в книге «Учимся решать задачи по химии», ее можно заказать у автора.
Была ли вам полезна эта статья? Поделитесь, пожалуйста: