Riešenie typických úloh v chémii. Ako riešiť chemické problémy, hotové riešenia
Metódy riešenia problémov v chémii
Pri riešení problémov sa musíte riadiť niekoľkými jednoduchými pravidlami:
- Pozorne si prečítajte podmienky úlohy;
- Zapíšte si, čo je dané;
- V prípade potreby preveďte jednotky fyzikálnych veličín do jednotiek SI (niektoré nesystémové jednotky sú povolené, napr. litre);
- V prípade potreby zapíšte reakčnú rovnicu a usporiadajte koeficienty;
- Vyriešte problém pomocou konceptu množstva látky, a nie metódy zostavovania proporcií;
- Zapíšte si odpoveď.
Aby ste sa úspešne pripravili na chémiu, mali by ste starostlivo zvážiť riešenia problémov uvedených v texte a tiež ich sami vyriešiť dostatočný počet. Práve v procese riešenia problémov sa posilnia základné teoretické princípy kurzu chémie. Problémy je potrebné riešiť počas celej doby štúdia chémie a prípravy na skúšku.
Môžete použiť úlohy na tejto stránke, alebo si môžete stiahnuť dobrú zbierku úloh a cvičení s riešením štandardných a komplikovaných úloh (M. I. Lebedeva, I. A. Ankudimova): stiahnuť.
Mol, molárna hmotnosť
Molová hmotnosť je pomer hmotnosti látky k látkovému množstvu, t.j.
M(x) = m(x)/ν(x), (1)
kde M(x) je molárna hmotnosť látky X, m(x) je hmotnosť látky X, ν(x) je množstvo látky X. Jednotka SI molárnej hmotnosti je kg/mol, ale jednotka g zvyčajne sa používa /mol. Jednotka hmotnosti – g, kg. Jednotkou SI pre množstvo látky je mol.
akýkoľvek problém chémie vyriešený cez množstvo látky. Musíte si zapamätať základný vzorec:
ν(x) = m(x)/ M(x) = V(x)/Vm = N/N A, (2)
kde V(x) je objem látky X(l), V m je molárny objem plynu (l/mol), N je počet častíc, N A je Avogadrova konštanta.
1. Určte hmotnosť jodid sodný NaI látkové množstvo 0,6 mol.
Dané: v(NaI)= 0,6 mol.
Nájsť: m(NaI) =?
Riešenie. Molárna hmotnosť jodidu sodného je:
M(NaI) = M(Na) + M(I) = 23 + 127 = 150 g/mol
Určte hmotnosť NaI:
m(NaI) = v(NaI) M(NaI) = 0,6 150 = 90 g.
2. Určte množstvo látky atómový bór obsiahnutý v tetraboritanu sodnom Na 2 B 4 O 7 s hmotnosťou 40,4 g.
Dané m(Na2B407) = 40,4 g.
Nájsť: ν(B)=?
Riešenie. Molárna hmotnosť tetraboritanu sodného je 202 g/mol. Určte látkové množstvo Na 2 B 4 O 7:
v(Na2B407) = m(Na2B407)/M(Na2B407) = 40,4/202 = 0,2 mol.
Pripomeňme, že 1 mól molekuly tetraboritanu sodného obsahuje 2 móly atómov sodíka, 4 móly atómov bóru a 7 mólov atómov kyslíka (pozri vzorec tetraboritanu sodného). Potom sa množstvo látky atómového bóru rovná: ν(B) = 4 ν (Na 2 B 4 O 7) = 4 0,2 = 0,8 mol.
Výpočty pomocou chemických vzorcov. Hmotnostný zlomok.
Hmotnostný zlomok látky je pomer hmotnosti danej látky v sústave k hmotnosti celej sústavy, t.j. ω(X) =m(X)/m, kde ω(X) je hmotnostný zlomok látky X, m(X) je hmotnosť látky X, m je hmotnosť celej sústavy. Hmotnostný zlomok je bezrozmerná veličina. Vyjadruje sa ako zlomok jednotky alebo ako percento. Napríklad hmotnostný podiel atómového kyslíka je 0,42, alebo 42 %, t.j. co(0)=0,42. Hmotnostný zlomok atómového chlóru v chloride sodnom je 0,607, alebo 60,7 %, t.j. w(Cl)=0,607.
3. Určte hmotnostný zlomok kryštalizačná voda v dihydráte chloridu bárnatého BaCl 2 2 H 2 O.
Riešenie: Molárna hmotnosť BaCl 2 2H 2 O je:
M(BaCl22H20) = 137+ 2 35,5 + 218 = 244 g/mol
Zo vzorca BaCl 2 2H 2 O vyplýva, že 1 mol dihydrátu chloridu bárnatého obsahuje 2 mol H 2 O. Z toho môžeme určiť hmotnosť vody obsiahnutej v BaCl 2 2H 2 O:
m(H20) = 218 = 36 g.
Hmotnostný zlomok kryštalickej vody nájdeme v dihydráte chloridu bárnatého BaCl 2 2H 2 O.
w(H20) = m(H20)/m(BaCl22H20) = 36/244 = 0,1475 = 14,75 %.
4. Zo vzorky skala s hmotnosťou 25 g, s obsahom minerálu argentit Ag 2 S, bolo izolované striebro s hmotnosťou 5,4 g. Určte hmotnostný zlomok argentit vo vzorke.
Dané m(Ag)=5,4 g; m = 25 g.
Nájsť: ω(Ag2S) =?
Riešenie: určíme množstvo striebornej látky nachádzajúcej sa v argentite: ν(Ag) =m(Ag)/M(Ag) = 5,4/108 = 0,05 mol.
Zo vzorca Ag 2 S vyplýva, že množstvo argentitovej látky je polovičné ako množstvo striebornej látky. Určte množstvo argentitovej látky:
ν(Ag2S)= 0,5 ν(Ag) = 0,5 0,05 = 0,025 mol
Hmotnosť argentitu vypočítame:
m(Ag2S) = ν(Ag2S) М(Ag2S) = 0,025 248 = 6,2 g.
Teraz určíme hmotnostný zlomok argentitu vo vzorke horniny s hmotnosťou 25 g.
w(Ag2S) = m(Ag2S)/m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8 %.
Odvodenie zložených vzorcov
5. Určte najjednoduchší vzorec zlúčeniny draslíka s mangánom a kyslíkom, ak hmotnostné podiely prvkov v tejto látke sú 24,7, 34,8 a 40,5 %, resp.
Dané: co(K) = 24,7 %; w(Mn) = 34,8 %; w(0) = 40,5 %.
Nájsť: vzorec zlúčeniny.
Riešenie: pre výpočty volíme hmotnosť zlúčeniny rovnajúcu sa 100 g, t.j. m=100 g hmotnosti draslíka, mangánu a kyslíka budú:
m(K) = mco(K); m (K) = 100 0,247 = 24,7 g;
m(Mn) = mco(Mn); m (Mn) = 100 0,348 = 34,8 g;
m(0) = mco(0); m(0) = 100 0,405 = 40,5 g.
Stanovujeme množstvá atómových látok draslíka, mangánu a kyslíka:
v(K)= m(K)/M(K) = 24,7/39= 0,63 mol
ν(Mn)= m(Mn)/ М(Mn) = 34,8/ 55 = 0,63 mol
v(0) = m(0)/M(0) = 40,5/16 = 2,5 mol
Nájdeme pomer množstiev látok:
ν(K): ν(Mn): ν(0) = 0,63: 0,63: 2,5.
Vydelením pravej strany rovnosti menším číslom (0,63) dostaneme:
ν(K): ν(Mn): ν(O) = 1:1:4.
teda najjednoduchší vzorec zlúčeniny KMn04.
6. Spálením 1,3 g látky vzniklo 4,4 g oxidu uhoľnatého (IV) a 0,9 g vody. Nájdite molekulárny vzorec látka, ak jej hustota vodíka je 39.
Dané m(in-va) = 1,3 g; m(C02)=4,4 g; m(H20) = 0,9 g; DH2=39.
Nájsť: vzorec látky.
Riešenie: Predpokladajme, že látka, ktorú hľadáme, obsahuje uhlík, vodík a kyslík, pretože pri jeho spaľovaní vznikali CO 2 a H 2 O Potom je potrebné zistiť množstvá látok CO 2 a H 2 O, aby bolo možné určiť množstvá atómových látok uhlíka, vodíka a kyslíka.
v(C02) = m(C02)/M(C02) = 4,4/44 = 0,1 mol;
v(H20) = m(H20)/M(H20) = 0,9/18 = 0,05 mol.
Určujeme množstvá atómových uhlíkových a vodíkových látok:
v(C)= v(C02); v(C) = 0,1 mol;
v(H)= 2 v(H20); v(H) = 2 0,05 = 0,1 mol.
Preto budú hmotnosti uhlíka a vodíka rovnaké:
m(C) = v(C) M(C) = 0,112 = 1,2 g;
m(N) = v(N) M(N) = 0,11 = 0,1 g.
Určujeme kvalitatívne zloženie látky:
m(in-va) = m(C) + m(H) = 1,2 + 0,1 = 1,3 g.
V dôsledku toho látka pozostáva len z uhlíka a vodíka (pozri problémové vyhlásenie). Poďme teraz určiť jeho molekulovú hmotnosť na základe danej podmienky úlohy hustota vodíka látky.
M(v-va) = 2D H2 = 239 = 78 g/mol.
ν(С): ν(Н) = 0,1: 0,1
Vydelením pravej strany rovnosti číslom 0,1 dostaneme:
ν(С): ν(Н) = 1:1
Zoberme si počet atómov uhlíka (alebo vodíka) ako „x“, potom vynásobením „x“ atómovými hmotnosťami uhlíka a vodíka a prirovnaním tohto súčtu k molekulovej hmotnosti látky vyriešime rovnicu:
12x + x = 78. Preto x = 6. Vzorec látky je teda C 6 H 6 - benzén.
Molárny objem plynov. Zákony ideálnych plynov. Objemový zlomok.
Molárny objem plynu rovný pomeru objem plynu k látkovému množstvu tohto plynu, t.j.
Vm = V(X)/ ν(x),
kde V m je molárny objem plynu - konštantná hodnota pre akýkoľvek plyn za daných podmienok; V(X) – objem plynu X; ν(x) – množstvo plynnej látky X. Molárny objem plynov za normálnych podmienok ( normálny tlak pH = 101 325 Pa ≈ 101,3 kPa a teplota Tn = 273,15 K ≈ 273 K) je V m = 22,4 l/mol.
Pri výpočtoch zahŕňajúcich plyny je často potrebné prejsť z týchto podmienok na normálne alebo naopak. V tomto prípade je vhodné použiť vzorec vyplývajúci z kombinovaného plynového zákona Boyle-Mariotte a Gay-Lussac:
──── = ─── (3)
kde p je tlak; V – objem; T - teplota v Kelvinovej stupnici; index „n“ označuje normálne podmienky.
Zloženie zmesí plynov sa často vyjadruje pomocou objemového zlomku - pomeru objemu danej zložky k celkovému objemu sústavy, t.j.
kde φ(X) je objemový podiel zložky X; V(X) – objem zložky X; V je objem systému. Objemový zlomok je bezrozmerná veličina, vyjadruje sa v zlomkoch jednotky alebo v percentách.
7. Ktorý objem odoberie pri teplote 20 o C a tlaku 250 kPa čpavok s hmotnosťou 51 g?
Dané m(NH3)=51 g; p = 250 kPa; t = 20 °C.
Nájsť: V(NH3) =?
Riešenie: určiť množstvo látky amoniaku:
v(NH3) = m(NH3)/M(NH3) = 51/17 = 3 mol.
Objem amoniaku za normálnych podmienok je:
V(NH3) = Vmv(NH3) = 22,4 3 = 67,2 l.
Pomocou vzorca (3) znížime objem amoniaku na tieto podmienky [teplota T = (273 +20) K = 293 K]:
p n TV n (NH 3) 101,3 293 67,2
V(NH 3) =──────── = ───────── = 29,2 l.
8. Definujte objem, ktorý bude za normálnych podmienok obsadený plynnou zmesou obsahujúcou vodík s hmotnosťou 1,4 g a dusík s hmotnosťou 5,6 g.
Dané m(N2)=5,6 g; m(H2)=1,4; Dobre.
Nájsť: V(zmesi)=?
Riešenie: nájdite množstvá vodíkových a dusíkatých látok:
v(N2) = m(N2)/M(N2) = 5,6/28 = 0,2 mol
v(H2) = m(H2)/M(H2) = 1,4/2 = 0,7 mol
Keďže za normálnych podmienok tieto plyny navzájom neinteragujú, objem plynnej zmesi sa bude rovnať súčtu objemov plynov, t.j.
V(zmesi)=V(N2) + V(H2)=Vmv(N2) + Vmv(H2) = 22,4 0,2 + 22,4 0,7 = 20,16 l.
Výpočty pomocou chemických rovníc
Výpočty pomocou chemických rovníc (stechiometrické výpočty) vychádzajú zo zákona zachovania hmotnosti látok. V reálnych chemických procesoch je však v dôsledku neúplnej reakcie a rôznych strát látok hmotnosť výsledných produktov často menšia ako tá, ktorá by mala vzniknúť v súlade so zákonom o zachovaní hmotnosti látok. Výťažok reakčného produktu (alebo hmotnostný zlomok výťažku) je pomer, vyjadrený v percentách, hmotnosti skutočne získaného produktu k jeho hmotnosti, ktorý by mal byť vytvorený v súlade s teoretickým výpočtom, t.j.
η = /m(X) (4)
kde η je výťažok produktu, %; mp (X) je hmotnosť produktu X získaného v skutočnom procese; m(X) – vypočítaná hmotnosť látky X.
V tých úlohách, kde nie je špecifikovaná výťažnosť produktu, sa predpokladá, že je kvantitatívna (teoretická), t.j. η = 100 %.
9. Koľko fosforu treba spáliť? na získanie oxid fosforečný s hmotnosťou 7,1 g?
Dané m(P205) = 7,1 g.
Nájsť: m(P) =?
Riešenie: zapíšeme rovnicu pre spaľovaciu reakciu fosforu a usporiadame stechiometrické koeficienty.
4P+ 502 = 2P205
Určte množstvo látky P 2 O 5, ktoré vedie k reakcii.
v(P205) = m(P205)/M(P205) = 7,1/142 = 0,05 mol.
Z reakčnej rovnice vyplýva, že ν(P 2 O 5) = 2 ν(P), preto sa množstvo fosforu potrebné na reakciu rovná:
ν(P205)= 2 v(P) = 2 0,05= 0,1 mol.
Odtiaľ nájdeme hmotnosť fosforu:
m(P) = v(P) M(P) = 0,131 = 3,1 g.
10. Horčík s hmotnosťou 6 g a zinok s hmotnosťou 6,5 g sa rozpustili v nadbytku kyseliny chlorovodíkovej. Aký objem vodík, merané za štandardných podmienok, vynikne kde?
Dané m(Mg)=6 g; m(Zn) = 6,5 g; Dobre.
Nájsť: V(H2) =?
Riešenie: zapíšeme reakčné rovnice pre interakciu horčíka a zinku s kyselina chlorovodíková a usporiadať stechiometrické koeficienty.
Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2
Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2
Stanovujeme množstvá látok horčíka a zinku, ktoré reagovali s kyselinou chlorovodíkovou.
v(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 6/24 = 0,25 mol
v(Zn) = m(Zn)/M(Zn) = 6,5/65 = 0,1 mol.
Z reakčných rovníc vyplýva, že množstvá kovových a vodíkových látok sú rovnaké, t.j. v(Mg) = v(H2); ν(Zn) = ν(H 2), určíme množstvo vodíka vyplývajúce z dvoch reakcií:
ν(H2) = ν(Mg) + ν(Zn) = 0,25 + 0,1 = 0,35 mol.
Vypočítame objem vodíka uvoľneného v dôsledku reakcie:
V(H2) = Vm v(H2) = 22,4 0,35 = 7,84 l.
11. Keď sa objem 2,8 litra sírovodíka (za normálnych podmienok) nechal prejsť nadbytočným roztokom síranu meďnatého, vytvorila sa zrazenina s hmotnosťou 11,4 g. Určite východ reakčný produkt.
Dané: V(H2S) = 2,8 1; m (sediment) = 11,4 g; Dobre.
Nájsť: η =?
Riešenie: zapíšeme rovnicu pre reakciu medzi sírovodíkom a síranom meďnatým.
H2S + CuSO4 = CuS↓+ H2S04
Určujeme množstvo sírovodíka zapojené do reakcie.
v(H2S) = V(H2S) / Vm = 2,8/22,4 = 0,125 mol.
Z reakčnej rovnice vyplýva, že ν(H 2 S) = ν(СuS) = 0,125 mol. To znamená, že môžeme nájsť teoretickú hmotnosť CuS.
m(СuS) = ν(СuS) М(СuS) = 0,125 96 = 12 g.
Teraz určíme výťažok produktu pomocou vzorca (4):
n = /m(X)= 11,4 100/ 12 = 95 %.
12. Ktorý hmotnosť chlorid amónny vzniká interakciou chlorovodíka s hmotnosťou 7,3 g s amoniakom s hmotnosťou 5,1 g? Ktorý plyn zostane v prebytku? Určte hmotnosť prebytku.
Dané m(HCl)=7,3 g; m(NH3)=5,1 g.
Nájsť m(NH4CI) = ? m (prebytok) =?
Riešenie: zapíšte si rovnicu reakcie.
HCl + NH3 = NH4CI
Táto úloha je o „nadbytku“ a „nedostatku“. Vypočítame množstvá chlorovodíka a amoniaku a určíme, ktorý plyn je v prebytku.
v(HCl) = m(HCl)/M(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 mol;
v(NH3) = m(NH3)/M(NH3) = 5,1/17 = 0,3 mol.
Amoniaku je nadbytok, preto počítame na základe nedostatku, t.j. pre chlorovodík. Z reakčnej rovnice vyplýva, že ν(HCl) = ν(NH 4 Cl) = 0,2 mol. Určte hmotnosť chloridu amónneho.
m(NH4CI) = v(NH4CI) M(NH4CI) = 0,2 53,5 = 10,7 g.
Zistili sme, že amoniak je prebytok (v látkovom množstve je prebytok 0,1 mol). Vypočítajme hmotnosť prebytočného amoniaku.
m(NH3) = v(NH3) M(NH3) = 0,117 = 1,7 g.
13. Technický karbid vápnika s hmotnosťou 20 g sa spracoval s prebytkom vody, čím sa získal acetylén, ktorý pri prechode prebytočnou brómovou vodou vytvoril 1,1,2,2-tetrabrómetán s hmotnosťou 86,5 g hmotnostný zlomok CaC 2 v technickom karbide.
Dané m = 20 g; m(C2H2Br4) = 86,5 g.
Nájsť: ω(CaC2) =?
Riešenie: zapíšeme rovnice pre interakciu karbidu vápnika s vodou a acetylénu s brómovou vodou a usporiadame stechiometrické koeficienty.
CaC2+2H20 = Ca(OH)2 + C2H2
C2H2+2Br2 = C2H2Br4
Nájdite množstvo tetrabrómetánu.
v(C2H2Br4) = m(C2H2Br4)/M(C2H2Br4) = 86,5/346 = 0,25 mol.
Z reakčných rovníc vyplýva, že ν(C 2 H 2 Br 4) = ν(C 2 H 2) = ν(CaC 2) = 0,25 mol. Odtiaľ môžeme nájsť hmotnosť čistého karbidu vápnika (bez nečistôt).
m(CaC2) = v(CaC2) M(CaC2) = 0,2564 = 16 g.
Stanovujeme hmotnostný zlomok CaC 2 v technickom karbide.
w(CaC2) = m(CaC2)/m = 16/20 = 0,8 = 80 %.
Riešenia. Hmotnostný podiel zložky roztoku
14. Síra s hmotnosťou 1,8 g bola rozpustená v benzéne s objemom 170 ml Hustota benzénu je 0,88 g/ml. Definujte hmotnostný zlomok síra v roztoku.
Dané: V(C6H6) = 170 ml; m(S) = 1,8 g; p(C6C6) = 0,88 g/ml.
Nájsť: ω(S) =?
Riešenie: na zistenie hmotnostného zlomku síry v roztoku je potrebné vypočítať hmotnosť roztoku. Určte hmotnosť benzénu.
m(C6C6) = p(C6C6) V(C6H6) = 0,88 170 = 149,6 g.
Nájdite celkovú hmotnosť roztoku.
m(roztok) = m(C6C6) + m(S) = 149,6 + 1,8 = 151,4 g.
Vypočítajme hmotnostný zlomok síry.
w(S) = m(S)/m = 1,8/151,4 = 0,0119 = 1,19 %.
15. Síran železitý FeSO 4 7H 2 O s hmotnosťou 3,5 g sa rozpustil vo vode s hmotnosťou 40 g hmotnostný zlomok síranu železnatého vo výslednom roztoku.
Dané MS: m(H20)=40 g; m(FeS04.7H20) = 3,5 g.
Nájsť: ω(FeSO4) =?
Riešenie: nájdite hmotnosť FeSO 4 obsiahnutého v FeSO 4 7H 2 O. Na tento účel vypočítajte množstvo látky FeSO 4 7H 2 O.
v(FeS047H20)=m(FeS047H20)/M(FeS047H20)=3,5/278=0,0125 mol
Zo vzorca síranu železnatého vyplýva, že ν(FeSO 4) = ν(FeSO 4 7H 2 O) = 0,0125 mol. Vypočítajme hmotnosť FeSO 4:
m(FeS04) = v(FeS04) M(FeS04) = 0,0125 152 = 1,91 g.
Vzhľadom na to, že hmotnosť roztoku pozostáva z hmotnosti síranu železnatého (3,5 g) a hmotnosti vody (40 g), vypočítame hmotnostný podiel síranu železnatého v roztoku.
w(FeS04) = m (FeS04)/m = 1,91/43,5 = 0,044 = 4,4 %.
Problémy riešiť samostatne
- 50 g metyljodidu v hexáne sa vystavilo pôsobeniu kovového sodíka a uvoľnilo sa 1,12 litra plynu, merané za normálnych podmienok. Stanovte hmotnostný zlomok metyljodidu v roztoku. Odpoveď: 28,4%.
- Určité množstvo alkoholu sa oxidovalo za vzniku monokarboxylovej kyseliny. Po spálení 13,2 g tejto kyseliny sa získal oxid uhličitý, ktorého úplná neutralizácia si vyžiadala 192 ml roztoku KOH s hmotnostným zlomkom 28 %. Hustota roztoku KOH je 1,25 g/ml. Určite vzorec alkoholu. Odpoveď: butanol.
- Plyn získaný reakciou 9,52 g medi s 50 ml 81 % roztoku kyseliny dusičnej s hustotou 1,45 g/ml prešiel cez 150 ml 20 % roztoku NaOH s hustotou 1,22 g/ml. Určte hmotnostné podiely rozpustených látok. Odpoveď: 12,5 % NaOH; 6,48 % NaN03; 5,26 % NaN02.
- Určte objem plynov uvoľnených pri výbuchu 10 g nitroglycerínu. Odpoveď: 7,15 l.
- Ukážka organickej hmoty s hmotnosťou 4,3 g bol spálený v kyslíku. Reakčnými produktmi sú oxid uhoľnatý (IV) s objemom 6,72 l (normálne podmienky) a voda s hmotnosťou 6,3 g Hustota pár východiskovej látky vzhľadom na vodík je 43. Určte vzorec látky. Odpoveď: C6H14.
Diskutovali sme o všeobecnom algoritme na riešenie úlohy č. 35 (C5). Je čas pozrieť sa na konkrétne príklady a ponúknuť vám výber problémov, ktoré môžete vyriešiť svojpomocne.
Príklad 2. Na úplnú hydrogenáciu 5,4 g nejakého alkínu je potrebných 4,48 litra vodíka (n.s.) Určte molekulový vzorec tohto alkínu.
Riešenie. Budeme konať v súlade s všeobecným plánom. Nech molekula neznámeho alkínu obsahuje n atómov uhlíka. Všeobecný vzorec homologického radu C n H 2n-2. Hydrogenácia alkínov prebieha podľa rovnice:
CnH2n-2 + 2H2 = CnH2n+2.
Množstvo vodíka, ktoré zreagovalo, možno zistiť pomocou vzorca n = V/Vm. V tomto prípade n = 4,48/22,4 = 0,2 mol.
Rovnica ukazuje, že 1 mól alkínu pridá 2 móly vodíka (pripomeňme, že v probléme hovoríme o kompletný hydrogenácia), preto n(CnH2n-2) = 0,1 mol.
Na základe hmotnosti a množstva alkínu zistíme jeho molárnu hmotnosť: M(C n H 2n-2) = m(hmotnosť)/n(množstvo) = 5,4/0,1 = 54 (g/mol).
Relatívna molekulová hmotnosť alkínu je súčtom n atómových hmotností uhlíka a 2n-2 atómových hmotností vodíka. Dostaneme rovnicu:
12n + 2n - 2 = 54.
Rozhodnime sa lineárna rovnica, dostaneme: n = 4. Vzorec alkínu: C 4 H 6 .
Odpoveď: C4H6.
Chcel by som upozorniť na jeden významný bod: molekulový vzorec C4H6 zodpovedá niekoľkým izomérom vrátane dvoch alkínov (butín-1 a butín-2). Na základe týchto problémov nebudeme môcť jednoznačne stanoviť štruktúrny vzorec skúmanej látky. V tomto prípade to však nie je potrebné!
Príklad 3. Keď sa 112 litrov (n.a.) neznámeho cykloalkánu spáli v prebytku kyslíka, vznikne 336 litrov CO 2 . Stanovte štruktúrny vzorec cykloalkánu.
Riešenie. Všeobecný vzorec homologického radu cykloalkánov: C n H 2n. Pri úplnom spaľovaní cykloalkánov, rovnako ako pri spaľovaní akýchkoľvek uhľovodíkov, vzniká oxid uhličitý a voda:
CnH2n + 1,5n02 = nC02 + nH20.
Upozorňujeme: koeficienty v reakčnej rovnici v tomto prípade závisia od n!
Počas reakcie sa vytvorilo 336/22,4 = 15 mol oxid uhličitý. 112/22,4 = 5 mólov uhľovodíka vstúpilo do reakcie.
Ďalšia úvaha je zrejmá: ak sa vytvorí 15 mólov CO 2 na 5 mólov cykloalkánu, potom sa vytvorí 15 molekúl oxidu uhličitého na 5 molekúl uhľovodíka, t. j. jedna molekula cykloalkánu produkuje 3 molekuly CO 2 . Pretože každá molekula oxidu uhoľnatého (IV) obsahuje jeden atóm uhlíka, môžeme dospieť k záveru: jedna molekula cykloalkánu obsahuje 3 atómy uhlíka.
Záver: n = 3, vzorec cykloalkánu - C3H6.
Ako vidíte, riešenie tohto problému „nezapadá“ do všeobecného algoritmu. Molárnu hmotnosť zlúčeniny sme tu nehľadali, ani sme nevytvárali žiadnu rovnicu. Autor: formálne kritériá Tento príklad nie je ako štandardný problém C5. Ale už som zdôraznil, že je dôležité nezapamätať si algoritmus, ale pochopiť ZMYSEL vykonávaných akcií. Ak pochopíte význam, sami budete môcť vykonať zmeny v Jednotnej štátnej skúške. všeobecná schéma, zvoľte najracionálnejšiu cestu riešenia.
V tomto príklade je ešte jedna „podivná vec“: je potrebné nájsť nielen molekulárny, ale aj štruktúrny vzorec zlúčeniny. V predchádzajúcej úlohe sme to nedokázali, ale v v tomto príklade- Prosím! Faktom je, že vzorec C3H6 zodpovedá iba jednému izoméru - cyklopropánu.
Odpoveď: cyklopropán.
Príklad 4. 116 g určitého množstva nasýteného aldehydu sa dlho zahrievalo s roztokom amoniaku s oxidom strieborným. Reakciou sa získalo 432 g kovového striebra. Určite molekulový vzorec aldehydu.
Riešenie. Všeobecný vzorec homologického radu nasýtených aldehydov je: C n H 2n+1 COH. Aldehydy sa ľahko oxidujú na karboxylové kyseliny, najmä pôsobením roztoku amoniaku oxidu strieborného:
CnH2n+1 COH + Ag20 = CnH2n+1 COOH + 2 Ag.
Poznámka. V skutočnosti je reakcia opísaná zložitejšou rovnicou. Pri pridávaní Ag 2 O do vodný roztok amoniaku, vzniká komplexná zlúčenina OH - diaminhydroxid strieborný. Práve táto zlúčenina pôsobí ako oxidačné činidlo. Počas reakcie vzniká amónna soľ karboxylovej kyseliny:
CnH2n+1 COH + 2OH = CnH2n+1 COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H20.
Ďalší dôležitý bod! Oxidácia formaldehydu (HCOH) nie je opísaná uvedenou rovnicou. Keď HCOH reaguje s roztokom amoniaku oxidu strieborného, uvoľňujú sa 4 móly Ag na 1 mól aldehydu:
НCOH + 2Ag2O = CO2 + H2O + 4Ag.
Buďte opatrní pri riešení problémov spojených s oxidáciou karbonylových zlúčenín!
Vráťme sa k nášmu príkladu. Na základe hmotnosti uvoľneného striebra môžete zistiť množstvo tohto kovu: n(Ag) = m/M = 432/108 = 4 (mol). Podľa rovnice na 1 mol aldehydu vznikajú 2 móly striebra, teda n(aldehyd) = 0,5n(Ag) = 0,5*4 = 2 móly.
Molová hmotnosť aldehydu = 116/2 = 58 g/mol. Pokúste sa urobiť ďalšie kroky sami: musíte vytvoriť rovnicu, vyriešiť ju a vyvodiť závery.
Odpoveď: C2H5COH.
Príklad 5. Keď zreaguje 3,1 g nejakého primárneho amínu s dostatočné množstvo HBr poskytuje 11,2 g soli. Určte vzorec amínu.
Riešenie. Primárne amíny (C n H 2n + 1 NH 2) pri reakcii s kyselinami tvoria alkylamóniové soli:
СnH2n+1 NH2 + HBr = [СnH2n+1 NH3] + Br-.
Bohužiaľ, na základe hmotnosti vytvoreného amínu a soli nemôžeme zistiť ich množstvo (pretože molárne hmotnosti nie sú známe). Poďme inou cestou. Spomeňme si na zákon zachovania hmotnosti: m(amín) + m(HBr) = m(soľ), teda m(HBr) = m(soľ) - m(amín) = 11,2 - 3,1 = 8,1.
Venujte pozornosť tejto technike, ktorá sa veľmi často používa pri riešení C 5. Aj keď hmotnosť činidla nie je v zadaní úlohy výslovne uvedená, môžete ju skúsiť nájsť z hmotností iných zlúčenín.
Takže sme späť na správnej ceste so štandardným algoritmom. Na základe hmotnosti bromovodíka zistíme množstvo, n(HBr) = n(amín), M(amín) = 31 g/mol.
Odpoveď: CH3NH2.
Príklad 6. Určité množstvo alkénu X pri reakcii s nadbytkom chlóru tvorí 11,3 g dichloridu a pri reakcii s nadbytkom brómu 20,2 g dibromidu. Určite molekulový vzorec X.
Riešenie. Alkény pridávajú chlór a bróm za vzniku dihalogénových derivátov:
CnH2n + Cl2 = CnH2nCl2,
CnH2n + Br2 = CnH2nBr2.
V tomto probléme je zbytočné hľadať množstvo dichloridu alebo dibromidu (ich molárne hmotnosti nie sú známe) alebo množstvo chlóru alebo brómu (ich hmotnosti nie sú známe).
Používame jednu neštandardnú techniku. Molárna hmotnosť CnH2nCl2 je 12n + 2n + 71 = 14n + 71. M(CnH2nBr2) = 14n + 160.
Známe sú aj hmotnosti dihalogenidov. Môžete zistiť množstvá získaných látok: n(C n H 2n Cl 2) = m/M = 11,3/(14n + 71). n(CnH2nBr2) = 20,2/(14n + 160).
Podľa konvencie sa množstvo dichloridu rovná množstvu dibromidu. Táto skutočnosť nám umožňuje vytvoriť rovnicu: 11,3/(14n + 71) = 20,2/(14n + 160).
Táto rovnica má jedinečné riešenie: n = 3.
Odpoveď: C3H6
V záverečnej časti Vám ponúkam výber problémov typu C5 rôznej zložitosti. Skúste ich vyriešiť sami - bude to vynikajúce školenie pred vykonaním jednotnej štátnej skúšky z chémie!
Vývoj lekcie (poznámky k lekcii)
Pozor! Správa stránky nezodpovedá za obsah metodologický vývoj, ako aj za súlad s vypracovaním federálneho štátneho vzdelávacieho štandardu.
Skúšobná otázka č.21 OGE materiály v chémii je problém na rovnici chemickej reakcie. Špecifikácia kontrolných meracích materiálov k hlavnej štátnej skúške z chémie v roku 2018 špecifikuje nasledovné zručnosti, ktoré je potrebné pri plnení tejto úlohy preveriť: « Výpočet hmotnostného podielu rozpustenej látky v roztoku. Výpočet látkového množstva, hmotnosti alebo objemu látky z látkového množstva, hmotnosti alebo objemu jedného z reaktantov alebo produktov reakcie.“ Rozbor ukážkových prác a úloh otvorená banka nám umožnilo identifikovať tri typy úloh používaných v skúšobných prácach. V rámci prípravy na OGE riešim so študentmi príklady každého typu problémov a ponúkam podobné úlohy vybrané z otvorenej banky na samostatné riešenie. Pri riešení úloh z rovníc chemických reakcií používam algoritmus uvedený v učebnici chémie pre 8. ročníka od O.S. Gabrielyana.
1 typ
Je uvedená hmotnosť roztoku produktu alebo jedného z východiskových materiálov reakcie. Vypočítajte hmotnosť (objem) východiskovej látky alebo reakčného produktu.
1 akcia: Vypočítame hmotnosť produktu alebo jedného z východiskových materiálov reakcie.
Akcia 2: Pomocou algoritmu vypočítame hmotnosť alebo objem východiskovej látky.
Príklad úlohy: TO Riešenie chloridu hlinitého s hmotnosťou 53,2 g a hmotnostným zlomkom 5 %, bol pridaný nadbytok roztoku dusičnanu strieborného. Vypočítajte hmotnosť vytvoreného sedimentu.
Analýza riešenia
- TO Riešenie síran hlinitý s hmotnosťou 34,2 g a hmotnostným podielom 10 %, bol pridaný nadbytok roztoku dusičnanu bárnatého. Vypočítajte hmotnosť vytvoreného sedimentu.
- Oxid uhličitý prechádzal cez roztok hydroxidu vápenatého. Vzniklo 324 g Riešenie hydrogénuhličitan vápenatý s hmotnostným zlomkom 1 %. Vypočítajte objem zreagovaného plynu.
2. pohľad
Udáva sa hmotnosť roztoku látky alebo reakčného produktu. Vypočítajte hmotnostný zlomok látky alebo reakčného produktu.
1 akcia: Pomocou algoritmu vypočítame hmotnosť východiskovej látky (produktu) reakcie. Nedbáme na hmotnosť jeho riešenia.
Akcia 2: Hmotnosť východiskovej látky (produktu) poznáme – našli sme ju v prvom kroku. Hmotnosť roztoku poznáme – je daná v podmienke. Nájdenie hmotnostného zlomku.
Príklad úlohy: 73 g Riešenie kyselina chlorovodíková sa zmiešala s časťou uhličitanu vápenatého. V tomto prípade sa uvoľnilo 0,896 litra plynu. Vypočítajte hmotnostný zlomok originálu Riešenie kyseliny chlorovodíkovej.
Analýza riešenia
2. ω = m(in-va)/m(roztok) · 100 %
ω = 2,92/73 100 = 4 %
Problémy na samostatné riešenie.
- Do 200 g Riešenie chloridu vápenatého sa pridával roztok uhličitanu sodného, kým sa nezastavilo zrážanie. Hmotnosť sedimentu bola 12,0 g Vypočítajte hmotnostný podiel chloridu vápenatého v pôvodnom roztoku. (Vezmite relatívnu atómovú hmotnosť chlóru na 35,5)
- Po prechode 4,4 g oxidu uhličitého cez 320 g Riešenie hydroxid draselný, čím sa získa roztok strednej soli. Vypočítajte hmotnostný zlomok alkálie v roztoku
Typ 3
Udáva sa hmotnostný zlomok roztoku východiskovej látky. Určte hmotnosť východiskovej látky.
1 Akcia. Pomocou algoritmu nájdite hmotnosť východiskovej látky.
2 Akcia. Poznáme hmotnosť východiskovej látky (z prvej akcie). Hmotnostný zlomok poznáme (z podmienky). Nájdite hmotnosť roztoku.
Vzorová úloha: Prebytok roztoku chloridu bárnatého sa pridal k roztoku uhličitanu draselného s hmotnostným zlomkom 6 %. V dôsledku toho sa vytvorila zrazenina s hmotnosťou 9,85 g. Určte hmotnosť počiatočného roztoku uhličitanu draselného.
Analýza riešenia
2. ω = m(in-va)/m(roztok) · 100 %
m(roztok) = 6,9/6 ▪ 100 % = 115 g.
Problémy riešiť samostatne
- Po prechode 11,2 litra (N.S.) amoniaku cez 10% roztok kyseliny sírovej sa získal roztok strednej soli. Určte hmotnosť počiatočného roztoku kyseliny sírovej.
- Pri prechode 4,48 litra oxidu uhličitého (n.o.) cez roztok hydroxidu bárnatého s hmotnostným zlomkom 12% vznikol uhličitan bárnatý. Vypočítajte hmotnosť počiatočného roztoku hydroxidu bárnatého.
Algoritmus riešenia úloh pomocou rovníc chemických reakcií
- Stručný popis problémových stavov.
- Zápis rovnice chemickej reakcie.
- Zápis známych a neznámych veličín cez vzorce látok.
- Napíšte množstvá pod vzorce látok, molárne hmotnosti a hmotnosti (alebo molárne objemy a objemy) látok.
- Kreslenie a riešenie proporcií.
- Zaznamenávanie odpovede na úlohu.
