Денисова В.Г. Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ» Занятие 3. Вывод формул органических веществ по продуктам их сгорания или окисления. Сегодня мы рассмотрим задачи, в которых СООТНОШЕНИЕ ЧИСЛА АТОМОВ В МОЛЕКУЛЕ ПРЕДСТАВЛЕНО через количества (массы, объемы) продуктов сгорания /окисления вещества Наиболее рациональным и распространенным способом решения этих задач является нахождение количеств элементов, входивших в состав вещества, если мы представим искомое соединение как АxВyСz, то индексы будут относиться друг к другу, как количества элементов А, В и С (в молях): х : y : z = υ(А) : υ(В) : υ(С) Эти же задачи можно решать по уравнениям реакций с использованием количеств продуктов сгорания. Рассмотрим пример 1: При сгорании 1,78 г органического вещества получено 0,224 л азота, 1,344 л углекислого газа и 1,26 г воды. Определите молекулярную формулу этого вещества, если его относительная плотность по воздуху 3,07. Способ I. 1) Найдем М (вещества) = 3,07 ∙ 29 = 89 г/моль 2) Найдем υ(С). υ(С) = υ(СО2) = 1,344/22,4 = 0,06 моль Найдем массу углерода m(C) = υ(С) ∙ М(С) = 0,06 ∙ 12 = 0,72 г 3) Найдем υ(Н). υ(Н) = 2υ(Н2О) = 2∙1,26/18 = 0,14 моль Найдем массу водорода m(Н) = υ(Н) ∙ М(Н) = 0,14 ∙ 1 = 0,14 г 4) Найдем υ(N). υ(N) = 2υ(N2) = 2∙0,224/22,4 = 0,02 моль Найдем массу азота m(N) = υ(N) ∙ М(N) = 0,02 ∙ 14 = 0,28 г 5) Проверим, был ли в исходном веществе кислород: m(O) = m(вещества) – m (C) – m (H) – m (N) = 1,78 – 0,72 – 0,14 – 0,28 = 0,64 г; найдем υ(О) = m/M = 0,64/16 = 0,04 моль 6) х : y : z : q = υ(C) : υ(H) : υ(O) : υ(N) = 0,06 : 0,14 : 0,04 : 0,02 = 3:7:2:1 С3Н7О2N 7) Проверим М(С3Н7О2N) = 89 /моль, значит, эта формула истинная. Способ II. 1) Найдем количества всех веществ: υ(вещества) = 1,78/89 = 0,02 моль ( М (вещества) = 3,07 ∙ 29 = 89 г/моль) υ(СО2) = 1,344/22,4 = 0,06 моль υ(Н2О) = 1,26/18 = 0,07 моль υ(N2) = 0,224/22,4 = 0,01 моль 2) Составим уравнение реакции в общем виде, расставим коэффициенты перед исходным веществом и продуктами реакции: 2СxНyОzNq + О2 = 2хСО2 + у Н2О + zN2 3) Подпишем количества веществ по условию задачи над формулами, количества по уравнению - под формулами: 0,02 0,06 0,07 0,01 2СxНyОzNq + О2 = 2хСО2 + у Н2О + qN2 2 2х у z Из пропорций: 0,02/2 = 0,06/2х; х = 3 0,02/2 = 0,07/у; у = 7 0,02/2 = 0,01/q; q = 1 Денисова В.Г. Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ» 4) Получилась формула С3Н7N, ее М = 57 г/моль. Остальное (89 – 57 = 32 г/моль) приходится на кислород, 32/16 = 2; z = 2. Искомая формула С3Н7О2N Задача 1. Решите задачу двумя способами: При сгорании 0,62 г органического вещества получено 0,448 л углекислого газа, 0,224 л азота и 0,9 г воды. Определите формулу вещества, если его относительная плотность по водороду 15,5 (4 балла). Задача 2. При сгорании 2,1 г вещества получено 2,24 г углекислого газа, 0,9 г воды и 0,56 л сернистого газа. Определите молекулярную формулу вещества, предложите его структурную формулу, если известно, что вещество имеет циклическое строение (решите задачу через количества элементов) (3 балла). Пример 2. При окислении 1,64 г органического вещества получено 1,12 л углекислого газа, 1,26 г воды, 1,06 г карбоната натрия. Определите молекулярную формулу вещества. Решение. В состав органического вещества входили углерод, водород и натрий, возможно – кислород. Здесь нужно учесть то, что углерод входит в состав углекислого газа и карбоната, количество углерода из этих веществ будет суммироваться. Итак, 1) Найдем υ1(С). υ(С) = υ(СО2) = 1,12/22,4 = 0,05 моль Найдем υ2(С). υ(С) = υ(СО2) = 1,06/106 = 0,01 моль υ(С) = 0,05 + 0,01 = 0,06 моль Найдем массу углерода m(C) = υ(С) ∙ М(С) = 0,06 ∙ 12 = 0,72 г 3) Найдем υ(Н). υ(Н) = 2υ(Н2О) = 2∙1,26/18 = 0,14 моль Найдем массу водорода m(Н) = υ(Н) ∙ М(Н) = 0,14 ∙ 1 = 0,14 г 4) Найдем υ(Nа). υ(Nа) = 2υ(Nа2СО3) = 2∙1,06/106 = 0,02 моль Найдем массу натрия m(Nа) = υ(Nа) ∙ М(Nа) = 0,02 ∙ 23 = 0,46 г 5) Проверим, был ли в исходном веществе кислород: m(O) = m(вещества) – m (C) – m (H) – m (Nа) = 1,64 – 0,72 – 0,14 – 0,46 = 0,32 г; найдем υ(О) = m/M = 0,32/16 = 0,02 моль 6) х : y : z : q = υ(C) : υ(H) : υ(O) : υ(Nа) = 0,06 : 0,14 : 0,02 : 0,02 = 3:7:1:1 С3Н7ОNа Задача 3. При окислении 3,84 г органического вещества получено 2,24 л углекислого газа, 1,8 г воды, 2,12 г карбоната натрия. Определите молекулярную формулу вещества, постройте одну соответствующую структурную формулу (3 балла). Задача 4. При сгорании 12,9 г органического вещества получено 8,96 л углекислого газа, 7,2 г воды и 4,48 л хлороводорода. Определите молекулярную формулу органического вещества (3 балла). Иногда рациональнее решать с использованием уравнения реакции. Пример 3. При сгорании 0,9 г первичного амина выделилось 0,224 л азота. Определите формулу амина. Решение. Запишем схему горения амина в общем виде, причем интересовать нас будут коэффициенты только перед азотом и амином: 2RNH2 + хO2 → yCO2 + zH2O + 1N2 Количество азота 0,224/22,4 = 0,01 моль, значит (по схеме реакции горения) количество амина в 2 раза больше – 0,02 моль. М(амина) = m/M = 0,9/0,02 = 45 г/моль. Вычтем из 45 молярную массу аминогруппы 16, молярная масса радикала 45 – 16 = 29 г/моль. Это этил. Ответ: этиламин Денисова В.Г. Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ» Пример 4. При сгорании некоторого объема газообразного углеводорода получено углекислого газа в 2 раза больше (по объему) и затрачено кислорода в 2,5 раза больше (по объему). Все объемы измерены при одинаковых условиях. Решение. Запишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде: СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О Пусть углеводорода 1V, кислорода – 2,5 V, углекислого газа – 2V Напишем эти объемы над формулами веществ, а количества по уравнению реакций – под формулами 1 2,5 2 СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О 1 ((2х+0,5у)/2) х Из пропорции найдем х: 1/1 = 2/х; х = 2 Подставим значение х во вторую пропорцию: 1/1 = 2,5/((2х+0,5у)/2); 1/1 = 2,5/ ((4+0,5у)/2); у = 2. Ответ: С2Н2 Задача 5. При сгорании некоторого объема газообразного углеводорода получено углекислого газа в 3 раза больше (по объему) и затрачено кислорода в 4 раза больше (по объему). Все объемы измерены при одинаковых условиях (3 балла). Иногда в олимпиадах встречаются такие задачи: Пример 5. Смешали 2 л углеводорода и 8 л кислорода (избыток). После сгорания углеводорода и конденсации паров воды объем газов составил 7 л, после пропускания через щелочь осталось 3 л газа. Определите формулу углеводорода (объемы газов измерены при одинаковых условиях) Решение. Запишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде: СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О А теперь порассуждаем: кислород был в избытке, израсходовался не полностью, щелочью не поглотился, следовательно, оставшиеся 3 л газа – непрореагировавший кислород, вступило кислорода в реакцию 8 – 3 = 5 л. Поглотился щелочью углекислый газ, его объём составил 7 – 3 = 4 л. Напишем эти объемы над формулами веществ, а количества по уравнению реакций – под формулами 2 5 4 СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О 1 ((2х+0,5у)/2) х Из пропорции найдем х: 2/1 = 4/х; х = 2 Подставим значение х во вторую пропорцию: 2/1 = 5/((2х+0,5у)/2); 2/1 = 5/ ((4+0,5у)/2); у = 2. Ответ: С2Н2 Задача 6. Смешали 1 л углеводорода и 7,5 л кислорода (избыток). После сгорания углеводорода и конденсации паров воды объем газов составил 6 л, после пропускания через щелочь осталось 2 л газа. Определите формулу углеводорода (объемы газов измерены при одинаковых условиях) (3 балла). В олимпиадных задачах может содержаться элемент подбора (задачи с неполным условием). Денисова В.Г. Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ» Пример 6. При полном сгорании газообразного углеводорода в кислороде объем исходной смеси газов относится к объёму полученного углекислого газа как 5:3. Определите молекулярную формулу газа. Решение. Запишем уравнение реакции горения углеводорода в общем виде: СхНу + ((2х+0,5у)/2)О2 → хСО2 + 0,5уН2О Составим пропорцию: объем углеводорода + объем кислорода 1 + (2х+0,5у)/2 – соответствует 5V Объём углекислого газа х – соответствует 3V 1 + (2х+0,5у)/2 = 5 х 3 Из пропорции выразим у = (2х – 3)/0,75 Х может принимать значения от 1 до 4, так как углеводород газообразный Подставляя х, определим у. При х = 1, у <0 – решения нет; При х = 2, у = 1,33 решения нет При х = 3, у = 4 – возможный вариант C3H4 При х = 4, у = 6,66 решения нет Ответ: C3H4 Задача 7. Для полного сгорания углеводорода требуется объем кислорода в 6,5 раз больший, чем объём паров углеводорода в тех же условиях. Определите возможные формулы углеводорода (5 баллов) И еще 2 задачки: Задача 8. При сжигании 9,5 г органического вещества получили 26,4 г углекислого газа, 8,1 г воды, 1,4 г азота. При полном испарении 1,9 г образца этого вещества получен газ объёмом 626 мл при 150оС и при давлении 112,4 кПа. Определите состав вещества и его возможную структурную формулу (5 баллов). Задача 9. К 300 мл смеси аммиака с углеводородом добавили избыток кислорода и сожгли. После сгорания объем газов составил 1250 мл, после конденсации воды – 550 мл, после пропускания через щелочь – 250 мл, после пропускания над раскаленной медью – 100 мл (все объемы измерены при одинаковых условиях при температуре выше 100оС). Определите формулу углеводорода (6 баллов). ЗАДАНИЕ3. Z-3 Уважаемые коллеги! 9 задач, выделенных синим шрифтом – это ваше третье домашнее задание. Каждая задача оценивается в то количество баллов, которое указано в скобках после текста задачи. Решения можно оформлять в печатном виде, можно писать от руки, затем фотографировать или сканировать и вставлять в общий документ WORD. Чтобы размер файла не был чрезмерно большим, изображения нужно обрезать по размерам текста и сжимать. Оформляйте работы правильно: вставляйте фото или сканы в документ WORD, не присылайте работу в виде нескольких отдельных фотографий, не архивируйте работы. Не забывайте в самом документе указывать свою фамилию и инициалы, номер задания. Документ сохраняется в файле с именем Familija-Z3, например: Ivanova-Z3. Работы отправляются электронной почтой на адрес den_volg@mail.ru, с обязательным указанием в Теме Денисова В.Г. Мастер-класс «Решение задач на вывод формул веществ» письма слов "мастер-класс" и указанием номера задания. (Например: Мастер-класс, Z3). Если Вы в течение суток не получили подтверждения о получении своего задания, отошлите его еще раз. Контрольный срок выполнения задания №3 до 21-00 мск вр, 18 марта 2013 г (понедельник). Проверяются и засчитываются только те работы, которые присланы в срок.