Элективный курс "Подготовка к ЕГЭ по химии" Тема 4
Элективный курс "Подготовка к ЕГЭ по химии" Тема 4
Тема № 4. «Вывод химических формул»
Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества. При выводе формул исходят из положения атомно-молекулярного учения о неделимости атомов в химических реакциях. В состав молекулы может входить только целое число атомов каждого элемента.
Индексы, определяющие количество атомов элементов в молекуле, это небольшие целые числа.
Отношение индексов элементов в молекуле пропорционально отношению количества вещества каждого элемента. Простейшее соотношение индексов элементов в молекуле определяет простейшую формулу вещества.
Истинная (молекулярная) формула определяет число атомов каждого элемента, приходящееся на одну молекулу вещества.
М = x * M(прост)
М – молярная масса вещества;
М(прост) – молярная масса простейшей формулы;
X – число повторений простейший формулы вещества в молекуле.
Истинная молярная масса вещества определяются по закону Авогадро или с использованием относительных плотностей газов.
Для вывода простейшей формулы вещества достаточно знать его состав и относительные атомные массы образующих данное вещество элементов. Для нахождения молекулярной формулы надо знать еще и относительную молекулярную массу этого соединения.
Активизации познавательной деятельности учащихся при решении расчетных задач на нахождение молекулярной формулы способствует выбор рациональных приемов решения задач.
Учитывая, что решение задач на установление молекулярной формулы органического вещества, как правило, представляет трудности для учащихся, важно выделить этапы деятельности учащихся.
Первый этап. Анализ задачи. Внимательно прочитав условия задачи, установить ее части и вычленить все отношения, которыми они связаны, установить, что требуется в задаче.
Второй этап. План решения задачи.
Третий этап. Осуществление найденного плана. Необходимо убедиться, что получаемый результат правильный. Поэтому при решении задачи предусматривается ее проверка.
Четвертый этап. Анализ решения. Оно особо важно при обучении решению задачи, так как анализ позволяет выявить недостатки решения, найти рациональный способ решения, установить и закрепить в памяти приемы использованные при решении. Результат решения задач, требующих творческого, комплексного применения ранее полученных знаний, следует обсудить, сравнивая при этом различные способы решения, показать их правомерность и выделить наиболее оригинальные из них.
Трудности, возникающие в ходе решения, обусловлены неумением устанавливать связи между данными условия задачи. Для преодоления этих трудностей используются всевозможные схемы и чертежи.
Решение задач на нахождение молекулярной формулы связано с применением учащимися знаний о некоторых физических величинах: массе (m), объеме (V), количестве вещества (n), относительно молекулярной массе (Mr), молярной массе (M), плотности (р), относительной плотности по водороду (DH2), относительной плотности по воздуху (D возд), массовой доле химического элемента (w).
Задачи на вывод химических формул.
4. 1. Нахождение простейшей химической формулы вещества по массовым долям элементов.
Задача №1
Вывести простейшую формулу соединения, содержащего (масс. доли, %) натрия – 42,1, фосфора – 18,9, кислорода – 39,0.
Дано: Решение:
Ar(NaO) = 2 Обозначим числа атомов натрия, фосфора,
Ar(P) = 18,9 кислорода в простейшей формуле соответственно
Ar(O) = 39,0 через x, y, z.
w(Na) = 42,1% Тогда формула будет иметь вид: NaxPyOz
w(P) = 18,9% На основе закона постоянства состава можно записать
w(O) = 39,0% 23x : 31y: 16z = 42,1 : 18,9 : 39,0
найти простейшую отсюда x : y : z = 42,1 / 23 : 18,9 / 31 : 39,0 / 16, или
формулу вещества x : y : z = 1,83 : 0,61 : 2,24
Полученные числа 1,83 : 0,61 : 2,24 выражают количественное отношение между атомами элементов. Но отношение между атомами могут быть целочисленными. Поэтому наименьшие из полученных чисел (0,61) принимаем за единицу и делим на него все остальные:
x : y : z = 1,83 / 0,61 : 0,61 / 0,61 : 2,44 / 0,16
x : y : z = 3 : 1 : 4
простейшая формула вещества Na3PO4
Ответ: Na3PO4
Задача №2
Соединение содержит водород (массовая доля – 6,33%), углерод (массовая доля – 15,19%), кислород (массовая доля – 60,76%) и еще один элемент, число атомов которого в молекуле равно числу атомов углерода. Определите, что это за соединение и к какому классу оно относится.
Дано: Решение:
w(H) = 6,33% 1. Обозначим неизвестный элемент буквой X,
w(C) = 15,19% а формулу вещества запишем HaCbOcXd
w(O) = 60,76% Массовая доля неизвестного элемента будет равна
вывести формулу w(X) = 100 – (6,33 + 15,19 + 60,76)% = 17,72%
вещества 2. Находим отношение числа атомов элементов:
а : b: c = 6,33 / 1 : 15,19 / 12 : 60,76 / 16 = 6,33 : 1,27 : 3,8
Меньшее число (1,27) принимаем за единицу и находим следующее отношение: а : b: c
3. Находим неизвестный элемент. По условию задачи число атомов элемента X равно числу атомов углерода, значит:
17,72 / Ar(X) = 15,19 / 12 , откуда Ar(X) = 14
Неизвестный элемент – азот.
Простейшая формула вещества запишется следующим образом:
NH5CO3, или NH4HCO3 – гидрокарбонат аммония (кислая соль).
Ответ: простейшая формула вещества NH4HCO3
(гидрокарбонат аммония, кислая соль)
Задача №3
Вещество содержит 75% углерода и 25% водорода. Определите простейшую формулу вещества.
Дано: Решение:
w(C) = 75% n(C) = w(C) / M(C) = 75 / 12 = 6,25 (моль);
w(H) = 25% n(H) = w(H) / M(H) = 25 / 1 = 25 (моль);
Простейшая Для получения целочисленных индексов разделим
формула – ? на наименьшее число – 6,25:
n(C) : n(H) = 6,25 / 6,25 : 25 / 6,25 = 1 : 4
Следовательно, атом углерода имеет индекс 1, а атом водорода – 4. Простейшая формула – CH4
Ответ: CH4
Задача№4
В состав химического соединения входят 34,6% натрия, 23,3% фосфора и 42,1% кислорода. Определите простейшую формулу вещества.
Дано: Решение:
w(Na) = 34,6% n(Na) = w(Na) / M(Na) = 36,4 / 23 = 1,5 (моль);
w(P) = 23,3% n(P) = w(P) / M(P) = 23,3 / 31 = 0,75 (моль);
w(O) = 42,1% n(O) = w(O) / M(O) = 42,1 / 16 = 7,63 (моль);
Простейшая Отношение количеств веществ:
формула – ? n(Na) : n(P) : n(O) = 1,5 : 0,75 : 2,63
Разделим на наименьшее – 0,75:
n(Na) : n(P) : n(O) = 2 : 1 : 3,5
Так как коэффициенты в формулах обычно целочисленные, умножим на 2 (возьмем удвоенные числа в отношении индексов):
n(Na) : n(P) : n(O) = 4:2:7
Следовательно, простейшая формула – Na4P2O7.
Ответ: Na4P2O7
Задача №5
Вещество содержит 17,56% натрия, 39,69% хрома и 42,75% кислорода. Определите простейшую формулу вещества.
Дано: Решение:
w(Na) = 17,56% n(Na) = w(Na) / M(Na) = 17,56 / 23 = 0,76 (моль);
w(Cr) = 39,69% n(Cr) = w(Cr) / M(Cr) = 39,69 / 52 = 0,76 (моль);
w(O) = 42,75% n(O) = w(O) / M(O) = 42,75 / 16 = 2,67 (моль);
простейшая Отношение количеств веществ:
формула – ? n(Na) : n(Cr) : n(O) = 0,76 : 0,76 : 2,67
Разделим на наименьшее – 0,76:
n(Na) : n(Cr) : n(O) = 1 :1 : 3,5
Так как коэффициенты в формулах обычно целочисленные, умножим на 2 (возьмем удвоенные числа в отношении индексов):
n(Na) : n(Cr) : n(O) = 2 : 2 : 7
Следовательно, простейшая формула – Na2Cr2O7
Ответ: Na2Cr2O7
Задача №6
Вещество содержит 53,8% Alи 46,2% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: Al2O3)
Задача №7
Вещество содержит 1% H, 35% Clи 64% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: HClO4)
Задача №8
Вещество содержит 43,4% Na, 11,3% Cи 45,3% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: Na2CO3)
Задача №9
Вещество содержит 36,8% Fe, 21,1% Sи 42,1% O. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: FeSO4)
Задача №10
Вещество содержит 5,88% водорода и 94,12% серы. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: H2S)
4. 2. Нахождение молекулярной формулы газообразного вещества по массовым долям элементов и относительной плотности его по другому газу
Задача №1
Вывести молекулярную формулу углеводорода по данным: массовая доля углерода – 65,7%, относительная плотность по воздуху Dвозд = 1,45.
Дано: Решение:
w(C) = 65,7% 1. Найдем массовую долю водорода в данном
Dвозд = 1,45 веществе CxHy;
Ar(C) = 12 w(H) = 100% – 85,7% = 14,3% (0,143)
Ar(H) = 1 2. Определим относительную молекулярную
Вывести молекулярную массу углеводорода, зная его относительную
формулу. плотность по воздуху;
Mr(CxHy) = 29 * Dвозд = 29 * 1,45 = 42
3. Рассчитаем число атомов (x) в молекуле. Для этого запишем выражение для нахождения массовой доли углерода в веществе:
w(C) = x*Ar(C) / Mr(CxHy) , отсюда получаем выражение для x:
x = w(C) * Mr(CxHy) / Ar(C); x = 0,857 * 42 / 12 = 3 (атома C).
4. Аналогично находим число атомов водорода (y):
y = w(H) * Mr(CxHy) / Ar(H); y = 0,143 * 42 / 1 = 6 (атомов H).
Ответ: молекулярная формула вещества C3H5
Задача №2
Вещество содержит 85,71% С и 14,29% Н. Относительная плотность паров вещества по водороду равна 14. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано: Решение:
w(C) = 85,71% 1. Найдем простейшую формулу вещества.
w(H) = 14,29% n(C) = w(C) / M(C) = 85,71 / 12 = 6,25 (моль);
DH2 = 14 n(H) = w(H) / M(H) = 14,29 / 1 = 14,29 (моль);
Молекулярная n(C) : n(H) = 7,14 : 14,29 = 1 : 2
формула – ? Простейшая формула – CH2.
DH2 = M / M(H2); M = DH2 – M(H2) = 14*2 = 28 (г/моль)
2. найдем молярную массу простейшей формулы:
M(прост) = М(CH2) = M(C) + 2M(H) = 12 + 2*1 = 12 + 2 = 14 (г/моль)
3. Найдем число повторений простейшей формулы вещества в молекуле:
М = x * M(прост) = x * M(CH2)
28 = x * 14, x = 2
Истинная формула – (СH2)2 или С2H4
Ответ: С2H4
Задача №3
Вещество содержит 30,4% N и 69,6% О. Плотность паров этого вещества по азоту равна 3,285. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано: Решение:
w(N) = 30,4% 1. Найдем простейшую формулу вещества:
w(O) = 69,6% n(N) = w(N) / M(N) = 30,4 / 14 = 2,17 (моль);
DN2 = 3,285 n(O) = w(O) / M(O) = 69,6 / 16 = 4,35 (моль);
Молекулярная n(N) : n(O) = 2,17 : 4,35 = 1 : 2
формула – ? Простейшая формула NO2
DN2 = M / M (N2); M = DN2 * M(N2) = 3,285 * 28 = 91,98 (г/моль)
2. Найдем молярную массу простейшей формулы:
М(прост) = M(NO2) = M(N) + 2M(O) = 14 + 2*16 = 46 (г/моль)
3. Найдем число повторений простейшей формулы вещества в молекуле.
М = x * M(прост) = x * M(NO2)
91,98 = x * 46; x = 2
Истинная формула – (NO2)2 или N2O4
Ответ: N2O4
4. 3. Установление молекулярной формулы газообразного вещества по продуктам сгорания
Задача №1
При сгорании вещества массой 2,3г образовался оксид углерода (IV) массой 4,4г вода массой 2,7г. Относительная плотность паров этого вещества по воздуху Dв = 1,59. Из каких элементов состоит это соединение? Какова его молекулярная формула?
Дано: Решение:
m(вещества) = 2,3г Необходимо учесть состав продуктов сгорания –
m(CO2) = 4,4г оксида углерода (IV) и воды. В них углерод и m(H2O) = 2,7г водород могли перейти только из сгоревшего
Dв = 1,59 соединения. Кислород же мог войти как из этого
Молекулярная соединения, так и из воздуха. Первоначально формула – ? необходимо определить массы углерода в оксиде
Углерода (IV) и водорода в воде.
1. Определяют массу углерода. М(CO2) = 44 г/моль. M(CO2) = 44г.
В оксиде углерода (IV) массой 44г углерода 12г. При сгорании образовался CO2 массой 4,4г, что соответствует 0,1 моль. Следовательно, масса углерода 1,2г.
2. Аналогично вычисляют массу водорода. Масса воды равна 18г, а водорода 2г. В 2,7г воды находится:
2г * 2,7г / 18г = 0,3 (H).
3. Сумма масс углерода и водорода составляет (1,2 + 0,3) = 1,5г. Следовательно, если соединение сгорело 2,3г, то разность 2,3г – 1,5г = 0,8г показывает массу кислорода.
4. Формула соединения: CxHyOz.
Отношение числа атомов элементов:
x : y: z = 1,2 / 12 : 0,3 / 1 : 0,8 / 16 или x : y: z = 0,1 : 0,3 : 0,05
Приняв наименьшее число за единицу, находят что:
x : y: z = 0,1 / 0,05 : 0,3 / 0,05 : 0,05 / 0,05 = 2 : 6 : 1
Таким образом, простейшая формула соединения должна иметь вид C2H6Oс относительной молекулярной массой, равной 46. Истинную относительную молекулярную массу определяют, зная, что относительная плотность соединения по воздуху Dв = 1,59, тогда Mr = 1,59 * 29 = 46,1.
5. Сравнение относительных молекулярных масс показывает, что простейшая молекулярная формулы здесь совпадают. Отсюда следует, что C2H6Oпредставляет собой и молекулярную формулу вещества.
Ответ: C2H6O
Задача №2
При сжигании 112мл газа было получено 448мл углекислого газа и 0,45 воды. Относительная плотность газа по водороду составляет 29(н. у. ). Найти молекулярную массу газа.
Дано: Решение:
V(газа) = 112мл = 0,112л 1. Определим относительную
V(CO2) = 448мл = 0,448л молекулярную массу газа:
m(H2O) = 0,45г Mr(газа) = 2DH2 * Mr(газа) = 2*29 = 58
DH2 (газа) = 29 2. Найдем массу 112мл (0,112л) газа:
Mr(H2O) = 18 58г газа при н. у. занимают объем 0,112л;
Vm = 22,4 л/моль xг газа при н. у. занимают объем 0,112л;
Найти молекулярную Составляем пропорцию:
формулу газа. 58г : xг = 22,4л : 0,112л;
x = 58г*0,112л / 22,4л = 0,29г (газа),
или используя формулу m = v*M = V / Vm * M, находим
m = 0,112л / 22,4 л/моль * 58 г/моль = 0,29г.
3. Вычитаем массы углерода и водорода, содержащихся в веществе:
xг 0,448л
C CO2 ;
12г 22,4л
22,4л CO2 содержат 12г углерода С;
0,448л CO2 содержат xг углерода С;
22,4л : 0,448л = 12г : xг;
x = 0,448*12г / 22,4л = 0,24г (С)
yг 0,45г
2Н Н2О
2г 18г
в 18г Н2О содержится 2г водорода (Н);
в 0,45г Н2О содержится yг водорода;
y = 0,45г*2г / 18г = 0,05г (Н).
4. Определим, входит ли в состав данного газа элемент кислород. Сумма масс углерода и водорода в сожженном газе составляет:
m(C) + m(H) = 0,24г + 0,05г = 0,29г
Значит, газ состоит только из углерода и водорода, CxHy.
5. Находим отношение числа атомов элементов в сгоревшем веществе:
x : y = m(C) / Ar(C) : m(H) / Ar(H) = 0,24 / 12 : 0,05 / 1
x: y = 0,02 : 0,05 = 2 : 5
Простейшая формула вещества C2H5 (Mr = 29).
6. Находим, во сколько раз истинная молекулярная масса вещества больше вычисленной по его простейшей формуле:
Mr(CxHy) / Mr(C2H5) = 58 / 29 = 2
Значит, число атомов в простейшей формуле увеличиваем в 2 раза:
(C2H5)2 = C4H10 – бутан.
Ответ: C4H10
Задача №3
При сгорании 1,45г органического вещества образовалось 2,2г оксида углерода (IV) и 0,9г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 45. Определите молекулярную формулу вещества.
Дано: Решение:
m(в-ва) = 1,45г Составляем схему и определяем массу углерода
m(CO2) = 2,2г содержащегося в веществе:
mг 2,2г
m(H2O) = 0,9г С СО2
12г 44г
DH2 = 45 В 44г СО2 содержится 12г С;
Mr(CO2) = 44 В 2,2г СО2 содержится mг С;
Mr(H2O) = 18 m(C) = 2,2г*12г / 44г = 0,6г
Mr(H2) = 2 2. Образование воды в продуктах сгорания вещества
Найти молярную свидетельствует о наличии в нем атомов водорода:
mг 0,9г
формулу. 2Н Н2О m(H) = 2г*0,9г / 18г = 0,1г
2г 18г
3. Определим, входит ли в состав вещества кислород:
m(O) = m(в-ва) – [m(C) + m(H)],
m(O) = 1,45г – (0,6г + 0,1г) = 0,75г
4. Представим формулу вещества как CxHyOz
x : y : z = m(C) / Ar(C) : m(H) / Ar(H) : m(O) / Ar(O),
x : y : z = 0,6 / 12 : 0,1 / 1 : 0,75 / 16 = 0,05 : 0,1 : 0,05
x : y : z = 1 : 2 : 1
Простейшая формула вещества CH2O
5. Находим относительные молекулярные массы простейшей формулы и искомого вещества и сопоставляем их:
Mr(CH2O) = 30; Mr(CxHyOz) = 2 * DH2 = 2 * 45 = 90
Mr(CxHyOz) / Mr(CH2O) = 90 / 30 = 3
Значит, число атомов каждого элемента в простейшей формуле нужно увеличить в 3 раза:
(СH2O)3 = C3H6O3 – истинная формула.
Ответ: C3H6O3
Задача №4
При сгорании 1,96г вещества образовалось 1,743г СО2 и 0,712г Н2О. При обработке 0,06г этого вещества азотной кислотой и нитратом серебра образовалось 0,173г AgCl. Молярная масса вещества равна 99 г/моль. Определите его молекулярную формулу.
(Ответ: C2H4Cl2)
Задача №5
При полном сгорании 1,5г вещества получено 4,4г оксида углерода (IV) и 2,7г воды. Масса 1л (н. у) этого вещества в газообразном состоянии равна 1,34г. Определите молекулярную формулу вещества.
(Ответ: C2H6)
Метки: Химия