Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Григорович

§ 7. Виведення молекулярної формули речовини за загальною формулою гомологічного ряду та густиною або відносною густиною

Пригадайте:

  • формули для обчислення відносної густини газів, густини речовини та одиниці вимірювання цих величин;
  • алгоритми розв'язування задач (за § 4).

Виведення молекулярної формули речовин за загальною формулою гомологічного ряду

Ви вже вмієте виводити формули сполук за відомими масовими частками елементів у них. У цьому параграфі ви навчитеся робити це, але за іншими даними.

Цей алгоритм застосовують, якщо з умови задачі відомо:

  • до якого класу належить сполука, тобто відома загальна фор
  • мула;
  • молекулярну або молярну масу речовини.

За загальною формулою сполук можна записати рівняння для відносної молекулярної маси.

Загальною формулою алканів є CnH2n+2. Якщо молекула алкану містить n атомів Карбону, то загальна маса всіх атомів Карбону становитиме 12n (оскільки Аr(С) = 12). У цій молекулі міститься також 2n + 2 атомів Гідрогену, загальна маса яких дорівнює також 2n + 2 (оскільки Аr(H) = 1). Отже, рівняння для обчислення відносної молекулярної маси алканів:

Мr (CnH2n+2) = n · Аr(С) + (2n + 2) · Аr(H) = n · 12 + (2n + 2) · 1 = 14n + 2

Оскільки відносна молекулярна маса та молярна маси чисельно однакові, то для алканів:

M(CnH2n+2) = 14n + 2

Так само можна вивести загальні формули для обчислення молярної маси сполук інших класів:

  • алкенів M(CnH2n) = 14n;
  • алкінів M(CnH2n-2) = 14n - 2;
  • аренів M(CnH2n-6) = 14n - 6;
  • насичених одноатомних спиртів M(CnH2n+1OH) = 14n + 18.

Задача 1. Визначте формулу алкану з молярною масою 72 г/моль.

Виведення молекулярної формули речовин за відносною густиною

Цей алгоритм застосовують:

  • для газуватих або летких сполук;
  • якщо з умови задачі відомо, до якого класу належить сполука, тобто відома загальна формула або масові частки елементів у сполуці;
  • якщо відома відносна густина.

Цей тип задач нагадує задачі з попереднього підрозділу, але формулу для визначення молярної маси речовини виводимо за відносною густиною. Відносна густина газу є часткою від ділення молярних мас невідомого (В) та відомого (А) газів:

Отже, молярну масу невідомого газу обчислюємо за формулою:

M(B) = M(A) · DA(B) (2)

Слід пам'ятати, що відносну густину можна обчислювати відносно повітря, у цьому випадку використовують середню молярну масу повітря, що дорівнює 29 г/моль.

Задача 2. Визначте формулу алкіну, відносна густина якого за гелієм становить 13,5.

Частіше трапляються комбіновані задачі, в яких є дані про відносну густину, але невідомо, до якого класу належить речовина. Замість цього відомі масові частки елементів у сполуці. Але, використовуючи масові частки, можна вивести лише емпіричну формулу речовини — це формула, що показує співвідношення числа атомів різних елементів у сполуці. На відміну від молекулярної формули, що відображає реальний склад молекули.

У більшості неорганічних сполук емпірична та молекулярна формули співпадають, але серед органічних сполук частіше трапляється навпаки. Наприклад, молекула етану містить два атоми Карбону та шість атомів Гідрогену: молекулярна формула етану — С2Н6. Але в молекулі етану на один атом Карбону припадає три атоми Гідрогену: емпірична формула етану — СН3. І таких випадків досить багато:

Емпірична формула:

Молекулярна формула:

HO

CH3

CH2

CH

CH2O

H2O2 — гідроген пероксид

C2H6 — етан

C2H4, C3H6 та інші алкени

C6H6 — бензен

метаналь CH2O, етанова C2H4O2 та молочна C3H6O3 кислоти, глюкоза C6H12O6 тощо

У таких задачах за масовими частками спочатку визначаємо емпіричну формулу, а за відносною густиною встановлюємо молекулярну формулу.

Задача 3. Визначте молекулярну формулу вуглеводню, в якому масова частка Карбону становить 84,2 %, а відносна густина його випарів за повітрям дорівнює 3,93.

Виведення молекулярної формули речовин за густиною

Цей алгоритм застосовують:

  • для газуватих або летких сполук;
  • якщо відомо, до якого класу належить сполука, тобто відома загальна формула або відомі масові частки елементів у сполуці;
  • якщо відома густина газу або випарів рідини.

Замість відносної густини для виведення молекулярної формули можна використовувати й звичайну густину. Знаючи густину, можна також обчислити молярну масу речовини. Густину обчислюють, знаючи масу та об'єм речовини:

Якщо в нас є речовина кількістю 1 моль, то маса речовини такої кількості дорівнюватиме молярній масі сполуки М, а об'єм — молярному об'єму Vm. Отже,

Зверніть увагу, що в шкільному курсі ми маємо справу з об'ємами газів, виміряними за нормальних умов. У цьому разі ми можемо використовувати значення молярного об'єму, що дорівнює 22,4 л/моль. Із наведеної формули (4) видно, що густина залежить від об'єму, а отже, й від умов вимірювання. У задачах, що ми тут обговорюємо, густина випарів має бути такою, якби вона була виміряна за нормальних умов.

Отриману формулу (4) можемо використовувати для обчислення молярної маси невідомої речовини:

Задача 4. Установіть молекулярну формулу вуглеводню, в якому масова частка Карбону становить 85,7 %, а густина його випарів за нормальних умов дорівнює 3,125 г/л.

Ключова ідея

Знаючи загальну формулу класу сполук, можна вивести молекулярну формулу речовини за молярною масою. Якщо загальна формула невідома, використовують інші дані, з яких можна дізнатися про співвідношення числа атомів у молекулах.

Завдання для засвоєння матеріалу

  • 101. Виведіть формулу для обчислення молярної маси алкенів, алкінів, аренів та спиртів.
  • 102. Визначте молекулярні формули для таких речовин: а) алкан, М = 44 г/моль; б) алкен, М = 70 г/моль; в) алкін, М = 54 г/моль; г) арен, М = 92 г/моль; д) спирт, М = 74 г/моль.
  • 103. Визначте молекулярну формулу алкену, відносна густина якого за вуглекислим газом дорівнює 2,55.
  • 104. Визначте молекулярну формулу арену, відносна густина якого за метаном дорівнює 6,625.
  • 105. Визначте молекулярну формулу вуглеводню, масова частка Карбону в якому становить 0,75, а відносна густина його випарів за повітрям дорівнює 0,552.
  • 106. Визначте молекулярну формулу вуглеводню, масова частка Карбону в якому становить 80 %, а його густина за нормальних умов дорівнює 1,342 г/л.
  • 107. За даними хімічного аналізу, кількісний склад речовин А та Б приблизно однаковий. Речовина А містить: Карбон — 51,89 %, Гідроген — 9,73 %, Хлор — 38,38 %. Відносна густина випарів речовини Б за повітрям приблизно у два рази більша, ніж у речовини А. Визначте речовини А та Б. Чи має ця задача однозначну відповідь?
  • 108. Визначте молекулярну формулу вуглеводню, масова частка Карбону в якому становить 85,7 %, а відносна густина його випарів за повітрям дорівнює 1,93.
  • 109. Визначте молекулярну формулу речовини, в якій масова частка Карбону становить 80 %, Гідрогену — 20 %, а відносна густина за воднем дорівнює 15.
  • 110. Визначте структурну формулу вуглеводню, масова частка Карбону в якому 81,82 %, а густина дорівнює 1,964 г/л.
  • 111. Масова частка Карбону у вуглеводні становить 85,7 %. Густина його випарів за повітрям дорівнює 1,45. Визначте число атомів Карбону в одній молекулі цього вуглеводню.
  • 112. Визначте молекулярну формулу вуглеводню, в якому масова частка Карбону становить 88,2 %, а густина його випарів за нормальних умов дорівнює 3,036 г/л.
  • 113. Визначте молекулярну формулу вуглеводню, в якому масова частка Карбону становить 88,09 %, а густина його випарів за нормальних умов дорівнює 7,5 г/л.