Задачи на выведение молекулярных формул органических соединенийЗапомните! При решении подобных задач необходимо следующее рассуждение: 1) в первую очередь надо вычислить относительную молекулярную массу вещества по формуле Mr = d . Mr, где d – плотность газа (или его паров) относительно по какому-то газу (например, по воздуху, азоту, водороду, кислороду и др.); Mr – молекулярная масса газообразного вещества (воздуха, азота (N2), водорода (H2), кислорода и др.). При этом надо знать, что Mr (воздуха) = 29; Mr (азота –N2) = 28; но при этом Mr (Ne) = 20!, так как молекулы инертных газов одноатомны. Как только вычислили Mr неизвестного углеводорода (или другого органического вещества), можно прогнозировать какое это соединение. Так, например, если Mr (УВ) = 42, то это или пропен или циклопропан, так в 42 вмещается только три атома С (12 . 3 = 36), 4 атома уже не может (12. 4 = 48 > 42). Mr (УВ) = 42 = 36 + 6 (3 атома С и 6 атомов Н). 2) далее надо вычислить количества атомов С, Н по формуле n = m/M (алгебраический способ). При этом надо учесть, что n(СО2) = n (С), так как в 1 моль СО2 содержится 1 моль С; n(Н) = n (Н2О) . 2, так как в 1 моль воды содержится 2 моль атомов водорода. 3) необходимо установить соотношение количества атомов: n(С): n(Н); 4) установить простейшую формулу, например, СН2 или СН3, или СН. Далее необходимо определить истинную формулу вещества. Например, М(СН2)n = 42; M ((12 (C) + 2. 1 (H)) n = 42; 12n + 2n = 42; 14n = 42; n = 3, тогда истинная формула вещества: С3Н6; 5) Проверка: М(С3Н6) = 12 .3 + 6 .1 = 42 (все правильно).
Пример 1. Найдите молекулярную формулу газообразного углеводорода, если при сжигании 10,5 г его было получено 16,8 л (н.у.) оксида углерода (IV) и 13,5 г воды. Плотность его паров по водороду равна 21. Первый способ решения известен как применение метода поэтапного решения, когда задача разбивается на четкие этапы и учащиеся решают задачу как решение нескольких проблем. Назовем эти проблемы: 1) Полностью ли углерод (как элемент) углеводорода переходит в состав углекислого газа или нет? 2) Полностью ли водород (как элемент) углеводорода переходит в состав воды или нет? Правомерно ли считать, что нашли массу углерода в углеводороде, найдя массу углерода в СО2? Найдя, массу водорода в Н2О, что нашли массу водорода в углеводороде? 3) Можно ли путем сжигания веществ определять их формулы (качественный и количественный состав)? Известны ли вам подобные эксперименты, исследования? При решении задачи на выведение формулы вещества можно, воссоздать «образ» задачи таким образом.
При сжигании углеводорода
Решение: 1 этап – нахождение молярной массы углеводорода. 2 этап - нахождение массы углерода и массы водорода. 3 этап – нахождение отношение числа атомов углерода и водорода; нахождение простейшей формулы. 4 этап – проверка правильности решения, нахождение истинной формулы вещества. Сначала схематично пишем уравнение реакции горения углеводорода: СхНу + О2 ® СО2 + Н2О 1 этап. Молярная масса углеводорода: М = 2 . DH2 = 2 . 21 = 42 г/моль. 2 этап. а) m (С) =? В 22,4 л СО2 ---- 12 г С В 16,8 л СО2 ---- х г С; х = 9 г. б) m (Н) =? В 18 г Н2О ----- 2 г Н В 13,5 г Н2О ----- у г Н; у = 1,5 г. m(CxHy) = 9 + 1,5 = 10,5 г, значит кислорода нет, это углеводород. 3 этап. С: Н = 9/12: 1,5/1 = 0,75: 1,5 = 1: 2. СН2 - простейшая формула. 4 этап. Мr (СН2)n = 42 (12 + 2) . n = 42 14 n = 42 n = 3. Ответ: C3Н6 – пропен или циклопропан. Проверка: Мr (C3Н6) = 12 . 3 + 6 = 42.
Второй способ основан на применение алгебраического метода. 10,5 г 16,8 л 13,5 г СхНу + О2 ® х СО2 + у/2 Н2О 1 моль х моль у/2 моль (42 г /моль 22,4 л /моль 18 г/моль) n=10,5/42= 0,25 моль; n =16,8/22,4=0,75 моль; n=13,5/18=0,75 моль.
Решим пропорции: а) 1 моль/ 0,25 моль: х моль/ 0,75 моль; х = 3 моль атомов С. б) 1 моль/ 0,25 моль: у моль / 0,75 . 2; у = 6 моль атомов Н. Или раз через соотношение: n(С): n(Н) = 0,75: 1,5 = 1: 2; Простейшая СН2; истинная: М (СН2)n = 42; n = 3; С3Н6; Проверка: М(С3Н6) = 42; Ответ: С3Н6.
Пример 2. Установите молекулярную формулу алкина, относительная плотность паров которого по воздуху 1,862. Решение: 1). Рассчитываем молярную массу алкина М = 29 . Dвозд = 29 . 1,862 = 54 г/моль 2). Общая формула алкинов СnН2n-2, отсюда 12n + 2n -2 = 54 n = 4 Ответ: Формула алкина С4Н6.
Пример 3. Пары одного из дибромалканов в 101 раз тяжелее водорода. Определите молекулярную формулу этого дибромалкана.
Решение: 1. Сначала записываем общую формулу дибромалкана CnH2nBr2 2) Находим молярную массу данного соединения, зная, что относительная плотность по водороду DН2 равна 101. М(CnH2nBr2) = 2·101= 202г/моль. 3) Вычисляем n – число атомов углерода, решая уравнение с одним неизвестным: 14n + 160 = 202, отсюда n = 3. Ответ: C3H6Br2 – дибромпропан.
Самостоятельно решите задачу. При сжигании 7,2 г органического вещества, плотность паров которого по водороду равна 36, образовалось 22 г оксида углерода (IV) и 10,8 г воды. Определите строение исходного соединения, если известно, что при его нитровании может образоваться четыре мононитропроизводных.
|
