11 класс. Задачи на вывод химических формул.
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:
NH6CO3, или NH5HCO3 – гидрокарбонат аммония (кислая соль).
Ответ: простейшая формула вещества NH5HCO3
(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 – CH5
Ответ: CH5
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% Al и 46,2% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: Al2O3)
Задача №7
Вещество содержит 1% H, 35% Cl и 64% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: HClO4)
Задача №8
Вещество содержит 43,4% Na, 11,3% C и 45,3% О. Определите простейшую формулу вещества. (Ответ: Na2CO3)
Задача №9
Вещество содержит 36,8% Fe, 21,1% S и 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: H3S)
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 C3H6
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);
DH3 = 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 – CH3.
DH3 = M / M(H3); M = DH3 - M(H3) = 14*2 = 28 (г/моль)
2. найдем молярную массу простейшей формулы:
M(прост) = М(CH3) = 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(CH3)
28 = x * 14, x = 2
Истинная формула – (СH3)2 или С2H5
Ответ: С2H5
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(H3O) = 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 C2H6O с 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 C2H6O представляет 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(H3O) = 0,45г Mr(газа) = 2DH3 * Mr(газа) = 2*29 = 58
DH3 (газа) = 29 2. Найдем массу 112мл (0,112л) газа:
Mr(H3O) = 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 C2H6 (Mr = 29).
6. Находим, во сколько раз истинная молекулярная масса вещества больше вычисленной по его простейшей формуле:
Mr(CxHy) / Mr(C2H6) = 58 / 29 = 2
Значит, число атомов в простейшей формуле увеличиваем в 2 раза:
(C2H6)2 = C4H20 – бутан.
Ответ: C4H20
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(H3O) = 0,9г С СО2
12г 44г
DH3 = 45 В 44г СО2 содержится 12г С;
Mr(CO2) = 44 В 2,2г СО2 содержится mг С;
Mr(H3O) = 18 m(C) = 2,2г*12г / 44г = 0,6г
Mr(H3) = 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 CH3O
5. Находим относительные молекулярные массы простейшей формулы и искомого вещества и сопоставляем их:
Mr(CH3O) = 30; Mr(CxHyOz) = 2 * DH3 = 2 * 45 = 90
Mr(CxHyOz) / Mr(CH3O) = 90 / 30 = 3
Значит, число атомов каждого элемента в простейшей формуле нужно увеличить в 3 раза:
(СH3O)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: C2H5Cl2)
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)
