Нахождение молекулярной формулы органического вещества

Алгоритм нахождения формулы вещества

Существует 2 типа расчетных задач для нахождения формулы органических веществ.

Тип 1. Реакции горения

Решение:

1. Записываем схему горения. Отступаем место, пишем + О₂ = и перечисляем продукты горения по условию задачи. В данном случае получается углекислый газ и вода.

   CxHyOz + O₂ = CO₂ + H₂O

   Так как продукты содержат С, Н, О, значит, эти элементы и содержало исходное вещество. Дописываем его в общем виде. Индексы для каждого элемента можно назвать любыми буквами латинского алфавита.

   C_xH_yO_z + O₂ = CO₂ + H₂O
2. Найдем количество вещества для каждого продукта. Если вещество дано в литрах, используем молярный объем 22,4, во всех остальных случаях – молярные массы.

\(n\left( \text{CO}_{2} \right) = \frac{m}{M} = \frac{70,4}{44} = 1,6\ моль\)

\(n\left( H_{2}O \right) = \frac{m}{M} = \frac{21,6}{18} = 1,2\ моль\)

3. Найдем количество элементов С и Н. Кислород пока искать не нужно! Для этого количество атомов в формуле продукта (для углерода – 1, для водорода – 2) умножаем на моли.

\(n\left( C \right) = 1 \bullet 1,6 = 1,6\ моль\)

\(n\left( H \right) = 2 \bullet 1,2 = 2,4\ моль\)

4. Найдем массы каждого элемента. Для углерода и водорода – через молярные массы. Масса кислорода рассчитывается как масса всего вещества (из условия) минус массы углерода и водорода.

\(m\left( C \right) = nM = 1,6 \bullet 12 = 19,2\ г\)

\(m\left( H \right) = nM = 2,4 \bullet 1 = 2,4\ г\)

\(m\left( O \right) = 21,6 - 19,2 - 2,4 = 0\ г\)

Так как масса кислорода равна 0, значит, его не было в формуле!

5. Составляем соотношение индексов уже без учета кислорода. В соотношение войдут моли простых элементов!

6. Записываем ответ на первый вопрос.

   Молекулярная формула: С₄Н₆
7. Записываем ответ на второй вопрос. Чтобы определить структуру, нужно проанализировать вторую часть задачи. Часто помогает запись реакции, о которой идет речь.

   Структурная формула: СН₂=СН-СН=СН₂
8. Записываем ответ на третий вопрос.

   CH₂=CH-CH=CH₂ + HCl → CH₃-CH=CH-CH₂-Cl

Решение:

1. Записываем схему горения. Отступаем место, пишем + О₂ = и перечисляем продукты горения по условию задачи. В данном случае получается углекислый газ и вода.

   CxHyOz + O₂ = CO₂ + H₂O + HCl

   Так как продукты содержат С, Н, Cl, но не содержат О по условию, значит, эти элементы и содержало исходное вещество. Дописываем его в общем виде. Индексы для каждого элемента можно назвать любыми буквами латинского алфавита.

   C_xH_yСl_z + O₂ = CO₂ + H₂O + HCl
2. Найдем количество вещества для каждого продукта. Если вещество дано в литрах, используем молярный объем 22,4, во всех остальных случаях – молярные массы.

\(n\left( \text{CO}_{2} \right) = \frac{m}{M} = \frac{26,4}{44} = 0,6\ моль\)

\(n\left( H_{2}O \right) = \frac{m}{M} = \frac{5,4}{18} = 0,3\ моль\)

\(n\left( \text{HCl} \right) = \frac{V}{V_{M}} = \frac{13,44}{22,4} = 0,6\ моль\)

3. Найдем количество элементов C, Н, Cl. Для этого количество атомов в формуле продукта умножаем на моли. Водород встречается сразу в двух формулах, значит, находим моли в каждом веществе и складываем результаты.

\(n\left( C \right) = 1 \bullet 0,6 = 0,6\ моль\)

\(n\left( H \right) = 2 \bullet 0,3 + 1 \bullet 0,6 = 1,2\ моль\)

\(n\left( \text{Cl} \right) = 1 \bullet 0,6 = 0,6\ моль\)

4. Составляем соотношение индексов. В соотношение войдут моли простых элементов!

5. Записываем ответ на первый вопрос.

   Молекулярная формула: С₂Н₄Cl₂
6. Записываем ответ на второй вопрос.

   Структурная формула: CH₃ – CHCl₂
7. Записываем ответ на третий вопрос.

   CH≡CH + 2HCl → CH₃ – CHCl₂

Решение:

1. Записываем схему горения. Отступаем место, пишем + О₂ = и перечисляем продукты горения по условию задачи. В данном случае получается углекислый газ и вода.

   CxHyOz + O₂ = CO₂ + H₂O

   Так как продукты содержат С, Н, О, значит, эти элементы и содержало исходное вещество. Дописываем его в общем виде. Индексы для каждого элемента можно назвать любыми буквами латинского алфавита.

   C_xH_yO_z + O₂ = CO₂ + H₂O
2. Найдем количество вещества для каждого продукта. Если вещество дано в литрах, используем молярный объем 22,4, во всех остальных случаях – молярные массы.

\(n\left( \text{CO}_{2} \right) = \frac{m}{M} = \frac{61,6}{44} = 1,4\ моль\)

\(n\left( H_{2}O \right) = \frac{m}{M} = \frac{25,2}{18} = 1,4\ моль\)

3. Найдем количество элементов С и Н. Кислород пока искать не нужно! Для этого количество атомов в формуле продукта (для углерода – 1, для водорода – 2) умножаем на моли.

\(n\left( C \right) = 1 \bullet 1,4 = 1,4\ моль\)

\(n\left( H \right) = 2 \bullet 1,4 = 2,8\ моль\)

4. Найдем массы каждого элемента. Для углерода и водорода – через молярные массы. Масса кислорода рассчитывается как масса всего вещества (из условия) минус массы углерода и водорода.

\(m\left( C \right) = nM = 1,4 \bullet 12 = 16,8\ г\)

\(m\left( H \right) = nM = 2,8 \bullet 1 = 2,8\ г\)

\(m\left( O \right) = 42 - 16,8 - 2,8 = 22,4\ г\)

Так как масса кислорода не равна 0, значит, он есть формуле! Найдем его моли.

\(n\left( O \right) = \frac{m}{M} = \frac{22,4}{16} = 1,4\ моль\)

5. Составляем соотношение индексов. В соотношение войдут моли простых элементов!

6. Записываем ответ на первый вопрос.

   Молекулярная формула: С₂Н₄O₂
7. Записываем ответ на второй вопрос. Структурная формула: CH3-C(O)-OCH₃
8. Записываем ответ на третий вопрос.

   CH₃-C(O)-OCH₃ + NaOH→ CH₃-COONa + CH₃-OH

Тип 2. % соотношение

Решение:

1. Записываем фразу: Пусть масса вещества С_xH_yZ_x равна 100 г.
2. Рисуем таблицу.

   Первая колонка: элементы

   Вторая колонка: по условию доли

   Третья колонка: полностью дублирует вторую

   Четвертая колонка: молярные массы из таблицы Менделеева

   Пятая колонка: расчет молей по формуле\(\ n = \frac{m}{M},моль\)

   Шестая колонка: соотношение исходя из пятой колонки. В данном случае все делим на меньшие моли, т.е. 1,66875

3. Записываем ответ на первый вопрос.

   Молекулярная формула: С₃Н₈О
4. Записываем ответ на второй вопрос.

   Структурная формула: СН₃-СН₂-СН₂-ОН
5. Записываем ответ на третий вопрос.

   2СН₃-СН₂-СН₂-ОН + 2К → 2СН₃-СН₂-СН₂-ОК + Н₂