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:
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:
3CnH2n + 2КMnО4 + 4Н2О → 3CnH2n(ОН)2 + 2MnО2 + 2КОН
I способ решения.
Пусть ν(CnH2n) = х (моль); тогда по уравнению реакции
ν(MnО2) : ν(CnH2n) = 2 : 3;
ν(MnО2) = 2/3 = 0,6667х моль.
Выразим массы алкена и оксида марганца (IV) по формуле:
m = Mν;
m(CnH2n) = 14nх (г);
m(MnО2) = 87 . 0,6667х = 58х (г);
По условию задачи m(MnО2) = 2,07 . m(CnH2n) = 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.
Составляем количественное соотношение между алкеном и оксидом марганца (IV):
ν(MnО2)/ν(CnH2n) = 2/3;
ν(CnH2n) = ν(MnО2) . 3/2 = 1,724 моль.
Выразим массу алкена по формуле:
m = M . ν;
m(CnH2n) = 1,724 . 14n = 24n (г).
По условию задачи:
m(MnО2) = 2,07 . m(CnH2n).
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(СхНу) = [m(СхНу) . Vm]/V(СхНу) =
= (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:
СxНy.
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%.
Откуда
х : y = (92,3/12) : (7,7/1) = 7,7 : 7,7 = 1 : 1.
Это дает возможность записать простейшую формулу вещества:
СxНy = 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(СхНу)/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 СnH(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:
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:
СxНyOz.
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: СxНyOz = С5Н5О2.
Тогда
СхНyОz = 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:
(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:
NxOy.
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:
M(N1O2) = (1 . 14) + (2 . 16) = 46 г/моль;
M(NxOy) = 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: NO2.
NO2 соответствует формуле оксида азота (ΙV).
Ответ: NO2.
