Экспресс-курс по химии для подготовки к централизованному тестированию и экзамену

Вывод химических формул веществ

Пример 23.

При сгорании кислороднесодержащего соединения химиче- ским количеством 2 моль образовались вода массой 36 г и оксид серы (IV) химическим количеством 2 моль. Определите молекулярную формулу неизвестного вещества.

Из формулы H2О следует, что

n(H) = 2n(H2Î); n(H) = 2 · 0,2 = 0,4 (ìîëü).

Рассчитаем химическое количество серы в составе оксида серы:

n(S) = n(SÎ2); n(S) = 2 ìîëü.

Определим содержание водорода в составе 1 моль искомого вещества. Составим пропорцию:

2 ìîëü HxSy содержат 4 моль атомов Н; 1 моль HxSy _________ z1 моль атомов Н.

Решаем пропорцию: z1 = 2 моль. Аналогично рассчитываем содержание серы:

2 ìîëü HxSy содержат 2 моль атомов S; 1 моль HxSy _________ z2 моль атомов S.

Решаем пропорцию: z2 = 1 ìîëü.

Таким образом, в составе 1 моль HxSy содержатся 2 моль атомов водорода и 1 моль атомов серы. Следовательно, молекулярная формула неизвестного вещества – H2S.

Ответ: молекулярная формула неизвестного соединения – H2S.

81

Пример 24.

Оксид неизвестного металла (II) массой 14,4 г восстановили смесью водорода и оксида углерода (II). В результате реакции образовалось 1,8 г воды и 4,4 г оксида углерода (IV). Определите неизвестный металл.

Дано: Решение:

m(MeO) = 14,4 г Рассчитываем химические количества m(H2O) = 1,8 г воды и оксида углерода (IV):

m(CO2) = 4,4 ã

Ìå – ?

Оксид металла реагирует с водородом по уравнению: МеО + H2 = Ìå + H2Î.

Согласно уравнению реакции n1(ÌåÎ) = n(Í2Î); n1(ÌåÎ) = 0,1 ìîëü.

Из уравнения реакции

ÌåÎ + ÑÎ = Ìå + ÑÎ2

следует, что

n2(ÌåÎ) = n(ÑÎ2); n2(ÌåÎ) = 0,1 ìîëü.

Рассчитаем общее химическое количество оксида металла: n(МеО) = n1(ÌåÎ) + n2(ÌåÎ); n(ÌåÎ) = 0,1 + 0,1 = 0,2 (ìîëü).

Находим молярную массу оксида металла:

M(MeO) = mn(MeO)(MeO), M(MeO) = 14,40,2 = 72 (г/моль). Вычислим молярную массу неизвестного металла:

Ì(Ìå) = Ì(ÌåÎ) – Ì(Î); Ì(Ìå) = 72 – 16 = 56 (ã/ìîëü).

Металлом с молярной массой 56 г/моль является Fe. Ответ: железо.

82

Пример 25.

Пластинку неизвестного металла поместили в раствор нитрата свинца (II) массой 800 г с массовой долей Рb(NO3)2 5%. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 14,2 г, а массовая доля нитрата свинца стала равной 0,88 %. Какой металл был взят, если известно, что он в нитрате находится в степени окисления +2?

Вычислим массу конечного раствора: m2(раствор) = 800 – 14,2 = 785,8 (г).

Находим массу нитрата свинца в конечном растворе:

Масса нитрата свинца, вступившего в реакцию, равна разности масс нитрата свинца в исходном и конечном растворах:

m3(Ðb(NO3)2) = m1(Ðb(NO3)2) – m2(Ðb(NO3)2; m3(Ðb(NO3)2) = 40 – 6,9 = 33,1(ã).

Вычислим его химическое количество:

83

Запишем уравнение реакции:

Me + Ðb(NO3)2 = Ðb + Me(NO3)2. Согласно уравнению реакции

n(Ðb) = n(Ðb(NO3)2); n(Ðb) = 0,1 ìîëü.

Рассчитаем массу образовавшегося свинца:

m(Ðb) = n(Ðb) · M(Ðb); m(Ðb) = 0,1 · 207 = 20,7 (ã).

Изменение массы пластинки равно разности масс восстановленного свинца и растворенного металла:

∆m = m(Ðb) – m(Me).

Перепишем:

m(Me) = m(Ðb) – ∆m.

Подставим известные значения:

m(Me) = 20,7 – 14,2 = 6,5 (ã).

Из уравнения реакции следует, что

n(Ме) = n(Рb); n(Ме) = 0,1 моль. Находим молярную массу металла:

M(Me) = mn(Me)(Me) ; M(Me) = 6,50,1 = 65 ã/ìîëü.

Следовательно, неизвестный металл – цинк.

Ответ: цинк.

Пример 26.

При растворении 13,9 г кристаллогидрата FeSO4 · xH2O в воде массой 86,1 г массовая доля сульфата железа в растворе оказалась равной 0,076. Определите значение x.

m(FeSO4) = ω (FeSO4) · m(раствор); m(FeSO4) = 0,076 · 100 = 7,6 (ã).

84

Находим химическое количество сульфата железа:

Ответ: 7.

Пример 27.

Относительная плотность паров соединения Х по водороду равна 8. При сжигании его образца массой 3,2 г образовалось 7,2 г воды и 4,48 дм3 оксида углерода (IV) (н.у.). Определите формулу вещества.

Из формулы воды H2О следует, что

n(H) = 2n(H2O); n(H) = 2 · 0,4 = 0,8 (ìîëü).

85

Найдем массу водорода в составе воды:

m(H) = n(H) · M(H); m(H) = 0,8 · 1 = 0,8 (г). Вычислим химическое количество оксида углерода:

Из формулы оксида углерода СО2 следует, что n(С) = n(СО2); n(Ñ) = 0,2 ìîëü.

Найдем массу углерода:

m(Ñ) = n(Ñ) · M(Ñ); m(Ñ) = 0,2 · 12 = 2,4 (ã).

Рассчитаем суммарную массу водорода и углерода в составе соединения:

m(H) + m(Ñ) = 0,8 + 2,4 = 3,2 (ã).

Масса соединения равна также 3,2 г. Следовательно, кислород в состав Х не входит.

Находим соотношение химических количеств водорода и углерода в его составе:

n(H) : n(Ñ) = 0,8 : 0,2 = 4 : 1.

Тогда простейшая формула будет иметь вид: СН4. Молярная масса СН4 равна 16 г/моль.

Рассчитаем молярную массу соединения Х:

M(X) = M(H2) · DH2 ; M(X) = 2 · 8 = 16 (ã/ìîëü).

Молярная масса соединения Х равна также 16 г/моль. Следовательно, истинная формула Х идентична простейшей СН4.

Ответ: формула соединения – СН4.

Пример 28.

Hа сгорание 3 дм3 алкана потребовалось 15 дм3 кислорода. Объемы газов приведены к нормальным условиям. Определите формулу алкана.

86

Определяем химическое количество кислорода, необходимое для сгорания 1 моль алкана:

Таким образом, на сгорание 1 моль алкана требуется 5 моль кислорода.

Уравнение реакции примет вид:

CxH2õ+2 + 5Î2 → xCO2 + (x + 1)H2Î

Определяем химическое количество атомов кислорода в левой и правой частях уравнения:

n(Î)ëåâ. = 2 · 5 = 10 (ìîëü); n(Î)ïðàâ. = 2õ + õ + 1 = 3õ + 1 (ìîëü).

Химические количества кислорода в левой и правых частях уравнения реакции равны:

10 = 3õ + 1.

Решаем уравнение: х = 3.

Таким образом, формула алкана имеет вид С3H8. Ответ: формула алкана – С3H8.

Пример 29.

Алкан сожгли в избытке кислорода. Продукты реакции пропустили через избыток раствора гидроксида натрия массой 49,2 г. В результате масса раствора стала равной 50 г, а массовая доля образовавшегося карбоната натрия в растворе составила 2,12%. Определите формулу алкана.

Выделившийся в результате реакции оксид углерода реагирует с гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия:

87

Находим массу карбоната натрия:

Согласно уравнению реакции (2):

n(ÑÎ2) = n(Na2CO3); n(ÑÎ2) = 0,01 ìîëü.

Определим массу оксида:

m(CO2) = n(CO2) · M(CO2); m(CO2) = 0,01 · 44 = 0,44 (ã).

Находим массу воды, образовавшейся при горении алкана:

m(H2O) = m1(ð-ðà) – m2(ð-ðà) – m(CO2); m(H2O) = 50 – 49,2 – 0,44 = 0,36 (ã).

Вычислим ее химическое количество:

n(H2O) = m(H2O) , n(H2O) = 0,36 = 0,02 (ìîëü). M(H2O) 18

Находим химические количества атомов углерода и водорода в составе продуктов реакции:

n(C) = n(CÎ2); n(C) = 0,01 (ìîëü).

n(H) = 2n(H2Î); n(H) = 2 · 0,02 = 0,04 (ìîëü).

Находим соотношение химических количеств углерода и водорода:

n(Ñ) : n(H) = 0,01 : 0,04 = 1 : 4.

Из общей формулы алканов СxH2x+2 следует, что

Решаем уравнение: х = 1.

Следовательно, формула алкана будет иметь вид СH4. Ответ: формула алкана – СH4.

88

Пример 30.

При сгорании 9,2 г гомолога бензола образовалось 15,68 дм3 (н.у.) оксида углерода (IV). Определите формулу гомолога бензола.

Дано: Решение:

(6 + x) · n(Ñ6Í6(ÑÍ2)n) = n(CO2).

В уравнение подставим значения химических количеств гомолога бензола и оксида углерода:

(6 + x) 9,2 = 0,7. 78 + 14x

Решаем уравнение: x = 1.

Следовательно, формула гомолога бензола – С7Í8. Ответ: формула гомолога бензола – С7Í8.

Пример 31.

В результате горения соединения Х массой 6,8 г образовалось 5,3 г карбоната натрия, 3,36 дм3 (н.у.) оксида углерода (IV) и 4,5 г воды. Определите химическую формулу вещества, если известно, что его молярная масса равна 68 г/моль.

89

Рассчитаем массу натрия:

m(Na) = n(Na) · M(Na); m(Na) = 0,1 · 23 = 2,3 (ã).

Определим химическое количество углерода в составе карбоната натрия:

n1(C) = n(Na2CO3); n1(C) = 0,05 моль Рассчитаем химическое количество оксида углерода:

Определяем химическое количество углерода в его составе. n2(C) = n(CO2); n2(C) = 0,15 (ìîëü).

Находим общее химическое количество углерода:

n(C) = n1(C) + n2(C); n(C) = 0,05 + 0,15 = 0,2 (моль). Рассчитаем массу углерода:

m(C) = n(C) · M(C); m(C) = 0,2 · 12 = 2,4 (г). Вычислим химическое количество воды:

Из формулы воды H2O следует, что

n(H) = 2n(H2O), n(H) = 2 · 0,25 = 0,5 (ìîëü).

90