Пример 1. 

Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% углерода и 15,79% водорода, и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.

Решение:

1. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н — 15,79 г.

2. Найдём количество вещества каждого атома:

n(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,

n(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.

3. Определяем мольное соотношение атомов С и Н:

С : Н = 7,0175 : 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1 : 2,25 (домножим на 4) = 4 : 9.

Таким образом, простейшая формула — С4Н9.

4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:

М = D(возд.) • 29 = 114 г/моль.

5. Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С4Н9 — 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.

Значит, истинная формула — С8Н18.

Пример 2. 

Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.

Решение:

1. Общая формула алкина СnH2n−2

2. Плотность ρ — это масса 1 литра газа при нормальных условиях.                                                                                                      

Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4 л такого газа:

M = (плотность ρ) • (молярный объём Vm) = 2,41 г/л • 22,4 л/моль = 54 г/моль.

Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n:

14 • n − 2 = 54, n = 4.

Значит, алкин имеет формулу С4Н6.

Ответ: С4Н6.

 

Пример 3.

Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8 г этого соединения образуется 15,68 л углекислого газа (н. у) и 12,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Решение:

1. Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как СхНуОz.

2. Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):

СхНуОz + О2 → CO2 + H2O

3. Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.

Находим количества веществ CO2 и H2O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:

     а) n(CO2) = V / Vm = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.

(На одну молекулу CO2 приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько и CO2.  n(C) = 0,7 моль)

     б) n(Н2О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.

(В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза больше, чем воды.                        

 n(H) = 0,7 • 2 = 1,4 моль)

4. Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.

m(C) = 0,7 • 12 = 8,4 г, m(H) = 1,4 • 1 = 1,4 г

Масса всего вещества 9,8 г.

m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, т.е. в данном веществе нет атомов кислорода.

5. Поиск простейшей и истинной формул.

С : Н = 0,7 : 1,4 = 1 : 2.     Простейшая формула СН2.

6. Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забыть, что азот состоит из двухатомных молекул N2 и его молярная масса 28 г/моль):

Mист. = D(N2) • M(N2) = 2 • 28 = 56 г/моль.

Истиная формула СН2, её молярная масса 14.       56 / 14 = 4.       Истинная формула: (СН2)4 = С4Н8.

Ответ: С4Н8.

Пример 4.

При взаимодействии 25,5 г предельной одноосновной кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Решение:

1. CnH2n+1COOH + NaHCO3  CnH2n+1COONa + H2O + CO2

2. Найдем количество вещества СО2

n(CO2) = V/Vm = 5,6л : 22,4 л/моль = 0,25 моль

3. n(CO2) = n(кислоты) = 0,25 моль (из уравнения видно это соотношение 1:1)

Тогда молярная масса кислоты равна:

M(к-ты) = m/n = 25,5г : 0,25 моль = 102г/моль

4. М(к-ты) = 12n+2n+1+12+16+16 (из обшей формулы, М = Ar(C)*n + Ar(H)*n + Ar(O)*n = 12*n + 1*(2n+1)+ 12+16+16+1)

М(к-ты) = 12n +2n +46 = 102; n = 4; Формула кислоты С4Н9СООН.

 

Задачи для самостоятельного решения С5:

1. Массовая доля кислорода в одноосновной аминокислоте равна 42,67%. Установите молекулярную формулу кислоты.

2. Установите молекулярную формулу третичного амина, если известно, что при его сгорании выделилось 0,896 л (н.у.) углекислого газа, 0,99 г воды и 0,112 л (н.у.) азота. 

3. Для полного сжигания 2 л газообразного углеводорода потребовалось 13 л кислорода, при этом образовалось 8 л углекислого газа. Найти молекулярную формулу углеводорода.

4. При сжигании 3 л газообразного углеводорода получено 6 л углекислого газа и некоторое количество воды. Определите молекулярную формулу углеводорода, если известно, что для полного сжигания потребовалось 10,5 л кислорода.

5. Дихлорпроизводное алкана содержит 5,31% водорода по массе. Определите молекулярную формулу дихлоралкана. Приведите структурную формулу одного из возможных изомеров и назовите его

6. При сгорании газообразного органического вещества, не содержащего кислород,  выделилось 4,48 л углекислого газа (н.у.), 3,6 г воды и 2 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу соединения.