- Простейшая формула определяется соотношением химических элементов в веществе. Простейшая формула ацетилена CH. Истинная формула ацетилена С2Н2. Она отражает состав. Истинная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле. Этому количеству отвечает [нижний] индекс — маленькая цифра после символа соответствующего элемента. Если индекс равен 1, то есть в молекуле присутствует только один атом данного элемента, то такой индекс не указывают. Структурная формула. В графическом виде показывает взаимное расположение атомов в молекуле. Например, для этанола:
- Простейшая формула: С2Н6О Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: С2Н6О Структурная формула: СН3-СН2ОН
Н Н
│ │
Н—С—С—О—Н
│ │
Н Н
- Структурная формула (3D):
Нахождение молекулярной формулы вещества
Задачи на определение формул веществ можно разделить на 4 группы:
Определение формулы по известному элементному составу
Найти формулу вещества, содержащего 85,71% углерода и 14, 29% водорода, если относительная плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,448.
Дано:
ɷ(С) = 0,8571
ɷ(Н) = 0,1429
D1/воздух = 1,448
СхНу - ?
Решение:
1) Т. к. сумма массовых долей углерода и водорода (85,71 + 14,29) равна 100%, то вещество состоит только из углерода и водорода, то есть его формула СхНу.
2) Количество вещества связано с массой вещества и молярной массой уравнением n = mв-ва/Mв-ва.
Т. к. в условии задачи приведены массовые доли элементов, то непосредственно нахождение количества вещества невозможно, и необходимо осуществить переход от процентов к массовым характеристикам. Такой переход осуществляют введением и дополнительного условия:
Пусть масса образца равна 100 г., тогда используя формулу
mв-ва= ɷmсмеси,
можно найти массы элементов, которые содержатся в 100 г. Вещества, и количества веществ:
а) m(С) = 0,8571 Ч 100 = 85,71 г.,
n(С) = 85,71/ 12 = 7,1425 моль
б) m(Н) = 0,1429 Ч 100 = 14,29 г.,
n(Н) = 14,29/ 1 = 14,29 моль.
3) Находим простейшее отношение индексов:
х : у = n(С) : n(Н) = 7,1425 : 14,29 = (7,1425/7,1425) ≈ 1 : 2,00 = 1 : 2.
Простейшая формула вещества: СН2,
Мпрост. = 12 + 2 Ч 1 = 14 г/моль.
4) Используя дополнительно сформулированное условие об относительной плотности, находим истинную молярную массу:
D1/2 = М1 / M2
Mист. = 1,448 Ч 29 = 41,992 ≈ 42 г/моль.
5)Вычисляем коэффициент кратности и составляем истинную формулу вещества:
k = Mист./Мпрост. = 42/14 = 3, следовательно, истинная формула
(СН2) Ч 3 = С3Н6.
Определение формулу вещества по продуктам сгорания
При сгорании 24,6 г. вещества образовалось 26,88 л углекислого газа (при н. у.), 9 г воды и 2,24 л азота (при н. у.). 1 литр паров этого вещества (при н. у.) имеет массу 5,49 г. Найти формулу вещества.
Дано:
V(CO2) = 26,88 л
V(N2) = 2,24 л
m(H2O) = 9 г
m = 5,491 г
V = 1 л
СхHyNz(OW-?) - ?
Решение:
Так как в составе продуктов сгорания содержатся:
Углекислый газ, то вещество обязательно имело в своем составе углерод (С); вода, то вещество обязательно имело в своем составе водород (Н); азот, то вещество обязательно имело в своем составе азот (N).
Возможно, что в состав вещества входит кислород, т. к. атомы кислорода могли попасть в молекулы углекислого газа или воды как из простого вещества кислорода при сжатии, так и из сложного органического вещества следует выразить формулой СхHyNz(OW-?), в которой обозначение (OW-?) предполагает необходимость проверки наличия кислорода в составе этого вещества.
Количество элементов, входящих в состав образца, находим расчетом по схемам превращений:
а) n(СО2) = Vг/VМ = 26,88/22,4 = 1,2 моль,
n(С) = n(СО2) = 1,2 моль,
б)n(N2) = Vг/VМ = 2,24/22,4 = 0,1моль,
n(N) =2 n(N2) = 0,2моль,
в) n(H2O) = mв-ва/Мв-ва = 9/18 = 0,5моль,
n(H) = 2n(H2O) = 1 моль;
г) Проверяем, содержится ли в веществе кислород.
m(C) = 1,2Ч12= 14,4 г.,
m(Н) =1г.,
m(N)) = 0,2 Ч14 = 2,8
m(образца) = m(C) + m(H) +m(N) +m(O)
m(O) = 24,6 – (14,4 + 1,0 + 2,8) = 6,4 г,
n(O) = 6,4/16 = 0,4 моль.
- Простейшая формула - простейшее отношение индексов:
х : у :z : w = 1,2 : 1 : 0,2 : 0,4 = (1,2/0,2) : (1/0,2) : (0,2/0,2) : (1,4/0,2) =
6 : 5 : 1 : 2.
Простейшая формула вещества: С6Н5NO2,
Мпрост.(С6Н5NO2) = 123 г/моль.
- Истинная молярная масса:
Мист. = 5,491 Ч 22,4/1 = 123 г/моль.
- k = Mист./Мпрост., k = 123/123 = 1,
истинная формула С6Н5NO2.
Определение формулы вещества по известной общей формуле и массовой доле одного из элементов
Установите молекулярную формулу предельного трехатомного спирта, массовая доля водорода в котором равно 10%.
Дано:
ɷ(Н) = 14,29% = 0,1429
СхНуОz - ?
СnН2n-1(ОН)3 - ?
Решение:
Общая формула СnН2n-1(ОН)3 или суммарная СnН2n+1О3.
Наиболее общее выражение для вычисления массовой доли
ɷ = mчасти/mвсего образца
ɷ(Н) = (2n + 2)/(12n + 2n +2 +16 Ч 3)
0,1429 = (2n + 2)/(14n + 50)
n = 5; формула С5Н9(ОН)3.
Определения формулы вещества по его реакционной способности
При нагревании 120 г предельного одноатомного спирта в присутствии концентрированной серной кислоты было получено 84 г алкена. Установите формулу исходного спирта.
Дано:
m(СnH2n+1ОН) = 120 г
m(СnH2n) = 84 г
СnH2n+1ОН - ?
n - ?
Решение:
1) Уравнение реакции:
СnH2n+1ОН = СnH2n+ Н2О
2) Вычисляем молярные массы спирта и алкена и количества прореагировавших веществ:
а) М(СnH2n+1ОН) = 12n + 1 Ч (2n +1) + 16 + 1 = (14n + 18) г/моль,
n(СnH2n+1ОН) = 120/(14n + 18) моль;
б) М(СnH2n) = 12n + 2n = 14nг/моль,
n(СnH2n) = 84/14n моль.
3) По уравнению реакции составляем пропорцию и находим значение «n»:
[120/(14n + 18)] : 1 = [84/14n] : 1
120/(14n + 18) = 84/14n
n = 3, формула спирта С3Н7ОН.
