Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Лашевська

§ 9. Виведення молекулярної формули речовини за масою, об’ємом або кількістю речовини реагентів або продуктів реакції

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • розв’язувати задачі на виведення молекулярної формули речовини за масою, об’ємом або кількістю речовини реагентів або продуктів реакції;
  • обґрунтовувати вибраний спосіб розв’язування.

Виведення молекулярної формули речовини не є новим для вас типом задач. Ви вже опанували кілька способів розв’язування їх (пригадайте ці способи). Під час опрацювання параграфа ви пересвідчитеся, що молекулярну формулу речовини можна вивести не лише за масовими частками хімічних елементів, а ще й за масою, об’ємом або кількістю речовини реагентів чи продуктів реакції. Адже масові частки хімічних елементів розраховували саме на основі цих експериментальних даних, одержаних у результаті проведення кількісного елементного аналізу. Для органічних речовин він полягає в руйнуванні їх шляхом спалювання та подальшого кількісного вловлювання продуктів згоряння.

Розгляньмо приклади. Задача 1. Унаслідок згоряння органічної речовини X масою 60 г утворився карбон(ІV) оксид об’ємом 44,8 л (н. у.) і вода масою 36 г. Визначте молекулярну формулу речовини X, відносна густина пари якої за воднем дорівнює 30.

За законом збереження маси речовин, увесь Карбон, який містився в речовині X, перейшов до складу карбон(ІV) оксиду - продукту її згоряння, а весь Гідроген - до складу води, що утворилася.

Обчислімо кількості речовин карбон(ІV) оксиду й води:

Обчислімо кількості речовин Карбону та Гідрогену в них. У молекулі карбон(ІV) оксиду один атом Карбону, тому

n(С) = n(СО2) = 2 моль.

У молекулі води два атоми Гідрогену, тому

n(Н) = 2n2О) = 4 моль.

Обчислімо масу Карбону в карбон(ІV) оксиді й масу Гідрогену у воді:

Обчислімо суму мас Карбону й Гідрогену в продуктах реакції:

m(С) + n(Н) = 24 г + 4 г = 28 г.

Порівнявши її з масою речовини X, доходимо висновку, що до її складу, окрім Карбону й Гідрогену, входить Оксиген. Його маса дорівнює різниці між масою речовини X і сумою мас Карбону й Гідрогену в продуктах її згоряння:

m(С) = m(Х) - (m(C) + m(Н)) = 60 г - 28 г = 32 г.

Обчислімо кількість речовини Оксигену в речовині X:

Отже, співвідношення числа атомів Карбону, Гідрогену й Оксигену в речовині X таке:

n(С) : n(Н) : n(О) = 2 моль : 4 моль : 2 моль.

Скоротивши, дістанемо співвідношення:

n(С) : n(Н) : n(О) = 1 : 2 : 1.

Отже, молекулярна формула речовини X - С2Н4О2.

Задача 2. Унаслідок згоряння оксигеновмісної речовини масою 2,3 г утворився карбон(ІV) оксид масою 4,4 г і вода масою 2,7 г. Визначте молекулярну формулу цієї речовини, відносна густина пари якої за воднем становить 23.

Обчислімо відносну молекулярну масу речовини СхНуOz як добуток її відносної густини за воднем на відносну молекулярну масу водню:

Мr(Х) = 2D(H2)(X).

Запишемо рівняння реакції, узявши до уваги, що весь Карбон у складі речовини X перейде до складу карбон(ІV) оксиду, а Гідроген - до складу води, і складемо пропорції:

Аналогічно:

Підставимо отримані індекси x та у у формулу для обчислення відносної молекулярної маси речовини X СxНуОz і визначимо індекс z:

Отже, молекулярна формула речовини - С2Н6О.

• *Складіть структурні формули ізомерів речовини складу С2Н6О. Назвіть речовину, структурну формулу якої ви вивчили в 9 класі.

Задача 3. На спалювання алкану витратили кисень об’ємом 212,8 л (н. у.). Визначте молекулярну формулу алкану.

Загальна формула алканів - СnН2n+2. Рівняння реакції горіння алкану таке:

Обчислімо кількість речовини кисню, витраченого на спалювання алкану:

Складемо й розв’яжемо рівняння:

Отже, молекулярна формула алкану С6Н14.

Задача 4. Унаслідок згоряння хлоровмісної органічної речовини X, яка не містить Оксигену, утворився карбон(ІV) оксид об’ємом 4,48 л (н. у.), вода масою 3,6 г і гідроген хлорид масою 7,3 г. Визначте молекулярну формулу речовини X, відносна густина якої за киснем - 1,58.

Обчислімо: 1) кількість речовини карбон(ІV) оксиду як частку від ділення його об’єму на молярний об’єм, води і гідроген хлориду - як частки від ділення їхніх мас на молярні маси; 2) кількість речовини Карбону в карбон(ІV) оксиді, Гідрогену у воді, Гідрогену й Хлору в гідроген хлориді; 3) співвідношення числа атомів Карбону, Гідрогену й Хлору в молекулі речовини X:

Формула речовини

Кількісні дані щодо речовин, наведені в умові задачі

Кількість речовини, моль

Символ хімічного елемента

Кількість речовини елемента, моль

Співвідношення кількостей речовин елементів

CO2

4,48 л

0,2

C

0,2

1

H2O

3,6 г

0,2

H

0,4

0,6

3

HCl

7,3 г

0,2

H

0,2

Сl

0,2

1

• *Складіть рівняння реакції добування речовини Х з метану, зазначте тип реакції.

Ви пересвідчилися, що молекулярну формулу речовини можна вивести в різні способи за результатами кількісного аналізу. Опанування нових способів розв’язування задач спонукало вас повторювати попередній матеріал, поглиблювати й осмислювати його. Це сприятиме формуванню системи конкретних уявлень, необхідних для осмисленого сприйняття наступного матеріалу.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Масові частки хімічних елементів розраховують на основі експериментальних даних, одержаних у результаті проведення кількісного елементного аналізу.

• Молекулярну формулу речовини можна вивести в різні способи, зокрема за масою, об’ємом або кількістю речовини реагентів чи продуктів реакції.

Перевірте себе

1. У чому суть кількісного елементного аналізу? 2. У які способи можна вивести молекулярну формулу органічної речовини?

Застосуйте свої знання й уміння

3. Холодоагент - робоча речовина холодильної машини. Він під час кипіння або в процесі розширення забирає теплоту від охолоджуваного об’єкта й після стиснення передає її охолоджувальному середовищу (воді, повітрю тощо). Однією з важливих вимог до сучасних холодоагентів є їхня нешкідливість для довкілля, зокрема озонового шару. Визначте молекулярні формули вуглеводнів-холодоагентів за даними, наведеними в таблиці:

Холодоагент

Відносна густина за воднем

Маса спаленого холодоагенту, г

Об’єм (л), (н. у.) карбон(ІV) оксиду, що утворився

Маса (г) води, що утворилася

R290

22

4,4

6,72

7,2

R1150

14

280

448

360

R1270

21

84

134,4

108

R600a

29

23,2

35,84

36

4. Унаслідок згоряння органічної речовини X масою 120 г утворилися карбон(ІV) оксид об’ємом 99,6 л (н. у.) і вода масою 72 г. Визначте молекулярну формулу речовини X, відносна густина пари якої за воднем дорівнює 15. 5. На спалювання алкану витратили кисень об’ємом 145,6 л (н. у.). Визначте молекулярну формулу алкану. Складіть структурні формули його ізомерів. 6. ДДТ - класичний приклад інсектициду й чи не найвідоміший стійкий органічний забруднювач довкілля. Складником цієї речовини, окрім Карбону й Гідрогену, є Хлор. Виведіть молекулярну формулу ДДТ, якщо внаслідок повного окиснення зразка цієї сполуки утворилися карбон(ІV) оксид об’ємом 31,36 л, вода масою 3,6 г і гідроген хлорид об’ємом 11,2 л. Відносна молекулярна маса ДДТ становить 354,5. 7. Унаслідок згоряння газуватої речовини утворилися карбон(ІV) оксид об’ємом 16,8 л і вода масою 13,5 г. Маса цього газу об’ємом 1 л (н. у.) становить 1,875 г. Виведіть молекулярну формулу газу. 8. Фторотан - високоактивний інгаляційний засіб для наркозу. Окрім Карбону й Гідрогену, до його складу входять Флуор, Хлор і Бром. Унаслідок сплавлення його з натрієм утворилися натрій флуорид масою 12,6 г, натрій хлорид масою 5,85 г, натрій бромід масою 10,3 г і карбон(ІV) оксид об’ємом 4,48 л (н. у.). Відносна молекулярна маса фторотану - 197,5. Виведіть його молекулярну формулу.

Творча майстерня

9. Заповніть рефлексивну карту роботи над параграфом.