алгоритмы для решения задач
консультация по химии (10 класс)

АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

НА ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА

ЧАСТЬ 1

I. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА НА ОСНОВАНИИ ИЗВЕСТНЫХ МОЛЕКУЛЯРНОЙ (МОЛЯРНОЙ) МАССЫ ВЕЩЕСТВА И МАССОВЫХ ДОЛЕЙ ВСЕХ ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ВЕЩЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ.

Задача 1. Определите молекулярную формулу тиосульфата натрия, в котором массовая доля натрия 29,1%, серы 40,5%, кислорода 30,4%. Относительная молекулярная масса тиосульфата натрия 158.

Дано:

Mr (NaxSyOz) = 158

ω (Na) = 29,1%

ω (S) = 40,5%

ω (O) = 30,4%

Найти: NaxSyOz

Решение.

Вариант 1

 NaxSyOz, где x, y, z – индексы. На основе закона постоянства состава веществ мы можем записать:

23x : 32y : 16z = 29,1 : 40,5 : 30,4,

где 23, 32, 16 – относительные атомные массы натрия, серы и кислорода соответственно.

                              29,1    40,5    30,4

Отсюда x : y : z = ---    : ----   :  ------ = 1,26 : 1,26 : 1,9 = 1: 1 : 1,5 = 2 : 2 : 3

                              23       32         16

Следовательно, простейшая формула Na2S2O3

Mr (Na2S2O3) = 158

Mr (NaxSyOz) =  Mr (истинной формулы), значит Na2S2O3 – верная формула вещества.

Ответ: Na2S2O3

Вариант 2

NaxSyOz, где x, y, z – индексы. Найдем массу каждого элемента в соединении, составив пропорцию:

m (NaxSyOz) = 158  – 100%

m (Nax)                     - 29,1 %

                  158 • 29,1

m (Nax) =  ------------- = 46

                       100

m (Nax) =  Ar (Na) • x

46 = 23 x

x = 2

m (NaxSyOz) = 158  – 100%

m (Sy)                     - 40,5 %

                  158 • 40,5

m (Sy) =  ------------- = 64

                       100

m (Sy) =  Ar (S) • y

64 = 32 y

y = 2

m (NaxSyOz) = 158  – 100%

m (Oz)                     - 30,4 %

                  158 • 30,4

m (Oz) =  ------------- = 48

                       100

m (Oz) =  Ar (O) • z

48 = 16 z

z = 3

Формула вещества Na2S2O3

Ответ: Na2S2O3

Вариант 3

NaxSyOz, где x, y, z – индексы. Найдем массу каждого элемента в соединении, выразив данную величину из формулы нахождения массовой доли элемента:

                  Mr (NaxSyOz) • ω (Na)       158 • 29,1%

m (Nax) =  ----------------------------- =  ----------------  =  46

                                      100 %                   100 %

m (Nax) =  Ar (Na) • x

46 = 23 x

x = 2

                  Mr (NaxSyOz) • ω (S)     158 • 40,5%

m (Sy) =  ------------------------------ = ----------------- = 64

                                100 %                        100 %

m (Sy) =  Ar (S) • y

64 = 32 y

y = 2

                  Mr (NaxSyOz) • ω (O)     158 • 30,4%

m (Oz) =  ----------------------------- =  -------------    = 48

                              100 %                          100%

m (Oz) =  Ar (O) • z

48 = 16 z

z = 3

Формула вещества Na2S2O3

Ответ: Na2S2O3

Решите аналогичные задачи самостоятельно:

Задача 1. Определите формулу кальциевой селитры, в которой 24,39% кальция, 17,07% азота, 58,54% кислорода. Относительная молекулярная масса кальциевой селитры 164. Ответ Са(NО3)2

Задача 2. Определите молекулярную формулу соединения, содержащего 33,3% натрия, 20,29% азота, 46,38% кислорода. Известно, что относительная молекулярная масса этого соединения в 3 раза больше относительной атомной массы натрия. Ответ: NaNO2

II. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА НА ОСНОВАНИИ ИЗВЕСТНЫХ МАССОВЫХ ДОЛЕЙ ВСЕХ ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ВЕЩЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ.

Задача 1. В соединении калия, хлора и кислорода массовые доли элементов равны соответственно 31,8, 29,0, 39,2%. Установите формулу этого вещества.

Дано:

ω (K) = 31,8%

ω (Cl) = 29,0 %

ω (O) = 39,2 %

Найти:

KxClyOz

Решение.

Вариант 1

KxClyOz, где x, y, z – индексы. На основе закона постоянства состава веществ мы можем записать: 39x : 35,5y : 16z = 31,8 : 29,0 : 39,2

где 39, 35,5, 16 – относительные атомные массы калия, хлора и кислорода соответственно.

                  31,8    29,0    39,2

x : y : z =  ------ : ------ : ------ = 0,82 : 0,82 : 2,45 = 1 : 1 : 3

                   39      35,5     16

Следовательно, простейшая формула KClO3

Ответ: KClO3

Вариант 2.

Пусть относительная молекулярная масса KxClyOz = 100 (x, y, z – индексы)

Найдем массу каждого элемента в соединении, выразив данную величину из формулы нахождения массовой доли элемента:

                  Mr (КxClyOz) • ω (K)       100 • 31,8%

m (Кx) =  ----------------------------- =  ----------------  =  31,8

                                      100 %                   100 %

m (Kx) =  Ar (K) • x

31,8 = 39 x

x = 0,82

                  Mr (КxClyOz) • ω (Cl)       100 • 29,0%

m (Cly) =  ----------------------------- =  ----------------  =  29,0

                                      100 %                   100 %

m (Cly) =  Ar (Cl) • y

29,0 = 35,5 y

y = 0,82

                  Mr (КxClyOz) • ω (O)       100 • 39,2%

m (Oz) =  ----------------------------- =  ----------------  =  39,2

                                      100 %                   100 %

m (Oz) =  Ar (O) • x

39,2 = 16 x

x = 2,45

x : y : z =  0,82 : 0,82 : 2,45 = 1 : 1 : 3

Следовательно, простейшая формула KClO3

Ответ: KClO3

Решите аналогичные задачи самостоятельно:

Задача 2. В состав химического вещества входят кальций (массовая доля 29,4%), сера (23,5%) и кислород (47,1%). Определите формулу этого соединения. Ответ: CaSO4

Задача 3. В производстве хрустального стекла используется поташ. Какова простейшая химическая формула поташа, если массовый состав этого вещества равен: калия – 56,6%, углерода 8,7 %, кислорода 34,8%? Ответ: К2СО3

III. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА НА ОСНОВАНИИ ИЗВЕСТНЫХ МАССОВЫХ ДОЛЕЙ ВСЕХ ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ПО ДРУГОМУ ИЗВЕСТНОМУ ГАЗУ.

Задача 1. Вещество аммиак содержит 82,36% азота и 17,64% водорода. Его плотность по кислороду равна 0,531. Какова молекулярная формула аммиака?

Дано: NxHy

ω (N) = 82,36%

ω (H) = 17,64%

DO2 (NxHy) = 0,531

Найти: NxHy

Решение.

1. Определим относительную молекулярную массу вещества NxHy

Mr (NxHy) = DO2 (NxHy) • Mr (O2) = 0,531 • 32 = 17

2. Найдем массу каждого элемента в соединении, выразив данную величину из формулы нахождения массовой доли элемента:

                  Mr (NxHy) • ω (N)             17 • 82,36%

m (Nx) =  ----------------------------- =  ----------------  =  14

                             100 %                            100 %

m (Nx) =  Ar (N) • x

14 = 14 x

x = 1

                  Mr (NxHy) • ω (H)            17 • 17,64%

m (Hy) =  ----------------------------- =  ----------------  =  3

                              100 %                         100 %

m (Hy) =  Ar (H) • y

3 = 1 y

y = 3

Ответ: NH3

Задача 2. Относительная плотность паров углеводорода по кислороду равна 2,25. Массовая доля углерода в нем 83,33%. Выведите молекулярную формулу этого углеводорода.

Дано:  СxHy

DO2 (CxHy) = 2,25

ω (C) = 83,33%

Найти: CxHy

Решение.

1. Определим относительную молекулярную массу вещества CxHy

Mr (CxHy) = DO2 (CxHy) • Mr (O2) = 2,25 • 32 = 72

2. Найдем массу углерода в соединении, выразив данную величину из формулы нахождения массовой доли элемента:

                  Mr (СxHy) • ω (С)             72 • 83,33%

m (Сx) =  ----------------------------- =  ----------------  =  60

                             100 %                            100 %

m (Сx) =  Ar (С) • x

60 = 12 x

x = 5

2. Найдем массу водорода в соединении как разность массы всего соединения и массы углерода в нем:

m (Hy) = Mr (CxHy) – m (Cx) = 72 – 60 = 12

m (Hy) =  Ar (H) • y

12 = 12 y

x = 12

Ответ: С5Н12

Решите аналогичные задачи самостоятельно:

Задача 1. Этиловый спирт содержит 52,18% углерода, 13,04% водорода и 34,78% кислорода. Плотность паров спирта по водороду равна 23. Определите формулу этилового спирта. Ответ: С2Н6О

Задача 2. Относительная плотность паров органического соединения по кислороду равна 3,125. Массовая доля углерода в этом веществе равна 72%, массовая доля водорода равна 12%, остальное – кислород. Выведите молекулярную формулу этого соединения. Ответ: С6Н12О

IV. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА ПРИНАДЛЕЖАЩЕГО ОПРЕДЕЛЕННОМУ КЛАССУ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, НА ОСНОВАНИИ ИЗВЕСТНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ

Задача 1. Относительная плотность паров алкана по водороду равна 57. Выведите молекулярную формулу алкана.

Дано: CnH2n+2

DH2 (CnH2n+2) = 57

Найти: CnH2n+2

Решение.

1. Определим относительную молекулярную массу вещества CnH2n+2

Mr (CnH2n+2) = DН2 (CnH2n+2) • Mr (H2) = 57 • 2 = 114

2. Выразим значение относительной молекулярной массы из формулы алкана и составим уравнение:

Mr (CnH2n+2) = Ar (C) • n + Ar (H) • (2n+2) = 12n + 2n + 2 = 14n + 2

14n + 2 = 114

14n = 112

n = 8

C8H2•8+2

Ответ: С8Н18

Решите аналогичные задачи самостоятельно:

Задача 1. Относительная плотность паров циклоалкана по кислороду равна 3,5. Выведите молекулярную формулу циклоалкана. Ответ: С8Н16

Задача 2. Относительная плотность паров алкина по воздуху равна 2,83. Выведите молекулярную формулу алкина. Ответ: С6Н10

Задача 3. Относительная плотность паров предельной двухосновной карбоновой кислоты по воздуху равна 4,07. Выведите молекулярную формулу карбоновой кислоты. Ответ: НООС-(СН2)-СООН

V. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА НА ОСНОВАНИИ ИЗВЕСТНЫХ ЕГО МАССЫ И ОБЪЕМА

Задача 1. 2л алкадиена при н.у. имеет массу, равную 4,82 г. Выведите молекулярную формулу алкадиена.

Дано:

m (CnH2n-2) = 4,82 г

V (CnH2n-2) = 2 л

Найти: CnH2n-2

Решение.

1. Определим количество вещества алкадиена по формуле:

                           V         2

ν (CnH2n-2)  = ----- = ----- = 0,089 (моль)

                          VM     22,4

2. Определим молярную массу алкадиена по формуле:

                         m        4,82

M (CnH2n-2) = ------ = -------- = 54 (г/моль)

                         ν        0,089

3. Выразим молярную массу алкадиена из его формулы и составим уравнение:

M (CnH2n-2) = Ar (C) • n + Ar (H) • (2n - 2) = 12n + 2n -2 = 14n – 2

14n – 2 = 54

14n = 56

n = 4

C4H2•4-2 = C4H6

Ответ: С4Н6

Задача 2. Плотность циклоалкана при н.у. равна 1,875 г/л. Выведите молекулярную формулу циклоалкана.

Дано:

ρ (CnH2n) = 1,875 г/л

Найти: (CnH2n)

Решение.

1. Пусть объем указанного  циклоалкана равен 1 л, тогда его массу найдем по формуле:

m (CnH2n) = ρ (CnH2n) • V (CnH2n) = 1,875 • 1 = 1,875 (г)

2. Определим количество вещества циклоалкана по формуле:

                           V       1

ν (CnH2n)  = ----- = ----- = 0,045 (моль)

                         VM     22,4

3. Определим молярную массу циклоалкана по формуле:

                         m     1,875

M (CnH2n) = ------ = -------- = 42 (г/моль)

                         ν      0,045

4. Выразим молярную массу циклоалкана из его формулы и составим уравнение:

M (CnH2n) = Ar (C) • n + Ar (H) • 2n = 12n + 2n  = 14n

14n  = 42

n = 3

C3H2•3 = C3H6

Ответ: С3Н6

Решите аналогичную задачу самостоятельно:

Задача 1.Углеводород массой 12,5 г при н.у. занимает объем 5 л. Массовая доля углерода в нем 14,29%. Выведите молекулярную формулу углеводорода. Ответ С4Н8

ЧАСТЬ 2

VI. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА ПО УРАВНЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ СЖИГАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Задача 1. Относительная плотность паров органического вещества по кислороду равна 1,3125. При сжигании 10,5 г этого вещества образовалось 16,8 л диоксида углерода (н.у.) и 13,5 г воды. Выведите молекулярную формулу этого вещества.

Дано:  СxHyОz (?)

DO2 (CxHyOz) = 1,3125

m (CxHyOz) = 10,5 г

V (CO2) = 16,8 л

m (H2O)  = 13,5 г

Найти: CxHyOz (?)

Решение.

1. Определим относительную молекулярную массу вещества CxHyOz

Mr (CxHyOz) = DO2 (CxHyOz) • Mr (O2) = 1,3125 • 32 = 42

2. Образование углекислого газа при горении указывает на наличие в исходном веществе атомов углерода. Составим схему:

m, г      16,8 л                          12 • 16,8

С    →   СО2       => m (C) = -------------- =  9 (г)

12г        22,4 л                             22,4

3. Образование воды при горении указывает на наличие в исходном веществе атомов водорода. Составим схему:

m, г      13,5 г                             2 • 13,5

2Н    →   Н2О       => m (Н) = -------------- = 1,5 (г)

2 г        18 г                                    18

4.  m (C + H) = 9 + 1,5 = 10,5 (г). Следовательно, сгорел углеводород (CxHy).

5. Выводим простейшую формулу углеводорода:

12x : 1y = 9 : 1,5 = 0,75 : 1,5 = 1 : 1.5 = 1:2

Простейшая формула СН2

Mr (СН2) = 14

6.   Mr (СxНy)     42

      ------------- =  ----- = 3

      Mr (СН2)       14

Значит, индексы в истинной формуле будут в 3 раза больше, чем в простейшей формуле, т.е. x = 3, y = 6. Формуле вещества С3Н6.

Ответ: С3Н6

Задача 2. Относительная плотность паров органического вещества по гелию равна 25,5. При сжигании 15,3 г этого вещества образовалось 20,16 л (н.у.)  углекислого газа и 18,9 г воды. Выведите молекулярную формулу этого соединения.

Дано:  СxHyОz (?)

DНе(CxHyOz) = 25,5

m (CxHyOz) = 15,3 г

V (CO2) = 20,16 л

m (H2O)  = 18,9 г

Найти: CxHyOz (?)

Решение.

1. Определим относительную молекулярную массу вещества CxHyOz

Mr (CxHyOz) = DНе (CxHyOz) • Mr (Не) = 25,5 • 4 = 102

2. Образование углекислого газа при горении указывает на наличие в исходном веществе атомов углерода. Составим схему:

m, г      20,16 л                        12 • 20,16

С    →   СО2       => m (C) = -------------- =  10,8 (г)

12г        22,4 л                            22,4

3. Образование воды при горении указывает на наличие в исходном веществе атомов водорода. Составим схему:

m, г      18,9 г                             2 • 18,9

2Н    →   Н2О       => m (Н) = --------------  2,1 (г)

2 г        18 г                                    18

4.  m (C + H) = 10,8 + 2,1 = 12,9 (г). Следовательно, в исходном веществе присутствовал кислород массой:

m (O) = m (CxHyOz) - m (C + H) = 15,3 – 12,9 = 2,4 (г)

5. Выводим простейшую формулу углеводорода:

12x : 1y : 16z = 10,8 : 2,1 : 2,4  = 0,9 : 2,1 : 0,15 = 6 : 14 : 1

Простейшая формула С6Н14О

Mr (С6Н14О) = 102

6.   Mr (CxHyOz)           102

      ------------------    =  ----- = 1

      Mr (С6Н14О)          102

С6Н14О - истинная формула

Ответ: С6Н14О

Решите аналогичные задачи самостоятельно:

Задача 1. Относительная плотность паров органического вещества по водороду равна 45. При сжигании 10,6 г этого вещества образовалось 8,96 л углекислого газа (н.у.) и 9 г воды. Выведите формулу органического вещества. Ответ: С4Н10О3

VII. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ КРИСТАЛЛОГИДРАТА

Задача 1. Определите формулу кристаллогидрата хлорида кальция, зная, что 7,3 г кристаллогидрата теряют при обезвоживании 3,6 г воды.

Дано:

m (CaCl2 • nH2O) = 7,3г

m (H2O) = 3,6г

Найти: CaCl2 • nH2O

Решение.

1. Составим уравнение химической реакции обезвоживания кристаллогидрата.

CaCl2 • nH2O → CaCl2 +  nH2O

ν=1 моль                              ν=n моль

М = (111+18n) г/моль         М = 18 г/моль

Найдем количество вещества кристаллогидрата:

                                m            7.3

ν(CaCl2 • nH2O) = ---- = ------------  (моль)

                                M       111 + 18n

Количество вещества воды по уравнению реакции будет равно:

                                                              7,3 n

ν(H2O) = ν(CaCl2 • nH2O) ∙ n = ------------   (моль) по УР

                                                         111 + 18n

Зная массу воды, мы можем найти ее количество вещества по формуле:

                  m            3,6

ν(H2O) = ---- = ------------ = 0,2 (моль)

                 M            18

Составим уравнение, решив которое найдем значение n:

     7,3 n

------------ = 0,2

111 + 18n

7,3 n = 22,2 + 3,6n

3,7 n = 22,2

n = 6

Ответ: CaCl2 • 6H2O

Решите аналогичную задачу самостоятельно:

1. Из 4,88 г безводного сульфата магния получается 10г кристаллогидрата. Определите формулу кристаллогидрата. Ответ: MgSO4∙7H2O

VIII. ВЫВОД ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА ПО УРАВНЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Задача 1. При взаимодействии 1.2 г двухвалентного металла с кислородом получили 2 г оксида. Определите металл.

Дано:

m (Me) = 1,2 г

m (MeO) = 2 г (т.к. металл двухвалентный, то формула оксида МеО)

Найти: МеО

Решение

Составим уравнение реакции взаимодействия металла с кислородом:

2Ме          +       О2    =        2МеО

ν=2 моль                              ν=2 моль

М = Ar(Me) г/моль             М = (Ar (Me) + 16) г/моль

Найдем количество вещества металла и оксида металла:

               m            1,2

ν(Ме) = ---- = ------------  (моль)

               M       Ar(Me)

                   m            2

ν(МеO) = ---- = ------------------  (моль)

                  M       Ar (Me) + 16

По УХР количество вещества оксида металла равно количеству металла:

   1,2                  2

--------- = ----------------

Ar(Me)     Ar (Me) + 16

Решим уравнение и найдем значение Ar (Me)

1,2 (Ar (Me) + 16) = 2 Ar (Me)

1,2 Ar (Me) + 19,2 = 2 Ar (Me)

0,8 Ar (Me) = 19,2

Ar (Me) = 24

По ПСХЭ определяем, что искомый металл – магний.

Ответ: магний

Решите аналогичную задачу самостоятельно:

1. Щелочной металл массой 6,65 г полностью растворили в воде. Из полученного раствора выпариванием выделили 7,5 г щелочи. Определите этот металл.