Практичне заняття № 2

Тема: Знаходження молекулярної формули органічної сполуки.

Мета: Навчитися рішати задачі на визначення молекулярної формули органічної сполуки.

Стислі теоретичні відомості

Хімічні формули - це позначення складу речовини за допомогою знаків хімічних елементів та індексів. За характером інформації, яку несе формула, їх можна розділити на декілька типів:

1. емпіричні (найпростіші, елементарні) формули показують, атоми яких елементів і в якому співвідношенні входять до складу речовини. Такі формули записують за допомогою знаків хімічних елементів та індексів, які не мають спільного дільника.. Індекси в емпіричній формулі не відображають числа атомів елемента в молекулі. Наприклад, емпірична формула етану СН₃, етилену, пропілену, циклопропану СН₂, ацетилену, бензолу.

2. молекулярні формули показують, скільки атомів кожного елемента входить до складу молекули.

Хід розв'язування задач на знаходження молекулярної формули умовно можна поділити на 2 етапи:

1. Визначення емпіричної формули речовини. Для цього знаходять кількість речовини, елементів у довільній кількості речовини і виражають їх відношення у вигляді цілих чисел які не мають спільного дільника. Наприклад: С_ХН_У 0_z х : у : z = (С) : (Н) : (О)

2. Знаходження молекулярної формули. Для цього потрібно знати молярну масу (відносну молярну масу) речовини, формула якої визначається. При встановленні молекулярної формули потрібно знати ціле число, яке показує, у скільки разів потрібно збільшити відповідні індекси емпіричної формули. Наприклад: (С_ХН_У О _z)

n =

де п - число, яке показує, у скільки разів збільшуються індекси в емпіричній формулі;

М - молярна маса речовини, формулу якої визначаємо;

М (С_хН_уО _z) - молярна маса емпіричної формули.

Молярна маса речовини може бути даною за умовою задачі, або її можливо обчислити за відносною густиною.

Відношення маси одного газу до маси іншого газу при рівних об'ємах називається відносною густиною газу.

Д = (при V₁ = V₂),

де Д - відносна густина газу,

т ₁ і т₂ - маси газів, які порівнюються.

З формули m =   М маси газів можна виразити:

т ₁ = ₁  М₁

т₂ = ₂  М₂

Підставляємо їх у вихідну формулу і дістаємо:

Д =

Оскільки за умовою V₁ = V₂ то за законом Авогадро і ₁ = ₂. Тоді формула набуває вигляду

Д =

За цією формулою можна визначити молярну масу одного газу, якщо відомі його густина (Д) і молярна маса іншого газу.

Найчастіше використовують значення відносних густин газів за воднем Д або за повітрям Д_пов.

Д = Д_пов =

Середня молярна маса повітря дорівнює 29 г/моль. Інколи умова задачі вимагає знайти структурну формулу. Для цього виписують структурні формули всіх ізомерів, які мають дану молекулярну формулу, і вибирають ізомер, який задовольняє всі вимоги задачі.

Задача № 1. Виведіть формулу органічної речовини, якщо відомі масові частки елементів, які складають цю молекулу: (С) = 51,89%, (Н) = 9,73%, (СІ) = 38,38%. Відносна густина за повітрям дорівнює 3,19.

Дано: Рішення:

(С) = 51,89% 1. Знаходимо емпіричну формулу:

 (Н) = 9,73% А – С_х Н_у С І_z

(С1) = 38,38% х : у : z = (С) : (Н) : (СІ)

Д_пов = 3,19 Нехай (А) = 100г, тоді:

Формула-? т (С) = 51,89 г; т (Н)=9,73г; т (СІ) = 38,38г.  = m / М

М(С) = 12 г/моль; М(Н)= 1 г/моль; М(СІ) = 35,5г/моль

(С) = = 4,32 моль; (Н) = = 9,73 моль; (СІ) = = 1,08 моль

х:у: z = 4,32 : 9,73 : 1,08 = 4: 9 : 1

Емпірична формула С₄Н₉СІ.

2. 3находимо молярну формулу речовини (С₄Н₉СІ)_n.

; М = 92,5г/моль

Д_пов = ; М_а =Д_пов  М_пов = 3,19  29 г/моль = 92, 5 г/моль

Відповідь: молекулярна формула органічної речовини С₄Н₉СІ.

Задача №2. При згорянні 1,76 г органічної речовини утворилось 3,52 г карбон (IV) оксиду і 1,44 мл води. Густина парів цієї речовини за повітрям (н.у.) дорівнює 1,52. Виведіть молекулярну формулу органічної речовини.

Д ано: Рішення:

т (А) = 1,76 г При розв'язуванні задач на виведення молекулярної формули за

т (СО₂) = 3,52 г продуктами згоряння потрібно враховувати такі особливості:

V _н = 1,4мл 1. У відповідності до закону збереження маси речовини число

Д_пов = 1,5 г молів атомів кожного виду однакове в правій і лівій рівняннях

Формула - ? реакцій, коефіцієнти показують молярні співвідношення речовини, що беруть участь або утворюються в ході реакції.

2. Обов'язково потрібно перевірити, чи не входить до складу досліджуємої речовини оксиген, який звичайним и аналітичним и методам и не визначається. Така перевірка ґрунтується на тому, що сума має усіх елементів повинна бути рівною масі взятої речовини.

З початку знаходимо емпіричну формулу речовини. Однак, досліджувана речовина, крім карбону і гідрогену може містити оксиген, який і вводимо у загальну формулу: А – С_х Н_у О_z, звідси

х : у : z = (С) : (Н) : (О)

Складаємо рівняння реакції горіння речовини:

С_хН_уО_z хСО₂ + Н₂О

3. Обчислюємо кількість речовини карбону і гідрогену в речовині А. Оскільки весь карбон перейшов у карбон (ІV) оксид, а весь гідроген - у воду та враховуючи, що в молекулі карбон (IV) оксид містить один атом карбону, а в молекулі води два атоми гідрогену, то буде справедливою рівність:

(С) = (СО₂) (Н) = 2(Н₂О)

 = m / М

М = 44 г/моль; (С) = (СО₂) = = 0,08 моль

Знаходимо масу води: т =   V

m(Н₂О)=1,44  1 = 1,44 г

М = 18 г/моль; (Н) = 2(Н₂О) = = 0,16 моль

4. Перевіряємо, чи входить до складу речовини А атоми оксигену: т (А) = т (С) + т (Н) + т (О)

т (О) = т (А) - (т (Н) + т (С))

Знаходимо маси карбону і гідрогену:

М =   V

М(С) = 12 г/моль; М(Н) = 1 г/моль

т (Н)= 1 г/моль  0,16 моль = 0,16 г

т (С) = 12 г/моль  0,08 моль = 0,96 г.

Підставляємо отримані значення у виведену формулу:

т (О) =1,76 - (0,96 + 0,16) =1,76 -1,12 = 0,64 г

Отже, речовина А містить у своєму складі атоми оксигену.

5. Знаходимо кількість речовини оксигену:

М(О)= 16 г/моль; (О) = = 0,04 м оль

Виводимо емпіричну формулу:

х:у : z = 0,08 : 0,16 : 0,04 =2:4:1.

Отже, А-С₂Н₄О

Визначаємо молекулярну формулу: (С₂Н₄О)_n

; М = 44 г/моль

Д_пов = ; М_А = Д_пов  М_пов = 1,52  29 г/моль = 44,1 г/моль

Відповідь: молекулярна формула органічної речовини — С₂Н₄О.