7.2.2. Примеры заданий c5 и комментарии к их решению

Остановимся подробно на заданиях С5, при решении которых необходимо составить уравнение реакции с участием вещества (неорганического или органического, чаще – органического), формулу которого необходимо установить. Приведем примеры таких заданий и прокомментируем их решение.

1. При взаимодействии предельной одноосновной кислоты и предельного одноатомного спирта, молекулы которых содержат одинаковое число атомов углерода, образовался сложный эфир. Массовая доля кислорода в полученном сложном эфире равна 36,36%. Определите формулы кислоты и спирта.

Как и в случае заданий С4, эту задачу можно решить несколькими способами. каждый из которых будет являться верным, если ученик продемонстрирует логику предложенного им способа решения и в соответствии с ним выполнит вычисления, которые приведут его к правильному ответу. Рассмотрим два способа решения этой задачи.

Способ 1

1) Cоставим уравнение реакции этерификации, учитывая, что молекулы спирта и кислоты содержат одинаковое число атомов углерода:

С_nH_2n+1COOH + C_nH_2n+1CH₂OH → С_nH_2n+1COOCH₂C_nH_2n+1

2) Составим выражение для расчета числа атомов углерода в молекуле полученного сложного эфира по массовой доле кислорода:

w(О) = = 0,3636, откуда n = 1

3) Составим формулы кислоты и спирта:

формула кислоты: СН₃СООН;

формула спирта: СН₃СН₂ОН.

Способ 2

1) Составим общую формулу сложных эфиров:

С_nH_2nO₂

2) Запишем выражение для расчета числа атомов углерода в молекуле полученного сложного эфира по массовой доле кислорода:

w(О) = = 0,3636, откуда n = 4

Это значит, что сумма числа атомов углерода в молекулах кислоты и спирта равна 4. Соответственно, в молекулах кислоты и спирта содержится по два атома углерода.

3) Составим формулы кислоты и спирта:

формула кислоты: СН₃СООН;

формула спирта: СН₃СН₂ОН.

2. Для полного растворения 1,00 г оксида металла, проявляющего в соединениях степень окисления +2, потребовалось 18,25 г 10%-ного раствора соляной кислоты. Установите молекулярную формулу оксида.

1) Формула оксида металла, проявляющего степень окисления +2, будет иметь вид: МО.

Составим уравнение реакции взаимодействия этого оксида с соляной кислотой:

МО + 2НСl = MCl₂ + H₂O

2) Исходя из уравнения, определим количество вещества оксида металла и его молярную массу:

n(МО) = n(HCl) = = 0,25 моль

М(МО) = = 40 г/моль

3) Определим молярную массу металла и на основании ее значения – сам металл:

М(М) = 40 – 16 = 24 г/моль.

Металлом с такой молярной массой является магний.

Таким образом, формула оксида – МgO.

3. Алкин массой 13,6 г может максимально присоединить 8,96 л (н.у.) водорода. Установите молекулярную формулу алкина.

1) Запишем уравнение реакции полного гидрирования алкина, т.е. приводящего к образованию алкана:

С_хН_2х-2 + 2Н₂ → С_хН_2х+2

Найдем количество вещества вступившего в реакцию водорода:

n(H₂) = 0,4 моль

2) Определим количество вещества алкина, выразив его через количество вещества водорода. Согласно уравнению реакции,

n(С_хН_2х-2) = n(H₂) = ∙ 0,4 = 0,2 моль

Найдем молярную массу алкина:

М(С_хН_2х-2) = 13,6/0,2 = 68 г/моль

3) Определим число атомов углерода в молекуле алкина. Для этого составим алгебраическое выражение для расчета его молярной массы:

М(С_хН_2х-2) = 14х – 2

14х – 2 = 68,

откуда х = 5

Следовательно, молекулярная формула алкина С₅Н_8.

4. Одинаковое количество алкена в результате присоединения хлороводорода и бромоводорода образует соответственно 19,35 г хлорпроизводного и 32,7 г бромпроизводного. Установите молекулярную формулу алкена.

1) Составим уравнения реакций взаимодействия алкена с хлороводородом и бромоводородом:

С_хН_2х + НСl → С_хН_2х+1Cl

С_хН_2х + НBr → С_хН_2х+1Br

2) Согласно условию задачи, в реакции вступило одинаковое количество алкена, значит, количества образующихся хлорпроизводного и бромпроизводного также будут равны. Учитывая это, составим равенство и на его основе – алгебраическое уравнение:

n(С_хН_2х+1Cl) = n(С_хН_2х+1Br)

Решая алгебраическое уравнение, получим х = 2

3) Следовательно, формула алкена С₂Н₄

5. Для полного сгорания алкадиена потребовалось 15,68 л (н.у.) кислорода, в результате чего образовалось 22 г углекислого газа. Установите молекулярную формулу алкадиена.

1) Запишем уравнение реакции сгорания алкадиена:

С_хН_2х-2 + О₂ = хСО₂ + (х-1)Н₂О

2) Определим количества вещества кислорода и углекислого газа:

n(O₂) = 15,68/22,4 = 0,7 моль

n(CO₂) = 22/44 = 0,5 моль

В соответствии с уравнением реакции на основании соотношения между количествами вещества кислорода и углекислого газа составим алгебраическое уравнение:

Решая это уравнение, получим х = 5

3) Следовательно, формула алкадиена С₅Н₈

6. При полном гидролизе 17,6 г сложного эфира образовалось 9,2 г предельной одноосновной карбоновой кислоты и 12 г предельного одноатомного спирта. Установите молекулярную формулу сложного эфира.

1) Составим уравнение реакции гидролиза сложного эфира:

С_хH_2х+1COOС_yH_2y+1 + Н₂О → С_хH_2х+1COОН + С_yH_2y+1ОН

2) На основании закона сохранения массы веществ в химических реакциях определим массу, а затем количество вещества воды, вступившей в реакцию:

m(Н₂О) = m(С_хH_2х+1COОН) + m(С_yH_2y+1ОН) – m(С_хH_2х+1COOС_yH_2y+1)

m(H₂O) = 9, 2 + 12 – 17,6 = 3,6 г

n(H₂O) = 3,6/18 = 0,2 моль

Из уравнения реакции следует, что

n(С_хH_2х+1COОН) = n(С_yH_2y+1ОН) = n(H₂O) = 0,2 моль.

3) Определим молярные массы и молекулярные формулы кислоты и спирта, а затем – сложного эфира:

М(С_хH_2х+1COОН) = 9,2/0,2 = 46 г/моль

14х + 46 = 46, откуда х = 0, следовательно, формула кислоты НСООН

М(С_yH_2y+1ОН) = 12/0,2 = 60 г/моль

14y + 18 = 60, откуда y= 3, следовательно, формула спирта С₃Н₇ОН

Значит, формула сложного эфира НСООС₃Н₇

7. Для полного сгорания предельного вторичного амина массой 11,8 г потребовалось 23,52 л кислорода (н.у.). Определите молекулярную формулу амина.

1) Cоставим уравнение реакции сгорания предельного амина:

С_xH_2x+3N + О₂ → хСО₂ + Н₂О + N₂

2) Вычислим количество вещества кислорода, вступившего в реакцию:

n(O₂) = 23,52/22,4 = 1,05 л

Отметим, что округлять полученное значение до целых не следует, т.к. это приведет к неверному решению!

В соответствии с уравнением реакции на основании соотношения между количествами вещества амина и кислорода составим алгебраическое уравнение:

Решая это уравнение, получим х = 3

3) Учитывая, что амин является вторичным, составим его молекулярную формулу: (С₂Н₅)(СН₃)NH

8. Одноосновная моноаминокислота массой 9,00 г при взаимодействии с бромоводородом образует соль массой 18,72 г. Установите формулу аминокислоты.

1) Составим уравнение реакции взаимодействия аминокислоты с бромоводородом:

NH₂С_хH_2хCOOH + НBr → [NH₃С_хH_2хCOOH]Br

2) На основании закона сохранения массы веществ в химических реакциях определим массу, а затем количество вещества бромоводорода, вступившего в реакцию:

m(HBr) = m([NH₃С_хH_2хCOOH]Br) – m(NH₂С_хH_2хCOOH)

m(HBr) = 18,72 – 9,00 = 9,72 г

n(HBr) = 9,72/81 = 0,12 моль

3) Из уравнения реакции следует, что

n((NH₂)С_хH_2хCOOH) = n(НBr) = 0,12 моль

Определим молярную массу аминокислоты, число атомов углерода х в ее молекуле, а затем – формулу аминокислоты:

М(NH₂С_хH_2хCOOH) = 9,00/0,12 = 75 г/моль

М(NH₂С_хH_2хCOOH) = 14х + 61

14х + 61 = 75, откуда х = 1

Следовательно, формула кислоты NH₂СH₂COOН