Нахождение молекулярной формулы по  плотности вещества и данным о продуктах его сгорания.

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 : V_m    = 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 • V_m  =   1,1607  г/л    •  22,4 л/моль  =  26 г/моль

n (СО₂) =   V : V_m   = 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: