Определение формулы вещества в тестах ЕГЭ | Задача 54

Определение молекулярной формулы углеводорода по относительной плотности паров по метану

 

В условиях некоторых задач фигурируют данные, позволяющие определить только молекулярную массу органического вещества. По ним требуется узнать формулу. Чаще всего такие задачи составляются в отношении углеводородов, причем без указания на гомологический ряд, к которому он относится. В этом случае существует иная стратегия решения. Рассмотрим ее на примере.
Задача 54
Определите молекулярную формулу углеводорода, у которого относительная плотность паров по метану составляет 6,875.
Дано: относительная плотность паров углеводорода по метану D(СН4) = 6,875.
Найти: молекулярную формулу углеводорода.
Решение:
В данном случае использовать обычный пошаговый алгоритм не возможно. Но есть иной путь решения, предполагающий составление математического уравнения с несколькими переменными.

Непосредственно из условия задачи установить зависимость между индексами у углерода и водорода не представляется возможным. Поэтому, обозначим формулу искомого углеводорода как СхНу. По относительной плотности паров определяем истинную молярную массу СхНу.

С другой стороны, значение молярной массы нашего вещества можно выразить с помощью молярных масс компонентов:

 М(СхНY) = (12 . x) + (1 . y)

Приравниваем полученное выражение к значению истинной молярной массы, определенной по относительной плотности паров:

 (12. x) + (1 . y) = 110

Получили одно уравнение с двумя неизвестными. Других данных, позволяющих составить еще одно уравнение, в условии не содержится.

Полученное нами математическое уравнение имеет бесконечное количество решений. Наша задача — выбрать из них то единственное значение, которое согласуется с физическим смыслом. Посмотрим, какие ограничения на значения «х» и «у» накладывает условие задачи.

1. Значения «х» и «у» в этом уравнении являются индексами в реальной формуле искомого углеводорода, следовательно, они должны быть положительными и целыми числами.

2. В состав молекул углеводорода входит только углерод и водород. Атомы этих элементов значительно различаются по массе. Поэтому вклад атомов углерода в молярную массу всего углеводорода значительно больше, чем вклад атомов водорода1.

Этот факт позволяет по значению молярной массы углеводорода примерно оценить количество атомов углерода в молекуле. Для этого мы пренебрегаем массовым вкладом водорода и упрощаем математическое уравнение. Таким образом, мы избавляемся от члена, отвечающего за вклад водорода в молярную массу (1 . у), и получаем одно уравнение с одним неизвестным2:

12 . х = 110

Решая его, получаем х = 9,17. Полученное значение не является индексом в формуле углеводорода, но позволяет ограничить количество вариантов при переборе. Оно показывает, что истинный индекс у углерода в искомой формуле близок к 9 и не может быть больше, чем 9. Следовательно, при подборе значений «х» и «у» (в уравнении 12 . х + 1 . у = 110), удовлетворяющих физическому смыслу, разумно начинать перебор значений, начиная с х = 9 с последовательным уменьшением. Приступим к перебору:

Задаваемое
Значение«х»
(индекс
углерода)

УравнениеВычисление 
значения «y»
(индекс у
водорода)
Выводы
х = 9(12 9)+
+ (1 . у)
Y = 2Недостаточное количество атомов
водорода по сравнению с количеством
атомов углерода. Не соответствует ни
одному классу углеводородов. Предло-
жить структурную формулу вещества
ч = 8(12 8) +
+ (1 . у)
Y = 14Углеводород с формулой С8Н14 реально
существует. Он соответствует общей формуле
СnН2n + 2, которая описывает алкины,
алкадиены и циклоалкены.

Дальнейший перебор приводит к избыточному количеству атомов водорода по сравнению с количеством атомов углерода.

Ответ:  С8Н14.
———————

Сокращение количества вариантов перебора путем примерного определения количества атомов углерода в молекуле  возможно не только для углеводородов. Эта стратегия применима и для других органических веществ, когда возможно упрощение математического уравнения до одного неизвестного. Так, например, задача на определение формулы одноосновной карбоновой кислоты сводится, в конечном итоге, к определению индексов углерода и водорода. Количества атомов кислорода и его вклад в молярную массу известен и определяется одноосновностыо кислоты. Общая формула такой кислоты будет СхНуО2, а математическое уравнение:

(12 .  х) + (1 . у) + (16  .  2) = М(СхНуО2).

При известной молярной массе кислоты мы получим одно уравнение с двумя неизвестными, одним из которых (1 . у) можно пренебречь для примерного определения числа атомов углерода в молекуле:


 Комментарии:
1 Даже у алканов, у которых вклад атомов водорода в общую молярную массу будет наибольшим среди всех углеводородов, массовая доля водорода не превышает 25% (у метана). У остальных членов этого гомологического ряда вклад водорода еще меньше и с увеличением молярной массы стремиться к 14,29%. У углеводородов других гомологических рядов он еще меньше чем 14,29% .
2 Применительно к любому углеводороду это упрощенное уравнение будет иметь вид: (12 . х) = М(СхНу).


 

📹 Видео

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПО ПРОДУКТАМ СГОРАНИЯ. ХИМИЯ ЕГЭСкачать

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПО ПРОДУКТАМ СГОРАНИЯ. ХИМИЯ ЕГЭ

Установление эмпирической и молек. формул по массовым долям элем., входящих в состав в-ва. 10 класс.Скачать

Установление эмпирической и молек. формул по массовым долям элем., входящих в состав в-ва. 10 класс.

Органика. Решение задачи на определение состава вещества по продуктам его сгорания.Скачать

Органика. Решение задачи на определение состава вещества по продуктам его сгорания.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА ПО ЕГО РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ. ХИМИЯ ЕГЭСкачать

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА ПО ЕГО РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ. ХИМИЯ ЕГЭ

10 класс(база).Решение задач на нахождение формулы по продуктам сгорания и массовой доли элемента.Скачать

10 класс(база).Решение задач на нахождение формулы по продуктам сгорания и массовой доли элемента.

Поиск формулы вещества по продуктам его сгоранияСкачать

Поиск формулы вещества по продуктам его сгорания

Решение задач на определение молекулярной формулы веществаСкачать

Решение задач на определение молекулярной формулы вещества

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языку

Решение задач на нахождение молекулярной формулы вещества по известной относительной плотности газаСкачать

Решение задач на нахождение молекулярной формулы вещества по известной относительной плотности газа

Решение задач на определение молекулярной формулы органического вещества -три типаСкачать

Решение задач на определение молекулярной формулы органического вещества -три типа

Поиск формулы вещества по массовым долям элементовСкачать

Поиск формулы вещества по массовым долям элементов

задача на определение молекулярной формулы органического вещества 1-5Скачать

задача на определение молекулярной формулы органического вещества 1-5

задача на определение молекулярной формулы органического веществаСкачать

задача на определение молекулярной формулы органического вещества

задача на определение молекулярной формулы органического вещества 1-5Скачать

задача на определение молекулярной формулы органического вещества 1-5

06. (В-У) Решение задач на определение состава органических веществСкачать

06.  (В-У)  Решение задач на определение состава органических веществ

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по Химии

Решение задач на вывод формул органических соединений | Химия 10 класс #8 | ИнфоурокСкачать

Решение задач на вывод формул органических соединений | Химия 10 класс #8 | Инфоурок

вывод формулы орг вещества по продуктам сгорания задача1Скачать

вывод формулы орг вещества по продуктам сгорания  задача1

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный ОбъемСкачать

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный Объем

Задачи по химии. Алканы. Вывод формулСкачать

Задачи по химии. Алканы. Вывод формул
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии