Bestimmen der Formel eines Stoffes durch Massenanteile chemische Elemente(Ergebnisse der quantitativen Analyse) oder von allgemeine Formel Substanzen

1. Massenanteil eines Elements in einem Stoff.
Der Massenanteil eines Elements ist sein Massenanteil in einem Stoff. Beispielsweise enthält ein Stoff mit der Zusammensetzung C2H4 2 Kohlenstoffatome und 4 Wasserstoffatome. Wenn wir 1 Molekül einer solchen Substanz nehmen, ist ihr Molekulargewicht gleich:
Mr(C2H4) = 2 12 + 4 1 = 28 a. e.m. und es enthält 2 12 a. e.m. Kohlenstoff.

Um den Massenanteil von Kohlenstoff in diesem Stoff zu ermitteln, müssen Sie seine Masse durch die Masse des gesamten Stoffes dividieren:
ω(C) = 12 2 / 28 = 0,857 oder 85,7 %.
Wenn ein Stoff die allgemeine Formel CxHyOz hat, dann sind die Massenanteile jedes seiner Atome auch gleich dem Verhältnis ihrer Masse zur Masse des gesamten Stoffes. Die x-Masse der C-Atome beträgt -12x, die Masse der H-Atome beträgt y, die z-Masse der Sauerstoffatome beträgt 16z.
Dann
ω(C) = 12 x / (12x + y + 16z)

Formel zum Ermitteln des Massenanteils eines Elements in einem Stoff:

ωelement = , × 100 %

wobei Ar die relative Atommasse des Elements ist; n ist die Anzahl der Atome des Elements in der Substanz; Mr – relative Molekülmasse der gesamten Substanz

2. Molekulare und einfachste Formel einer Substanz.
Die molekulare (wahre) Formel ist eine Formel, die die tatsächliche Anzahl der Atome jeder Art widerspiegelt, die im Molekül einer Substanz enthalten sind.
Beispielsweise ist C6H6 die wahre Formel für Benzol.
Die einfachste (empirische) Formel zeigt das Verhältnis der Atome in einem Stoff. Beispielsweise beträgt für Benzol das Verhältnis C:H = 1:1, d. h. die einfachste Formel von Benzol ist CH. Die Summenformel kann mit der einfachsten Formel identisch sein oder ein Vielfaches davon sein.

3. Wenn das Problem nur Massenanteile von Elementen angibt, dann ist es bei der Lösung des Problems möglich, nur die einfachste Formel des Stoffes zu berechnen. Um die wahre Formel des Problems zu erhalten, werden normalerweise zusätzliche Daten angegeben – Molmasse, relative oder absolute Dichte des Stoffes oder andere Daten, mit denen Sie die Molmasse des Stoffes bestimmen können.

4. Die relative Dichte von Gas X relativ zu Gas Y beträgt DpoU(X).
Die relative Dichte D ist ein Wert, der angibt, wie oft Gas X schwerer ist als Gas Y. Sie wird als Verhältnis der Molmassen der Gase X und Y berechnet:
DpoU(X) = M(X) / M(Y)
Wird oft für Berechnungen verwendet relative Dichten von Gasen für Wasserstoff und Luft.
Relative Dichte von Gas X in Bezug auf Wasserstoff:
Dby H2 = M(Gas X) / M(H2) = M(Gas X) / 2
Da Luft ein Gasgemisch ist, kann für sie nur die durchschnittliche Molmasse berechnet werden. Sein Wert wird mit 29 g/mol angenommen (basierend auf der ungefähren durchschnittlichen Zusammensetzung). Deshalb:
D auf dem Luftweg = M(Gas X) / 29

5. Absolute Gasdichte unter Normalbedingungen.
Die absolute Dichte eines Gases ist die Masse von 1 Liter Gas unter Normalbedingungen. Normalerweise wird sie bei Gasen in g/l gemessen.
ρ = m(Gas) / V(Gas)
Wenn wir 1 Mol Gas nehmen, dann gilt: ρ = M / Vm,
und die Molmasse eines Gases kann durch Multiplikation der Dichte mit dem Molvolumen ermittelt werden.

Aufgabe 1: Bestimmen Sie die Formel eines Stoffes, wenn er 84,21 % C und 15,79 % H enthält und eine relative Dichte in Luft von 3,93 hat.

1. Die Masse der Substanz sei 100 g. Dann beträgt die Masse von C 84,21 g und die Masse von H beträgt 15,79 g.

2. Ermitteln Sie die Substanzmenge jedes Atoms:
ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 mol,
ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 mol.

3. Bestimmen Sie das Molverhältnis von C- und H-Atomen:
C: H = 7,0175: 15,79 (wir werden beide Zahlen durch die kleinere dividieren) = 1: 2,25 (wir werden mit 1, 2,3,4 usw. multiplizieren, bis 0 oder 9 nach dem Dezimalpunkt erscheint. B Dieses Problem benötigt zu multiplizieren mit 4) = 4:9.
Daher ist die einfachste Formel C4H9.

4. Berechnen Sie anhand der relativen Dichte die Molmasse:
M = D(Luft) 29 = 114 g/mol.
Die der einfachsten Formel C4H9 entsprechende Molmasse beträgt 57 g/mol, was 2-mal weniger als die wahre Molmasse ist.
Die wahre Formel lautet also C8H18.

Problem 2 : Bestimmen Sie die Formel eines Alkins mit einer Dichte von 2,41 g/l unter Normalbedingungen.

Allgemeine Formel des Alkins СnH2n−2
Wie kann man angesichts der Dichte eines gasförmigen Alkins seine Molmasse ermitteln? Die Dichte ρ ist die Masse von 1 Liter Gas unter Normalbedingungen.
Da 1 Mol einer Substanz ein Volumen von 22,4 Litern einnimmt, müssen Sie herausfinden, wie viel 22,4 Liter eines solchen Gases wiegen:
M = (Dichte ρ) (Molvolumen Vm) = 2,41 g/l 22,4 l/mol = 54 g/mol.
Als nächstes erstellen wir eine Gleichung, die Molmasse und n in Beziehung setzt:
14 n − 2 = 54, n = 4.
Das bedeutet, dass das Alkin die Formel hat C4H6.

Problem 3 : Bestimmen Sie die Formel eines Dichloralkans mit 31,86 % Kohlenstoff.

Die allgemeine Formel eines Dichloralkans lautet CnH2nCl2, es gibt 2 Chloratome und n Kohlenstoffatome.
Dann ist der Massenanteil von Kohlenstoff gleich:
ω(C) = (Anzahl der C-Atome im Molekül) (Atommasse von C) / (Molekularmasse von Dichloralkan)
0,3186 = n 12 / (14n + 71)
n = 3, Substanz - Dichlorpropan. С3Н6Cl2

I. Ableitung von Stoffformeln basierend auf Massenanteilen von Elementen.

1. Schreiben Sie die Formel des Stoffes und bezeichnen Sie die Indizes mit X,ja,z.

2. Wenn der Massenanteil eines der Elemente unbekannt ist, wird er durch Subtrahieren der bekannten Massenanteile von 100 % ermittelt.

3. Finden Sie das Verhältnis der Indizes; dividieren Sie dazu den Massenanteil jedes Elements (vorzugsweise in %) durch seinen Atommasse(auf Tausendstel runden)

x: y: z = ω 1 / Ar 1 : ω 2 / Ar 2 : ω 3 / Ar 3

4. Wandeln Sie die resultierenden Zahlen in ganze Zahlen um. Teilen Sie sie dazu durch die kleinste erhaltene Zahl. Bei Bedarf (sofern es wieder funktioniert Bruchzahl) dann mit 2, 3, 4 ... zu einer ganzen Zahl multiplizieren.

5. Dadurch erhalten Sie die einfachste Formel. Für die meisten anorganische Stoffe es stimmt mit dem Wahren überein, bei organischen hingegen stimmt es nicht überein.

Aufgabe Nr. 1.

ω(N) = 36,84 % Lösung:

1. Schreiben wir die Formel: N X O j

M.F. = ? 2. Lassen Sie uns den Massenanteil von Sauerstoff ermitteln:

ω(O) = 100 % – 36,84 % = 61,16 %

3. Finden wir das Indexverhältnis:

x: y = 36,84 / 14: 61,16 / 16 = 2,631: 3,948 =

2,631 / 2,631: 3,948 / 2,631 = 1: 1,5 =

1 ∙ 2: 1,5 ∙ 2 = 2: 3 Þ N 2 O 3

Antwort: N 2 O 3 .

II. Ableitung von Stoffformeln aus den Massenanteilen von Elementen und Daten zur Ermittlung der wahren Molmasse(Dichte, Masse und Volumen des Gases oder relative Dichte).

1. Finden Sie die wahre Molmasse:

wenn die Dichte bekannt ist:

r = m / V = ​​​​M / V MÞ M = r ∙ V M= r g/l ∙ 22,4 l/mol

· Wenn Masse und Volumen eines Gases bekannt sind, kann die Molmasse auf zwei Arten ermittelt werden:

Durchgangsdichte r = m / V, M = r ∙ Vm;

Durch die Stoffmenge: n = V / Vm, M = m / n.

· wenn die relative Dichte des ersten Gases unterschiedlich bekannt ist:

D 21 = M 1 /M 2 Þ M 1 =D 2 ∙ M 2

M=D H2∙ 2 M = D O2 ∙ 32

M=D Luft. ∙ 29 M = D N2 ∙ 28 usw.

2. Finden Sie die einfachste Formel des Stoffes (siehe den vorherigen Algorithmus) und seine Molmasse.

3. Vergleichen Sie die wahre Molmasse einer Substanz mit der einfachsten und erhöhen Sie die Indizes um die erforderliche Anzahl.

Aufgabe Nr. 1.

Finden Sie die Formel eines Kohlenwasserstoffs, der 14,29 % Wasserstoff enthält und dessen relative Stickstoffdichte 2 beträgt.

ω(Н) = 14,29 % Lösung:

D( N2 ) = 2 1. Finden wir die wahre Molmasse C X N bei:

M = D N2 ∙ 28 = 2 ∙ 28 = 56 g/mol.

M.F. = ? 2. Lassen Sie uns den Massenanteil von Kohlenstoff ermitteln:

ω(C) = 100 % – 14,29 % = 85,71 %.

3. Finden wir die einfachste Formel eines Stoffes und seiner Molmasse:

x: y = 85,7 / 12: 14,29 / 1 = 7,142: 14,29 = 1: 2 Þ CH 2

M(CH 2 ) = 12 + 1 ∙ 2 = 14 g/mol

4. Vergleichen wir die Molmassen:

MS X N bei) / M(CH 2 ) = 56 / 14 = 4 Þ wahre Formel – C 4 N 8 .

Antwort: C 4 N 8 .

iii. Algorithmus zur Lösung von Problemen bei der Formelableitung

organische Substanzen, die Sauerstoff enthalten.

1. Bezeichnen Sie die Formel eines Stoffes mit den Indizes X, Y, Z usw. entsprechend der Anzahl der Elemente im Molekül. Wenn es sich bei den Verbrennungsprodukten um CO2 und H2O handelt, kann der Stoff 3 Elemente (CxHyOZ) enthalten. Sonderfall: Das Verbrennungsprodukt ist neben CO2 und H2O Stickstoff (N2) für stickstoffhaltige Stoffe (Cx Nu Oz Nm)

2. Erstellen Sie eine Gleichung für die Verbrennungsreaktion ohne Koeffizienten.

3. Ermitteln Sie die Stoffmenge jedes Verbrennungsprodukts.

5. Wenn nicht angegeben ist, dass es sich bei dem verbrannten Stoff um einen Kohlenwasserstoff handelt, berechnen Sie die Massen von Kohlenstoff und Wasserstoff in den Verbrennungsprodukten. Ermitteln Sie die Sauerstoffmasse einer Substanz aus der Differenz zwischen der Masse der ursprünglichen Substanz und m (C) + m (H). Berechnen Sie die Menge der Sauerstoffatome der Substanz.

6. Das Verhältnis der Indizes x:y:z ist gleich dem Verhältnis der Stoffmengen v (C) :v (H) :v (O) reduziert auf das Verhältnis der ganzen Zahlen.

7. Bringen Sie bei Bedarf unter Verwendung zusätzlicher Daten in der Problemstellung die resultierende empirische Formel zur wahren.

Regionen

Staatliche Haushaltsbildungseinrichtung

Mr (CxHy) = DN2 28, wobei DN2 die relative Dichte von Stickstoff ist

Mr (CхHy) = DO2 32, wobei DO2 die relative Dichte von Sauerstoff ist

Mr (CxHy) = r 22,4, wobei r die absolute Dichte (g/ml) ist

BEISPIEL 1 Ein Alkan hat eine Sauerstoffdampfdichte von 2,25. Bestimmen Sie sein relatives Molekulargewicht.

Berechnen Sie das relative Molekulargewicht Mr(CхHy) aus der relativen Dichte: Mr (CхHy) = DO2·32,

Herr (CxHy) = 2,25 · 32 = 72

Lösen von Rechenaufgaben zur Ableitung der Summenformel eines Stoffes aus den Massenanteilen der Elemente

Aufgabe 1. Finden Sie die Summenformel einer Substanz, die 81,8 % Kohlenstoff und 18,2 % Wasserstoff enthält. Die relative Dichte des Stoffes in Bezug auf Stickstoff beträgt 1,57.

1. Notieren Sie den Zustand des Problems.

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3. Finden Sie die Indizes x und y in Bezug auf:

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2. Ermitteln Sie den Massenanteil von Wasserstoff:

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daher ist die einfachste Formel C2H5.

4. Finden Sie die wahre Formel. Da die allgemeine Formel von Alkanen CnH2n+2 lautet, lautet die wahre Formel C4H10.

Aufgaben für selbständiges Arbeiten

Probleme lösen

1. Organisches Material enthält 84,21 % Kohlenstoff und 15,79 % Wasserstoff. Die Dampfdichte des Stoffes in Luft beträgt 3,93. Bestimmen Sie die Formel des Stoffes.

2. Finden Sie die Summenformel eines gesättigten Kohlenwasserstoffs, dessen Massenanteil an Kohlenstoff 83,3 % beträgt. Relative Dampfdichte des Stoffes – 2,59

3. Ein Alkan hat eine Luftdampfdichte von 4,414. Bestimmen Sie die Formel des Alkans.

LITERATUR:

1. Gabrielyan. 10, 11 Klassen - M., Trappe. 2008.

2., Feldman -8, 9. M.: Bildung, 1990;

3. Glinka-Chemie. L.: Chemie, 1988;

4. Macarena-Chemie. M.: Handelshochschule, 1989;

5. Romantsev-Probleme und Übungen in der allgemeinen Chemie. M.: Höhere Schule, 1991.