Задачи

I.  Определение простейшей химической формулы вещества по известным массовым долям элемента.

Ar – относительная атомная масса элемента (А) и (В).

Mr (Ax By) – относительная молекулярная масса вещества Ax By

ω – массовая доля элемента (компонента) в системе.

Расчетные формулы для определения индексов в химической формуле вещества, например для вещества Ax By:

Отношение x : y равно:

Формула для вычисления Mr(в-ва): Mr(в-ва) = D(газа) · Mr(газа)

Расчетные формулы для определения массы химического элемента m(Э) в пропорции вещества:

m (Э) = m (в-ва) · ω(Э);

где m (в-ва) – масса вещества;

ω(Э) – массовая доля элемента в веществе.

Выше записанные формулы являются основными при решении задач на определение химической формулы вещества.

Задача 1.

При взаимодействии первичного одноатомного спирта, содержащего 60% углерода и 13,3% водорода, с органической кислотой образовалось вещество, плотность паров которого по водороду равна 58. Определите молекулярную формулу каждого из веществ, участвующих в реакции и дайте им названия.

Решение:

1.  Вычисляем массовую долю кислорода в спирте:

ω(О) = 100% - (60%+13,3%)=26,7%

Определяем соотношение атомов в формуле спирта:

Формула спирта CxHyOz

2.  Определяем формулу спирта: C3H7OH – пропанол 1

3.  Находим молярную массу эфира M = 58 · 2 = 116 г/моль

4.  Определяем формулу и даем название кислоты.

Т. к. общая формула сложного эфира R – COOC3H7, то M(R) = 116 – (COOC3H7) = 116 – 87=29 г/моль; значит R – C2H5, что соответствует пропановой кислоте – C2H5COOH.

5.  Определяем формулу и название сложного эфира C2H5COOС3H7 – пропилпропионат (или пропиловый эфир пропановой кислоты)

Задачи № 2 – 7 решаются, как и задача № 1.

Задача 2.

При взаимодействии одноатомного спирта, содержащего 52,17% углерода и 13,04% водорода, с органической кислотой, образуется вещество, плотность паров которого по водороду равна 51. Определите молекулярную формулу каждого вещества, участвующего в реакции, и дайте им название.

Задача3.

При взаимодействии одноатомного спирта, содержащего 37,5% углерода, 12,5% водорода, с органической кислотой образуется вещество, плотность паров которого по водороду равна 37. Определите молекулярную формулу каждого вещества, участвующего в реакции, и дайте им название.

Задача 4.

При взаимодействии одноатомного спирта, содержащего 34,79% (О), 13,04% (Н), с органической кислотой, имеющей неразветвленное строение, образовалось вещество, плотность паров которого по водороду равна 58. Определите молекулярную формулу каждого из веществ, участвующих в реакции, дайте им название.

Задача 5.

При взаимодействии одноатомного спирта, содержащего 37,5% углерода, 50% кислорода, с органической кислотой образуется вещество, плотность паров которого по аргону равна 2,15. Определите молекулярную формулу каждого из веществ, участвующих в реакции и дайте им название.

Задача 6.

Путресцин содержит 54,5% (С), 13,6% (Н), остальное приходится на азот. Плотность его паров по водороду равна 44. Установите молекулярную формулу путресцина. Приведите его структурную формулу, учитывая что молекула имеет неразветвленный углеродистый скелет, а атомы азота максимально удалены друг от друга. Приведите название путресцина по систематической номенклатуре.

Ответ: H2N – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – NH2 – 1,4 – диаминобутан

Задача 7.

Одно из важнейших химических соединений реагентов, относящихся к классу диаминов, содержит 40% (С) , 46,7% (N), остальное – водород. Установите молекулярную формулу этого органического соединения, приведите его структурную формулу и химическое название.

Ответ: H2N – CH2 – CH2 – NH2 – 1,2 – диаминоэтан (тривиальное название – этилендиамин)

Задача 8.

Установите формулу неорганического соединения, содержащего 20% магния, 53,3% кислорода и 26,67% некоторого элемента. Укажите название этого соединения и класс, к которому оно относится.

Решение: MgxЭyOz

1. 

Находим соотношение Mg и O:

2.  Общая формула вещества MgЭyO4

3. 

Рассчитываем молярную массу соединения, взяв за основу массовую долю магния или кислорода.

M(MgЭyO4) = 120 г/моль

4.  Определяем атомную массу неизвестного элемента: 1+Э+64)=32 г/моль или 0,2667 = Ar(Э)/120; Ar(Э) = 32 г/моль => элемент (Э) – сера (S)

5.  Формула соединения: MgSO4 – сульфат магния, соль.

Задачи 9 и 10 решаются как задача 8.

Задача 9.

Установите формулу неорганического соединения, содержащего 36,51% натрия, 38,09% кислорода и 25,40% некоторого элемента. Укажите название этого соединения и класс к которому оно относится.

Ответ: Na2SO3 – сульфит натрия, соль.

Задача 10.

Установите формулу неорганического соединения, содержащего 25,4% серы, 38,1% кислорода и 36,5% некоторого элемента. Укажите название этого соединения и класс, к которому оно относится.

Ответ: Na2SO3 – сульфит натрия, соль.

II.  Определение молекулярной формулы вещества по продуктам сгорания.

В задачах данного вида элементы, составляющие вещество, переходят в продукт сгорания. Качественный и количественный состав сгоревшего вещества определяется по продуктам сгорания.

Задача 1.

При сгорании газообразного органического вещества выделилось 6,72 л (н. у.) углекислого газа, 5.4 г воды, 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего вещества, рассчитайте его массу и приведите одно из возможных его названий.

Решение:

1. 

Находим количества моль атомов углерода, водорода и хлора в сгоревшем соединении

2.  Определяем простейшую формулу: C3H7Cl

3.  Простейшая формула является истинной, т. к. при удвоении или утроении формулы получатся формулы, содержащие (H) и (Cl) больше, чем это отвечает предельным структурам.

4.  Название вещества: 2-хлорпропан или 1-хлорпропан

5.  Масса вещества сгоревшего m(C3H7Cl) = 0,3 ∙12 + 0,7∙1+ 0,1∙ 35,5 = 7,85 г

Задачи 2 и 3 решаются как задача 1.

Задача 2.

При полном сгорании органического вещества выделилось 8,96 л (н. у.) углекислого газа, 3,6 г воды, 14,6 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу и возможное название сгоревшего вещества, рассчитайте его массу.

Задача 3.

При сгорании бескислородного органического вещества выделилось 6,72 л углекислого газа, 3,6 г воды и 7,3 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения, приведите одну из его возможных структурных формул, рассчитайте его массу.

Задача 4.

При полном сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислород, выделилось 4,48 л (н. у.) углекислого газа, 1,8 л воды и 4 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения, рассчитайте его объем и массу.

Решение:

1.  Найдем количество моль атомов (С), (F) и (Н) в сгоревшем веществе, а также массы (С), (F) и (Н):

n(C) = n(CO2) = 4,48 : 22,4 = 0,2 моль; m(C) = 0,2∙12 = 2,4 г;

n(F) = n(HF) = 4 : 20 = 0,2 моль; m(F) = 0,2 ∙ 19 = 3,8 г;

n(H) = 2n(H2O) + n(HF) = 2 ∙ (1,8:18) +0,2 =0,4 моль; m(H) = 0,4 г;

2.  Определим простейшую формулу: CH2F

3.  Определим истинную формулу: C2H4F2

4.  Рассчитаем массу сгоревшего вещества: m =2,4 + 3,8 +0,4 = 6,6 г

5. 

Рассчитаем объем сгоревшего вещества:

Объем сгоревшего вещества в 2 раза меньше, чем объем CO2

V(в-ва) = 0,1 ∙ 22,4 = 2,24 л

Задачи 5 – 7 решаются как задача 4.

Задача 5.

При сгорании бескислородного органического вещества выделилось 4,48 л (н. у.) CO2, 3,6 г H2O и 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения, рассчитайте его объем и массу.

Задача 6.

При сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислорода, выделилось 13,2 г углекислого газа, 5,4 г воды и 2 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу сгоревшего соединения, рассчитайте его объем и массу.

Задача 7.

На хлорирование алкилбензола было израсходовано 2,24 л хлора и образовалось 14,05 г монохлорпроизводного. Определите формулу и название алкилбензола.

III.  Определение молекулярной формулы вещества по уравнению химической реакции, используя закон сохранения массы вещества.

Задача 1.

Некоторый сложный эфир массой 30 г подвергнут щелочному гидролизу. При этом получено 34 г натриевой соли предельной одноосновной кислоты и 16г спирта. Установите возможную химическую формулу этого эфира и назовите его.

Решение:

1. 

Составим уравнение гидролиза эфира в общем виде:

2.  Найдем массу и количество вещества гидроксида натрия:

m(NaOH) = (16 + 34) – 30 = 20 г или n(NaOH) = 20 : 40 = 0,5 моль

3.  По уравнению реакции определяем количество вещества эфира:

n(R – COOR1) = n(NaOH) = 0,5 моль

Вычислим молярную массу эфира:

4.  Вычисли молярные массы радикалов:

M(R + R1) = 60 – (COO) = 60 – 44 =16 г/моль, следовательно, ими могут быть H и CH3 – метил.

5.  Установим формулу эфира и название: HCOOCH3 – метилформиат.

Задачи 2 и 3 решаются как задача 1.

Задача 2.

Некоторый сложный эфир подвергнут щелочному гидролизу. При этом получено 9,8 г калиевой соли предельной одноосновной кислоты и 3,2 г спирта. Установите возможную химическую формулу этого эфира, назовите его.

Задача 3.

При щелочном гидролизе 6 г некоторого сложного эфира получено 6,8 г натриевой соли предельной одноосновной кислоты и 3,2 г спирта. Установите возможную химическую формулу этого соединения и назовите его.