Вот решение задач по определению молекулярной формулы кислородсодержащих соединений.
Вариант №1: Задачи 1, 2, 3, 6, 8.
Задача 1
Массовые доли химических элементов в некотором органическом веществе составляют: углерод-38,7%; водород - 9,7%; кислород -51,6%. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что плотность его паров по неизвестному веществу равна 2,77 г/л.
Решение:
1. Найдем соотношение атомов в простейшей формуле. Для этого разделим массовые доли элементов на их атомные массы:
* Углерод (C): \( \frac{38,7}{12} \approx 3,225 \)
* Водород (H): \( \frac{9,7}{1} = 9,7 \)
* Кислород (O): \( \frac{51,6}{16} = 3,225 \)
2. Разделим полученные значения на наименьшее из них (3,225):
* C: \( \frac{3,225}{3,225} = 1 \)
* H: \( \frac{9,7}{3,225} \approx 3 \)
* O: \( \frac{3,225}{3,225} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( \text{CH}_3\text{O} \).
3. Найдем молярную массу простейшей формулы:
\( M(\text{CH}_3\text{O}) = 12 \cdot 1 + 1 \cdot 3 + 16 \cdot 1 = 12 + 3 + 16 = 31 \text{ г/моль} \)
4. В условии задачи указана плотность паров вещества по неизвестному веществу, равная 2,77 г/л. Это не относительная плотность, а абсолютная плотность. Для определения молекулярной формулы нам нужна молярная масса. Вероятно, в условии допущена опечатка, и 2,77 г/л - это плотность паров при нормальных условиях (н.у.). Если это так, то молярная масса вещества будет:
\( M = \rho \cdot V_m \), где \( V_m = 22,4 \text{ л/моль} \) (молярный объем при н.у.).
\( M = 2,77 \text{ г/л} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 62,048 \text{ г/моль} \)
5. Определим коэффициент \( n \), на который нужно умножить простейшую формулу:
\( n = \frac{M(\text{вещества})}{M(\text{простейшей формулы})} = \frac{62,048}{31} \approx 2 \)
6. Молекулярная формула вещества: \( (\text{CH}_3\text{O})_2 = \text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( \text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2 \).
Задача 2
Относительная плотность паров некоторого органического вещества по метану равна 3,75. Массовые доли химических элементов в органическом веществе составляют: углерод-40%; водород - 6,67%; кислород -53,33%. Определить молекулярную формулу исходного вещества.
Решение:
1. Найдем молярную массу вещества, используя относительную плотность по метану (\( \text{CH}_4 \)). Молярная масса метана: \( M(\text{CH}_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16 \text{ г/моль} \).
\( M(\text{вещества}) = D_{\text{CH}_4} \cdot M(\text{CH}_4) = 3,75 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль} \)
2. Найдем соотношение атомов в простейшей формуле. Разделим массовые доли элементов на их атомные массы:
* Углерод (C): \( \frac{40}{12} \approx 3,33 \)
* Водород (H): \( \frac{6,67}{1} = 6,67 \)
* Кислород (O): \( \frac{53,33}{16} \approx 3,33 \)
3. Разделим полученные значения на наименьшее из них (3,33):
* C: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
* H: \( \frac{6,67}{3,33} \approx 2 \)
* O: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( \text{CH}_2\text{O} \).
4. Найдем молярную массу простейшей формулы:
\( M(\text{CH}_2\text{O}) = 12 \cdot 1 + 1 \cdot 2 + 16 \cdot 1 = 12 + 2 + 16 = 30 \text{ г/моль} \)
5. Определим коэффициент \( n \), на который нужно умножить простейшую формулу:
\( n = \frac{M(\text{вещества})}{M(\text{простейшей формулы})} = \frac{60}{30} = 2 \)
6. Молекулярная формула вещества: \( (\text{CH}_2\text{O})_2 = \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \).
Задача 3
Массовые доли химических элементов в некотором органическом веществе составляют: углерод-40%; водород - 6,7%; кислород -53,3%. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что плотность этого вещества по оксиду азота (2) равна 3. Определить молекулярную формулу исходного вещества.
Решение:
1. Найдем молярную массу вещества, используя относительную плотность по оксиду азота (II) (\( \text{NO} \)). Молярная масса оксида азота (II): \( M(\text{NO}) = 14 + 16 = 30 \text{ г/моль} \).
\( M(\text{вещества}) = D_{\text{NO}} \cdot M(\text{NO}) = 3 \cdot 30 = 90 \text{ г/моль} \)
2. Найдем соотношение атомов в простейшей формуле. Разделим массовые доли элементов на их атомные массы:
* Углерод (C): \( \frac{40}{12} \approx 3,33 \)
* Водород (H): \( \frac{6,7}{1} = 6,7 \)
* Кислород (O): \( \frac{53,3}{16} \approx 3,33 \)
3. Разделим полученные значения на наименьшее из них (3,33):
* C: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
* H: \( \frac{6,7}{3,33} \approx 2 \)
* O: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( \text{CH}_2\text{O} \).
4. Найдем молярную массу простейшей формулы:
\( M(\text{CH}_2\text{O}) = 12 \cdot 1 + 1 \cdot 2 + 16 \cdot 1 = 12 + 2 + 16 = 30 \text{ г/моль} \)
5. Определим коэффициент \( n \), на который нужно умножить простейшую формулу:
\( n = \frac{M(\text{вещества})}{M(\text{простейшей формулы})} = \frac{90}{30} = 3 \)
6. Молекулярная формула вещества: \( (\text{CH}_2\text{O})_3 = \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3 \).
Задача 6
Массовые доли химических элементов в некотором органическом веществе составляют: углерод-55,8%; водород - 7%; кислород -37,2%. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что плотность его паров по водороду равна 43.
Решение:
1. Найдем молярную массу вещества, используя относительную плотность по водороду (\( \text{H}_2 \)). Молярная масса водорода: \( M(\text{H}_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль} \).
\( M(\text{вещества}) = D_{\text{H}_2} \cdot M(\text{H}_2) = 43 \cdot 2 = 86 \text{ г/моль} \)
2. Найдем соотношение атомов в простейшей формуле. Разделим массовые доли элементов на их атомные массы:
* Углерод (C): \( \frac{55,8}{12} = 4,65 \)
* Водород (H): \( \frac{7}{1} = 7 \)
* Кислород (O): \( \frac{37,2}{16} = 2,325 \)
3. Разделим полученные значения на наименьшее из них (2,325):
* C: \( \frac{4,65}{2,325} = 2 \)
* H: \( \frac{7}{2,325} \approx 3 \)
* O: \( \frac{2,325}{2,325} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( \text{C}_2\text{H}_3\text{O} \).
4. Найдем молярную массу простейшей формулы:
\( M(\text{C}_2\text{H}_3\text{O}) = 12 \cdot 2 + 1 \cdot 3 + 16 \cdot 1 = 24 + 3 + 16 = 43 \text{ г/моль} \)
5. Определим коэффициент \( n \), на который нужно умножить простейшую формулу:
\( n = \frac{M(\text{вещества})}{M(\text{простейшей формулы})} = \frac{86}{43} = 2 \)
6. Молекулярная формула вещества: \( (\text{C}_2\text{H}_3\text{O})_2 = \text{C}_4\text{H}_6\text{O}_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( \text{C}_4\text{H}_6\text{O}_2 \).
Задача 8
Относительная плотность паров некоторого органического вещества по гелию равна 15. Массовые доли химических элементов в органическом веществе составляют: углерод-40%; водород - 6,67%; кислород - 53,33%. Определить молекулярную формулу исходного вещества.
Решение:
1. Найдем молярную массу вещества, используя относительную плотность по гелию (\( \text{He} \)). Молярная масса гелия: \( M(\text{He}) = 4 \text{ г/моль} \).
\( M(\text{вещества}) = D_{\text{He}} \cdot M(\text{He}) = 15 \cdot 4 = 60 \text{ г/моль} \)
2. Найдем соотношение атомов в простейшей формуле. Разделим массовые доли элементов на их атомные массы:
* Углерод (C): \( \frac{40}{12} \approx 3,33 \)
* Водород (H): \( \frac{6,67}{1} = 6,67 \)
* Кислород (O): \( \frac{53,33}{16} \approx 3,33 \)
3. Разделим полученные значения на наименьшее из них (3,33):
* C: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
* H: \( \frac{6,67}{3,33} \approx 2 \)
* O: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( \text{CH}_2\text{O} \).
4. Найдем молярную массу простейшей формулы:
\( M(\text{CH}_2\text{O}) = 12 \cdot 1 + 1 \cdot 2 + 16 \cdot 1 = 12 + 2 + 16 = 30 \text{ г/моль} \)
5. Определим коэффициент \( n \), на который нужно умножить простейшую формулу:
\( n = \frac{M(\text{вещества})}{M(\text{простейшей формулы})} = \frac{60}{30} = 2 \)
6. Молекулярная формула вещества: \( (\text{CH}_2\text{O})_2 = \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( \text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2 \).
Вариант №2: Задачи 4, 5, 7, 9, 10.
Задача 4
Относительная плотность паров некоторого органического вещества по метану равна 1,75. Массовые доли химических элементов в органическом веществе составляют: углерод-85,7%; водород - 14,37%. Определить молекулярную формулу исходного вещества.
Решение:
1. Найдем молярную массу вещества, используя относительную плотность по метану (\( \text{CH}_4 \)). Молярная масса метана: \( M(\text{CH}_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16 \text{ г/моль} \).
\( M(\text{вещества}) = D_{\text{CH}_4} \cdot M(\text{CH}_4) = 1,75 \cdot 16 = 28 \text{ г/моль} \)
2. Найдем соотношение атомов в простейшей формуле. Разделим массовые доли элементов на их атомные массы:
* Углерод (C): \( \frac{85,7}{12} \approx 7,14 \)
* Водород (H): \( \frac{14,37}{1} = 14,37 \)
3. Разделим полученные значения на наименьшее из них (7,14):
* C: \( \frac{7,14}{7,14} = 1 \)
* H: \( \frac{14,37}{7,14} \approx 2 \)
Простейшая формула вещества: \( \text{CH}_2 \).
4. Найдем молярную массу простейшей формулы:
\( M(\text{CH}_2) = 12 \cdot 1 + 1 \cdot 2 = 12 + 2 = 14 \text{ г/моль} \)
5. Определим коэффициент \( n \), на который нужно умножить простейшую формулу:
\( n = \frac{M(\text{вещества})}{M(\text{простейшей формулы})} = \frac{28}{14} = 2 \)
6. Молекулярная формула вещества: \( (\text{CH}_2)_2 = \text{C}_2\text{H}_4 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( \text{C}_2\text{H}_4 \).
Задача 5
Массовые доли химических элементов в некотором органическом веществе составляют: углерод-38,7%; водород - 9,7%; кислород -51,6%. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что плотность этого вещества по оксиду углерода (2) равна 2,21. Определить молекулярную формулу исходного вещества.
Решение:
1. Найдем молярную массу вещества, используя относительную плотность по оксиду углерода (II) (\( \text{CO} \)). Молярная масса оксида углерода (II): \( M(\text{CO}) = 12 + 16 = 28 \text{ г/моль} \).
\( M(\text{вещества}) = D_{\text{CO}} \cdot M(\text{
