Хорошо, давайте решим эти задачи по определению молекулярной формулы кислородсодержащих соединений.
Решение задач на определение молекулярной формулы кислородсодержащих соединений
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.
Дано:
Массовая доля углерода \( \omega(C) = 38,7\% \)
Массовая доля водорода \( \omega(H) = 9,7\% \)
Массовая доля кислорода \( \omega(O) = 51,6\% \)
Плотность паров по неизвестному веществу \( \rho_{отн} = 2,77 \) (предполагается, что это относительная плотность по воздуху, так как указана единица г/л, что нехарактерно для относительной плотности, но если это абсолютная плотность, то она должна быть дана в г/л, а не "по неизвестному веществу". Скорее всего, это опечатка и имеется в виду плотность вещества, а не относительная плотность. Если это плотность вещества, то \( \rho = 2,77 \) г/л. Если это относительная плотность по воздуху, то \( D_{возд} = 2,77 \). Давайте предположим, что это плотность вещества \( \rho = 2,77 \) г/л при нормальных условиях, что позволит найти молярную массу.)
Найти: Молекулярную формулу вещества.
Решение:
1. Находим простейшую формулу вещества.
Для этого делим массовые доли элементов на их атомные массы:
Количество атомов углерода: \( n(C) = \frac{38,7}{12} \approx 3,225 \)
Количество атомов водорода: \( n(H) = \frac{9,7}{1} = 9,7 \)
Количество атомов кислорода: \( n(O) = \frac{51,6}{16} = 3,225 \)
Делим полученные значения на наименьшее из них (3,225):
Для углерода: \( \frac{3,225}{3,225} = 1 \)
Для водорода: \( \frac{9,7}{3,225} \approx 3 \)
Для кислорода: \( \frac{3,225}{3,225} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( CH_3O \).
2. Находим молярную массу простейшей формулы.
\( M(CH_3O) = 1 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 12 + 3 + 16 = 31 \) г/моль.
3. Находим молярную массу вещества.
Если \( \rho = 2,77 \) г/л при нормальных условиях (н.у.), то молярная масса \( M = \rho \cdot V_m \), где \( V_m = 22,4 \) л/моль (молярный объем газа при н.у.).
\( M = 2,77 \text{ г/л} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 62,048 \) г/моль.
4. Определяем коэффициент \( k \).
Коэффициент \( k = \frac{M_{вещества}}{M_{простейшей формулы}} = \frac{62,048}{31} \approx 2 \).
5. Определяем молекулярную формулу.
Молекулярная формула: \( (CH_3O)_2 = C_2H_6O_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( C_2H_6O_2 \).
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.
Дано:
Относительная плотность по метану \( D_{CH_4} = 3,75 \)
Массовая доля углерода \( \omega(C) = 40\% \)
Массовая доля водорода \( \omega(H) = 6,67\% \)
Массовая доля кислорода \( \omega(O) = 53,33\% \)
Найти: Молекулярную формулу вещества.
Решение:
1. Находим молярную массу вещества.
Молярная масса метана \( M(CH_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16 \) г/моль.
Молярная масса вещества \( M_{вещества} = D_{CH_4} \cdot M(CH_4) = 3,75 \cdot 16 = 60 \) г/моль.
2. Находим простейшую формулу вещества.
Количество атомов углерода: \( n(C) = \frac{40}{12} \approx 3,33 \)
Количество атомов водорода: \( n(H) = \frac{6,67}{1} = 6,67 \)
Количество атомов кислорода: \( n(O) = \frac{53,33}{16} \approx 3,33 \)
Делим полученные значения на наименьшее из них (3,33):
Для углерода: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Для водорода: \( \frac{6,67}{3,33} \approx 2 \)
Для кислорода: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( CH_2O \).
3. Находим молярную массу простейшей формулы.
\( M(CH_2O) = 1 \cdot 12 + 2 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 12 + 2 + 16 = 30 \) г/моль.
4. Определяем коэффициент \( k \).
Коэффициент \( k = \frac{M_{вещества}}{M_{простейшей формулы}} = \frac{60}{30} = 2 \).
5. Определяем молекулярную формулу.
Молекулярная формула: \( (CH_2O)_2 = C_2H_4O_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( C_2H_4O_2 \).
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.
Дано:
Массовая доля углерода \( \omega(C) = 40\% \)
Массовая доля водорода \( \omega(H) = 6,7\% \)
Массовая доля кислорода \( \omega(O) = 53,3\% \)
Относительная плотность по оксиду азота (II) \( D_{NO} = 3 \)
Найти: Молекулярную формулу вещества.
Решение:
1. Находим молярную массу вещества.
Молярная масса оксида азота (II) \( M(NO) = 14 + 16 = 30 \) г/моль.
Молярная масса вещества \( M_{вещества} = D_{NO} \cdot M(NO) = 3 \cdot 30 = 90 \) г/моль.
2. Находим простейшую формулу вещества.
Количество атомов углерода: \( n(C) = \frac{40}{12} \approx 3,33 \)
Количество атомов водорода: \( n(H) = \frac{6,7}{1} = 6,7 \)
Количество атомов кислорода: \( n(O) = \frac{53,3}{16} \approx 3,33 \)
Делим полученные значения на наименьшее из них (3,33):
Для углерода: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Для водорода: \( \frac{6,7}{3,33} \approx 2 \)
Для кислорода: \( \frac{3,33}{3,33} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( CH_2O \).
3. Находим молярную массу простейшей формулы.
\( M(CH_2O) = 1 \cdot 12 + 2 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 12 + 2 + 16 = 30 \) г/моль.
4. Определяем коэффициент \( k \).
Коэффициент \( k = \frac{M_{вещества}}{M_{простейшей формулы}} = \frac{90}{30} = 3 \).
5. Определяем молекулярную формулу.
Молекулярная формула: \( (CH_2O)_3 = C_3H_6O_3 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( C_3H_6O_3 \).
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.
Дано:
Относительная плотность по метану \( D_{CH_4} = 1,75 \)
Массовая доля углерода \( \omega(C) = 85,7\% \)
Массовая доля водорода \( \omega(H) = 14,37\% \)
Найти: Молекулярную формулу вещества.
Решение:
1. Находим молярную массу вещества.
Молярная масса метана \( M(CH_4) = 16 \) г/моль.
Молярная масса вещества \( M_{вещества} = D_{CH_4} \cdot M(CH_4) = 1,75 \cdot 16 = 28 \) г/моль.
2. Находим простейшую формулу вещества.
Количество атомов углерода: \( n(C) = \frac{85,7}{12} \approx 7,14 \)
Количество атомов водорода: \( n(H) = \frac{14,37}{1} = 14,37 \)
Делим полученные значения на наименьшее из них (7,14):
Для углерода: \( \frac{7,14}{7,14} = 1 \)
Для водорода: \( \frac{14,37}{7,14} \approx 2 \)
Простейшая формула вещества: \( CH_2 \).
3. Находим молярную массу простейшей формулы.
\( M(CH_2) = 1 \cdot 12 + 2 \cdot 1 = 14 \) г/моль.
4. Определяем коэффициент \( k \).
Коэффициент \( k = \frac{M_{вещества}}{M_{простейшей формулы}} = \frac{28}{14} = 2 \).
5. Определяем молекулярную формулу.
Молекулярная формула: \( (CH_2)_2 = C_2H_4 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( C_2H_4 \).
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.
Дано:
Массовая доля углерода \( \omega(C) = 38,7\% \)
Массовая доля водорода \( \omega(H) = 9,7\% \)
Массовая доля кислорода \( \omega(O) = 51,6\% \)
Относительная плотность по оксиду углерода (II) \( D_{CO} = 2,21 \)
Найти: Молекулярную формулу вещества.
Решение:
1. Находим молярную массу вещества.
Молярная масса оксида углерода (II) \( M(CO) = 12 + 16 = 28 \) г/моль.
Молярная масса вещества \( M_{вещества} = D_{CO} \cdot M(CO) = 2,21 \cdot 28 = 61,88 \) г/моль. Округлим до 62 г/моль.
2. Находим простейшую формулу вещества.
Количество атомов углерода: \( n(C) = \frac{38,7}{12} \approx 3,225 \)
Количество атомов водорода: \( n(H) = \frac{9,7}{1} = 9,7 \)
Количество атомов кислорода: \( n(O) = \frac{51,6}{16} = 3,225 \)
Делим полученные значения на наименьшее из них (3,225):
Для углерода: \( \frac{3,225}{3,225} = 1 \)
Для водорода: \( \frac{9,7}{3,225} \approx 3 \)
Для кислорода: \( \frac{3,225}{3,225} = 1 \)
Простейшая формула вещества: \( CH_3O \).
3. Находим молярную массу простейшей формулы.
\( M(CH_3O) = 1 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 12 + 3 + 16 = 31 \) г/моль.
4. Определяем коэффициент \( k \).
Коэффициент \( k = \frac{M_{вещества}}{M_{простейшей формулы}} = \frac{62}{31} = 2 \).
5. Определяем молекулярную формулу.
Молекулярная формула: \( (CH_3O)_2 = C_2H_6O_2 \).
Ответ: Молекулярная формула вещества \( C_2H_6O_2 \).
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.
Дано:
Массовая доля углерода \( \omega(C) = 55,8\% \)
Массовая доля водорода \( \omega(H) = 7\% \)
Массовая доля кислорода \( \omega(O) = 37,2\% \)
Относительная плотность по водороду \( D_{H_2} = 43 \)
Найти: Молекулярную формулу вещества.
Решение:
1. Находим молярную массу вещества.
Молярная масса водорода \( M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2 \) г/моль.
Молярная масса вещества \( M_{вещества} = D_{H_2} \cdot M(H_2) = 43 \cdot 2 = 86 \) г/моль.
2. Находим простейшую формулу вещества.
Количество атомов углерода: \( n(C) = \frac{55,8}{12} = 4,65 \)
Количество атомов водорода: \( n(H) = \frac{7}{1} = 7 \)
Количество атомов кислорода: \( n(O) = \frac{37,2}{16} = 2,325 \)
Делим полученные значения на наименьшее из них (2,325):
Для углерода: \( \frac{4,65}{2,325} = 2 \)
Для водорода: \( \frac{7}{2,325} \approx 3 \)
Для кислорода: \( \frac{2,325}{2,325} = 1 \)
