Материалы для дистанционного обучения
олимпиадные задания по химии (10 класс) по теме

Материалы дистанционного курса по химии. Старшая школа.

Определение формул веществ.

Задачи на нахождение формулы вещества принципиально можно разделить на 3 группы:

а) определение числа атомов ( индексов) по известному количественному составу вещества (пример 1);

б) нахождение формулы по известным данным  о реакционной способности веществ  (пример 2);

в) задачи с «неполным условием», для решения которых приходится привлекать какие – либо дополнительные  сведения ( примеры 3,4).

Пример 1.

При сгорании 24,6 г. Вещества образовалось 26,88 л углекислого газа ( при н.у.), 9 г. Воды и 2,24 л азота ( при н.у.). 1 литр паров этого вещества (при н.у.) имеет массу        5, 491 г. Найдите формулу вещества.

Дано                                                     Решение.

V(CO2) =26,88 л         1. Определяем количественный состав вещества.

V(N2)= 2,24 л              Формулу вещества обозначаем CxHyNz(Ow-?), так как атомы  

m(H2O) = 9г                кислорода могли попасть в молекулы углекислого газа или воды        

p = 5,491г/л                 как из простого вещества кислорода при сжигании,

CxHyNz(Ow-?)-?         так и из сложного органического вещества, если они входили

                                    в его состав.

По схемам превращений ( аналоги уравнений реакций) находим количества и массы элементов в составе вещества. Так как эти схемы составляются  на основании закона сохранения массы веществ М.В. Ломоносова, то использование их является вполне допустимым.

а) v (CO2) =Vг/ Vм = 26,88/ 22,4 =1,2моль,

                      Х моль                     1,2 моль

                      С                               СО2

                                  1 моль                      1 моль

Х = (1∙ 1,2)/1 =1,2 моль(С); m( С) = v∙MВ-ВА  = 1,2∙12 = 14,4г;

б) v(N2) = Vг/ Vм = 2,24/ 22,4 = 0,1 моль,

                  Х моль                     0,1 моль

                 2 N                             N2

                       2 моль                        1 моль

Х = ( 2∙ 0,1) /1 = 0,2 моль (N); m(N) = v∙ MВ-ВА   = 0,2∙14 = 2,8 г.

в) v (H2O) = mВ – ВА  /  M В-ВА = 9 / 18 = 0,5 моль,

                              Х моль                     0,5 моль

                          2 Н                               Н2 О

                       2 моль                            1 моль

Х = ( 2∙0,5)/1 = 1 моль (Н); m(Н) = v∙ MВ-ВА   = 1∙1 = 1,0 г;

г) составляем уравнение материального баланса и определяем количество кислорода:

m (C) + m (H) + m (N) + m (O) = m (образца)

14,4+ 1,0 + 2,8 +m (O) = 24,6

m(O) = 6,4       v(O) = mВ – ВА  /M В –ВА = 6,4/ 16,0= 0,4 моль

2. Находим  простейшую формулу вещества:

х : у : z : w = 1,2: 1 : 0,2 : 0,4 = ( 1,2 /0,2) : ( 1/0,2) : ( 0,2 /0,2) : (0,4 /0,2) = 6 : 5 : 1 : 2

простейшая формула С 6Н 5NO2, М ( прост.) = 123 г / моль.

3. Находим истинную формулу вещества:

а) истинная молярная масса:

М газ =  ∙ mгаз;

М истин = ( 22,4/1) ∙ 5,491 = 122,9984 = 123 г / моль;

б) сравниваем истинную молярную массу  и молярную массу соответствующую простейшей формуле:

k =  = 123 /123 = 1       истинная формула С 6 Н 5 NO2.

Пример 2

При нагревании 120 г спирта неизвестного строения в присутствии концентрированной серной кислоты было получено 84 г алкена. Установите формулу исходного спирта.

Дано                                           Решение.

m ( Cn H2n+1OH) = 120г       1.Уравнение реакции:

m ( Cn H2n) = 84 г                 Cn H2n+1OH = Cn H2n + Н2О

 Cn H2n+1OH-?

   n  --?                                

2.Молярные массы и количество участников расчета:

а)М (Cn H2n+1OH) = 12n+2n +1 +16 +1 = (14n +18)г/моль,

v(Cn H2n+1OH) = 120/(14n +18);

б) М (Cn H2n) = 12n +2n = 14 n г/моль,

    v (Cn H2n) = 84/14n

3.По уравнению реакции составляем пропорцию и находим число атомов углерода в молекуле:

120/(14n +18) моль                     84/14n моль    

Cn H2n+1OH                          =         Cn H2n                       + Н2О

     1 моль                                        1 моль

120/(14n +18)   : 1 =   84/14n     :1

120/(14n +18)    = 84/14n           n = 3, формула спирта С3Н7ОН.

Пример 3

Определите строение сложного эфира α – аминокислоты, в состав которой входят остатки алканов, если известно, что он содержит15,73% азота.

Дано                                                                            Решение

СnH2n+1  - CH(NH2) -  COOCmH2m+1

n ,m   -?                                                    

1.Молярная масса эфира:

ω  (N) = MN /М эфир, М( эфир) = MN  / ω(N) = 14/0,1573 = 89 г/моль.

2. Число атомов углерода в остатке аминокислоты (n) и остатке спирта (m):

а) М( эфир)  = (14n + 14 m +75) г/моль

    (14n + 14 m +75) = 89       n + m  = 1;

б)  так как число атомов углерода  в остатке спирта не может равняться 0, то m ≥1,

если m =1, то n = 0,

если m =2( и больше), то n – отрицательное число и задача не имеет смысла.

3.Формула эфира:

H2 N – CH2 – COOCH3 – метиловый эфир α – аминоуксусной кислоты.

Пример 4

10,8 г металла поместили в сосуд объемом 22,4 л (н.у.), наполненный кислородом, и подожгли. В результате давление в сосуде уменьшилось на 30%. Какой металл был взят для опыта?

Дано                                                                            Решение

m(Me) = 10,8г                1.Уравнение реакции:

V1 (O2) = 22,4л                xMe + 0,5∙ yO2 = Mex Oy

P2 = 0,7 P1

Me - ?

2. Так как давление уменьшилось на 30%, то в реакцию вступило

  v(O2) = 0,3∙ 22,4 /22,4 = 0,3 моль

3. Находим формулу оксида металла:

а) по уравнению (1) – v (Me) = x∙0,3/ 0,5y = 0,6 x /y;

б) M (Me) = 108: (0,6x/y) = 18 y/x;

в) изменяя значения x  и y, определяем, какой металл был взят:

Задачи для самостоятельного решения.

1. Выведите формулу  оксида ванадия, если известно, что 2,73 г оксида содержат 1,53 г металла.
2. Установите формулу сульфида двухвалентного металла, содержащего 0,3299 массовых долей серы.
3. Назовите металл со степенью окисления (+3), образующий нитрат с содержанием азота 19, 72%.
4.  Образец гидрата соли А, окрашивающей пламя в желтый цвет, массой 12,88г разделили на две части. Одну из них прокалили  и обнаружили, что  масса уменьшилась на 3,6 г. Вторую часть растворили в воде , добавили избыток раствора нитрата бария. При этом выпал осадок  массой 2,66 г, имеющий белый цвет и не растворимый в азотной кислоте. Установите формулу кристаллогидрата.
5. При  разложении 8,4 г карбоната двухвалентного металла образовалось 4г его оксида. Установите формулу  карбоната.
6. Какую формулу имеет сульфид молибдена, в котором  массовые доли молибдена и серы одинаковы?
7. Плотность паров фосфора по воздуху равна 4,28. Из скольких атомов  состоит молекула фосфора в этих условиях?
8.  При прокаливании соли образуется оксид двухвалентного металла, содержащий 28,57% кислорода, и выделяется газ с относительной плотностью по кислороду 1,375. При пропускании хлора через продукт гидратации оксида образуется смесь солей, широко используемая для дезинфекции. Напишите уравнение реакций, ответ подтвердите расчетом.
9.   Соль содержит элементы – водород, азот, кислород и неизвестный элемент Э в массовом соотношении 5:14:48:12. Какую формулу имеет соль?

Литература.

1. В.Н.Доронькин, А.Г.Бережная, Т.В.Сажнева, В.А.Февралева.  Химия.Сборник олимпиадных задач,Легион, Ростов –на- Дону,2011год.