Решение задач на вывод молекулярной формулы вещества

Существует несколько типов задач на вывод молекулярной формулы вещества. В нынешней спецификации ЕГЭ

Нахождение молекулярной формулы по известным массовым долям

Самый простой вариант заданий - это задания на вычисление массовой доли элементов в известном соединении. Такие задания обычно включены в часть А. Напомним, что части целого называют долями. По молекулярной формуле можно рассчитать массовые и мольные доли элементов в соединении. Задача на нахождение молекулярной формулы по известным массовым долям - это обратная задача нахождению массовой доли элементов.

Для решения такой задачи рассчитывают массы всех элементов в образце вещества массой 100 г и находят количества элементов в молях. Затем из полученных значений находят наименьшее и делят на него все числа, получая относительные количества каждого элемента. Эти значения, выраженные через простые целые числа, и являются индексами в формуле вещества. Переведем этот рецепт на математический язык. Пусть соединение состоит из элементов X, Y, Z, для каждого из которых известна массовая доля ω и атомная масса A. Обозначим искомую формулу соединения XxYyZz, где x, y, z – неизвестные индексы. Эти индексы выражают через относительные количества элементов:

x: y: z = ν(X): ν(Y): ν(Z),

а последние выражают через массовые доли и атомные массы:

ν(X): ν(Y): ν(Z)=ω(X)A(X):ω(Y)A(Y):ω(Z)A(Z)

Из этих двух уравнений находят индексы x, y, z. Напомним, что они должны быть целыми числами.

Задача 1.

Определите формулу углеводорода, если известно, что содержание углерода в нем равно 80%, а водорода - 20%.

Решение

Пусть числа атомов углерода и водорода в эмпирической формуле равны соответственно х, у — CxHy. Атомные массы C, H равны Ar(C)=12, Ar(H)= 1.

xy= 80/12

                       20/1=6,66666/20=1/3

Следовательно, простейшая эмпирическая формула данного вещества - C1H3 или CH3. Этому простейшему соотношению соответствует несколько гипотетических формул: C2H6, C3H9, C4H12. Но только одно из этих соединений реально существует и не противоречит валентным возможностям углерода: C2H6 - этан.

 

НАХОЖДЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФОРМУЛЫ ПО ИЗВЕСТНЫМ МАССам продуктов и реагентов (по продуктам сгорания)

Другой тип задач С5 (задание 40) заключается в следующем: есть неизвестное органическое соединение X, известен класс, к которому оно относится; определенная масса вещества X реагирует с известной массой реагента Y.

Алгоритм решения подобных заданий заключается в следующем:

1) Определяем общую формулу гомологического ряда, к которому относится соединение Х.

2) Записываем реакцию исследуемого вещества Х с реагентом Y.

3) По массе Y (или конечного вещества Z) находим его количество.

4) По количеству Y или Z делаем вывод о количестве Х.

5) Зная массу Х и его количество, рассчитываем молярную массу исследуемого вещества.

6) По молярной массе X и общей формуле гомологического ряда определяем молекулярную формулу Х.

7) В новом варианте задания С5 также требуется определить возможные структурные формулы веществ, которые отвечают установленной молекулярной формуле.

Формулы гомологических рядов представлены в таблице:

Общие формулы гомологических рядов