Как правильно вывести формулу вещества

Вывод формулы кристаллогидрата карбоната натрия

Задача 374.
Кристаллогидрат карбоната натрия неизвестного состава Na₂CO₃ ^. nH₂O массой 14,3 грамма растворили в 150 мл 25% Na₂CO₃ (плотность 1,28 г/мл). Массовая доля образовавшегося раствора 26,97%. Определить состав кристаллогидрата.
Решение:
M(Na₂CO₃) = 105,9888 106 г/моль;
М(Н₂О) = 18 г/моль;
m(Na₂CO₃ ^. nH₂O) = 14,3 г;
V_(p-pa) = 150 мл;
w%(Na₂CO₃) = 25%;|
p_(p-pa) = 1,28 г/мл;
w%(Na₂CO₃ ^. nH₂O) = 26,97%; 
Na₂CO₃ ^. nH₂O = ?

Определим массу раствора, получим:

m_(p-pа) = ρV = 150 ^. 1,28 = 192 г.

Определим массу растворенного вещества, получим:

m₁(Na₂CO₃) = w%(Na₂CO₃) ^. m(p-pа)  = 0,25 ^. 192 = 48 г.

Определим массу карбоната натрия после добавки, получим:

m₂(Na₂CO₃) = [m(Na₂CO₃ ^. nH₂O) + m_(p-pа)] ^. w%(Na₂CO₃ ^. nH₂O) =
= (14,3 + 192) ^. 0,2697 = 55,64 г.

Определим массу Na₂CO₃ в навеске Na₂CO₃ ^. nH₂O, получим: 

55,64 — 48 = 7,64 г.

Определим массу Н₂О в навеске Na₂CO₃ ^. nH₂O, получим:

14,3 — 7,64 = 6,66 г.

Обозначим количество молекул Na₂CO₃ в кристаллогидрате через «х», а количество молекул Н₂О – через «у», получим: (Na₂CO₃)х  . (Н₂О)у.

Определим соотношение х : у, получим:

Видео:Поиск формулы вещества по массовым долям элементовСкачать

х : у = m(Na₂CO₃)/M(Na₂CO₃) ^. m(H₂O)/M(H₂O) =
= (7,64/14,3) : (6,66/14,3) =
= 0,072 : 0,37 = 1 : 5.

Значит, формула кристаллогидрата имеет вид:

(Na₂CO₃)_х  ^.  (Н₂О)_у или (Na₂CO₃)₁ ^. (Н₂О)₅, значит Na₂CO₃ ^. 5Н₂О.

Ответ: Na₂CO₃ ^. 5H₂O.
 

Вывод формулы алкена

Задача 375.
При окислении алкена раствором перманганата калия образовался осадок массой 2,07 г. Какой алкен был окислен?
Решение:
При окислении любого алкена  раствором перманганата калия (реакция Вагнера) коэффициенты в уравнении всегда будут одни и те же:

3C_nH_2n + 2КMnО₄ + 4Н₂О → 3C_nH_2n(ОН)₂ + 2MnО₂ + 2КОН

I способ решения.

Пусть  ν(C_nH_2n) = х (моль); тогда по уравнению реакции

ν(MnО₂) : ν(C_nH_2n) = 2 : 3;
ν(MnО₂) = 2/3 = 0,6667х моль.

Выразим массы алкена и оксида марганца (IV) по формуле:

m = Mν; 
m(C_nH_2n) = 14nх (г);
m(MnО₂) = 87 ^. 0,6667х = 58х (г);     

По условию задачи m(MnО₂) = 2,07 ^. m(C_nH_2n) = 2,07 ^. 14nх

Решаем уравнение:

58х = 2,07х + 14nх;
х = 2;
C₂Н₄-этилен.

II способ решения.

Для тех, кому трудно решать через (х), можно массу оксида марганца (IV) взять за какое-нибудь число, например, за 100 г.

ν(MnО₂) = m/M = 100 г/87 г/моль = 1,15 моль.

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

Составляем количественное соотношение между алкеном и оксидом марганца (IV):

ν(MnО₂)/ν(C_nH_2n) = 2/3; 
ν(C_nH_2n) = ν(MnО₂) ^. 3/2 = 1,724 моль.

Выразим массу алкена по формуле:

m = M ^. ν; 
m(C_nH_2n) = 1,724 ^. 14n = 24n (г).

По условию задачи: 

m(MnО₂) = 2,07 ^. m(C_nH_2n).

Решаем уравнение:

100 = 2,07 _* 24n;  
n = 2.
C₂Н₄-этилен.

Ответ: C₂Н₄-этилен.
 

Вывод формулы алкина

Задача 376.
При сжигании порции углеводорода массой 1,3 г образовалось 2,24 л оксида углерода (IV) при н.у. и 0,9 г воды. Масса 5 л этого газа составляет 5,8 г. Как называется углеводород?
Решение:
Рассчитаем молярную массу углеводорода, получим:

М(С_хН_у) = [m(С_хН_у) ^. Vm]/V(С_хН_у) =
= (5,8 ^. 22,4)/5 = 25,98 ≈ 26 /моль.

Определим массы углерода и водорода, входящие в состав порции углеводорода:

n(СО₂) = n(С) = V(СО₂)/Vm = 2,24/22,4 = 0,1 моль; 
m(С) = 0,1 моль ^. 12 = 1,2 г;
w%(С) = 1,2/1,3 = 0,923 = 92,3%;
n(Н₂О) = m(Н₂О)/M(Н₂О) = 0,9/18 = 0,05 моль; 
n(Н) = 2n(Н₂О) = (2 ^. 0,05) = 0,1 моль;
m(Н) = n(Н) ^. M(Н) = 0,1 моль ^. 1 г/моль = 0,1 г;
w%(Н) = 0,1/1,3 = 0,077 = 7,7%.

Запишем общую формулу органического вещества, обозначив за «х» атом углерода, за «y» атом водорода, получим:

С_xН_y.

Атомные массы элементов углерода, водорода и кислорода равны соответственно 12 г/моль, 1 г/моль г/моль. Поэтому массы углерода и водорода в составе вещества относятся как 12х : 1y. С учетом массовых долей этих элементов это отношение будет иметь вид: 93,3% : 7,7%. Следовательно:

12х : 1y = 93,3% : 7,7%.

Видео:Как строить структурные формулы быстро, как ФЛЭШ — Мое полное РуководствоСкачать

Откуда

х : y = (92,3/12) : (7,7/1) = 7,7 : 7,7 = 1 : 1.

Это дает возможность записать простейшую формулу вещества:

С_xН_y = С₁Н₁ или СН.

Вещества с формулой СН не существует. В истинной формуле сгоревшего углеводорода индексы будут в некоторое число раз больше, чем в простейшей. 

Определим значение молярной массы для простейшей формулы СН, получим: 

М(СН) = (1 ^. 12) + (1 ^. 1) = 13 г/моль.

Истинная молярная масса сгоревшего вещества больше молярной массы простейшей формулы, следовательно, индексы в простейшей формуле необходимо увеличивать.

Рассчитаем индекс, т.е. во сколько раз молярная масса вещества больше молярной массы простейшей формулы:

М(С_хН_у)/М(СН) = 26/13 = 2.

Умножаем индексы в простейшей формуле на «2» и получаем истинную формулу:

С₂Н₂, М(С₂Н₂) = 26 г/моль.

С₂Н₂ соответствует общей формуле алкина С_nH_{(2n -2)}, где n = 2. Эта формула соответствует ацетилену.
 

Вывод формулы гидроксиэтановой кислоты
 

Задача 377.
При сжигании 29,1 г органического вещества получено 33,6 г углекислого газа и 13,5 г воды. Известно, что в этом соединении функциональные группы расположены на максимальном расстоянии друг от друга. Установите молекулярную формулу исходного органического соединения и напишите уравнение его реакции с водным раствором гидроксида натрия.
Решение:
Уравнение горения органического вещества:

Орг. в-во + О₂ → СО₂ + Н₂О

В состав сгораемого вещества обязательно входят углерод и водород, но возможно наличие кислорода. Поэтому, необходимо сделать проверку на кислород:

Определим количество углерода и водорода, входящее в состав СО₂ и Н₂О соответственно:

Видео:Как вывести химическую формулу вещества? | Скорая помощь по Химии | Урок 4Скачать

n(СО₂) = n(С) = V(СО₂)/Vm = 33,6/22,4 = 1,5 моль; 
m(С) = 1,5 моль ^. 12 = 18 г.
w%(С) = 18/29,1 = 0,618 = 62%.
n(Н₂О) = m(Н₂О)/M(Н₂О) = 13,5/18 = 0,75 моль; 
n(Н) = 2n(Н2О) = (2 ^. 0,75) = 1,5 моль; 
m(Н) = n(Н) ^. M(Н) = 1,5 моль * 1 г/моль = 1,5 г;
w%(Н) = 1,5/29,1 = 0,051 = 5%.

Теперь рассчитаем общую массу С и Н, содержащееся в образце, поолучим:

m(C) + m(H) = 18 г + 1,5 г = 19,5 г

Так как сгорело 29,1 г вещества, следовательно, масса кислорода будет составлять:

m(О) = 29,1 г — 19,5 г = 9,6 г;
W%(О)= 9,6/29,1  = 0,329 =  33%.

Запишем общую формулу органического вещества, обозначив за «х» атом углерода, за «y» атом водорода, а за «z» — атом кислорода получим:

С_xН_yO_z.

Атомные массы элементов углерода, водорода и кислорода равны соответственно 12 г/моль, 1 г/моль и 16 г/моль. Поэтому массы углерода, водорода и кислорода в составе вещества относятся как 12х : 1y : 16z. С учетом массовых долей этих элементов это отношение будет иметь вид: 62% : 5% : 33%. Следовательно:

12х : 1y : 16z = 62% : 5% : 33%.

Откуда

х : y :z  = (62/12) : (5/1) : (33/16) =
= 5,16 : 5 : 2,06 = 5 : 5 : 2.

Это дает возможность записать простейшую формулу вещества: С_xН_yO_z = С₅Н₅О₂.

Тогда

С_хН_yО_z = х : y : z = ν(C) : ν(Н) : ν(О) =
= 1,5 : 1,5 : 0,6

Находим среди этих цифр самое маленькое и все делим на него, получим: 

х:y:z = (1,5/0,6) : (1,5/0,6) : (0,6/0,6) = 2,5 : 2,5 : 1.

Умножив полученные числа на 2, приведем их к целым числам, получим:

Видео:Химическая формула вещества. Видеоурок по химии 8 классСкачать

(2,5 ^. 2) : (2,5 ^. 2) : (1 ^. 2) = 5 : 5 : 2.

Получается простейшая формула — С5Н5О2, которая соответствует структурной формуле:

НО-СН₂-СООН. 

Это гидроксиэтановая (гликоновая, оксиуксусная) кислота.

Уравнение ее реакции с водным раствором гидроксида натрия:

НОН₂С-СООН + NaOH = HO-CH₂-COONa + H₂O

Получается гликолят натрия.
 

Вывод формулы газообразного соединения по массовым долям элементов
 

Задача 378.
Выведите формулу газообразнoго соединения, массовая доля азота в котором 30,43%, а кислорода-69,57%. Относительная плотность его по хлору равна 0,65.|
Решение:
Запишем общую формулу соединения азота и кислорода, обозначив за «х» атом азота, а за «y» — атом киислорода, получим:

N_xO_y.

Атомные массы элементов азота и кислорода равны соответственно 14 г/моль и 16 г/моль. Поэтому массы азота и кислорода в составе вещества относятся как 14х : 16у. С учетом массовых долей этих элементов это отношение будет иметь вид: 30,43% : 69,57%. Следовательно:

14х : 16у = 30,43% : 69,57%.

Откуда

х : y  = (30,43/14) ^. (69,57/16) = 2,176 : 6,54.

Еще раз для выражения отношения целыми числами, разделим все два его члена на наименьший из них, т.е. на 2,176, получим:

х : y = (2,176/2,176) ^. (4,348/2,176) = 1 : 1,998 ≈ 1 :2.

Получили набор наименьших целых чисел. Это дает возможность записать простейшую формулу вещества: NxOy = N1O2 или NO2.

Рассчитаем молярные массы для простейшей формулы и исследуемого вещества, получим:

Видео:19. Выведение формулы вещества по массовым долям элементовСкачать

M(N₁O₂) = (1 ^. 14) + (2 ^. 16) = 46 г/моль;
M(N_xO_y) = D(Cl₂) ^. М(Cl₂) = 0,65 ^. 71 ≈ 46 г/моль.

Истинная молярная масса газообразнoго соединения и молярная масса простейшей формулы совпадают, следовательно формула газообразнoго соединения имеет вид: NO_2. 

NO₂ соответствует формуле оксида азота (ΙV).

Ответ: NO₂.