Вывод молекулярной формулы по продуктам сгорания

Главное по теме

• При сгорании весь углерод вещества переходит в CO₂, весь водород в H₂O: n(C) = n(CO₂), n(H) = 2 · n(H₂O). Азот выделяется как N₂, хлор как HCl.
• n(CO₂) = m / 44 = V / 22,4; n(H₂O) = m / 18. Масса C = 12 · n(C), масса H = 1 · n(H).
• Кислород в веществе находят вычитанием: m(O) = m(вещества) - m(C) - m(H). Если вещество состоит только из C и H, сумма масс C и H равна массе вещества.
• Отношение n(C) : n(H) (: n(O)), приведённое к целым числам, даёт простейшую формулу. Целые числа получают делением на наименьшее и, если нужно, умножением (дробь 1,5 умножаем на 2).
• Истинная формула: k = M(вещества)M(простейшей формулы), индексы умножают на k.
• Молярную массу находят по плотности: M = D(H₂) · 2, M = D(возд) · 29, M = ρ · 22,4 (ρ в г/л, н.у.).
• Общие формулы: алканы CₙH₂ₙ₊₂ (M = 14n + 2), алкены и циклоалканы CₙH₂ₙ, алкины и диены CₙH₂ₙ₋₂, арены CₙH₂ₙ₋₆, спирты и простые эфиры CₙH₂ₙ₊₂O.
• Для газов объёмы относятся как коэффициенты: 1 л CₓHᵧ даёт x л CO₂ и y2 л водяного пара.
• Признаки класса для углеводородов: n(CO₂) = n(H₂O) - алкен или циклоалкан; n(H₂O) > n(CO₂) - алкан; n(CO₂) > n(H₂O) - алкин, арен и др.

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Вывод молекулярной формулы по продуктам сгорания и плотности

  Ловушка: Забывают проверить кислород: масса C + H может быть меньше массы вещества.

  Как решать: ν(C) = ν(CO₂), ν(H) = 2ν(H₂O). Сравни m(C) + m(H) с массой вещества: разница это кислород. Молярная масса = плотность · 22,4 или 2 · D по водороду.

Объяснение простыми словами

Свеча горит, и пламя ничего не оставляет, кроме тепла. Но если поднести к огню холодное стекло, на нём выпадет роса: это вода. А если сжечь свечу в банке и налить туда известковую воду, она помутнеет: это углекислый газ. Вот вся идея темы. Углерод вещества уходит в CO₂, водород в H₂O. Значит, посчитав, сколько получилось CO₂ и воды, мы узнаем, сколько в веществе было углерода и водорода, а по ним сочиним формулу, как детектив по уликам.

Алгоритм из шести шагов. Первый: найти n(CO₂) и n(H₂O). Для газа n = V / 22,4, для массы n = m / M, где M(CO₂) = 44, M(H₂O) = 18. Второй: перейти к элементам. В одной молекуле CO₂ один атом углерода, поэтому n(C) = n(CO₂). В одной молекуле H₂O два атома водорода, поэтому n(H) = 2 · n(H₂O). Именно здесь теряют больше всего баллов. Третий: если по условию есть кислород, проверить по массам: m(C) = 12 · n(C), m(H) = n(H), m(O) = m(вещества) - m(C) - m(H). Четвёртый: найти отношение. Пятый: простейшая формула. Шестой: по молярной массе найти истинную.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Продукты сгорания

Вещества, образующиеся при сжигании органического вещества: CO₂, H₂O, а также N₂ и HCl, если в составе есть азот или хлор.

Простейшая формула

Формула, показывающая наименьшее целочисленное отношение атомов элементов в веществе, например CH₂.

Молекулярная (истинная) формула

Формула, показывающая реальное число атомов каждого элемента в молекуле, например C₂H₄.

Молярная масса

Масса одного моля вещества в г/моль, численно равна относительной молекулярной массе.

Относительная плотность газа

Отношение молярной массы газа к молярной массе другого газа: D(H₂) = M / 2, D(возд) = M / 29.

Плотность газа при н.у.

Масса одного литра газа в граммах; M = ρ · 22,4.

Количество вещества

Число молей: n = m / M, для газов n = V / 22,4.

Закон Авогадро

Равные объёмы газов при одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул, поэтому объёмы относятся как количества веществ.

Углеводород

Соединение, состоящее только из углерода и водорода.

Алканы

Предельные углеводороды CₙH₂ₙ₊₂ с одинарными связями.

Алкены

Углеводороды CₙH₂ₙ с одной двойной связью.

Алкины

Углеводороды CₙH₂ₙ₋₂ с одной тройной связью.

Арены

Ароматические углеводороды с бензольным кольцом, общая формула бензола и его гомологов CₙH₂ₙ₋₆.

Гомологический ряд

Ряд соединений с одинаковым типом строения и общей формулой, члены которого отличаются на группу CH₂.

Массовая доля элемента

Отношение массы атомов элемента в веществе к массе всего вещества: ω = n · Ar / Mr.

Поглощение продуктов горения

Определение масс CO₂ и H₂O пропусканием газов через поглотители: водяные пары задерживает конц. H₂SO₄ или CaCl₂, CO₂ задерживает раствор щёлочи.

Изомеры

Вещества с одинаковым составом и молярной массой, но разным строением, поэтому по молекулярной формуле их не различить.

Уравнение горения

CₓHᵧ + (x + y4)O₂ = xCO₂ + (y2)H₂O, по нему видно, сколько CO₂ и воды даёт каждый атом.