Молекулярная и простейшая формула вещества
Молекулярная (истинная) формула — формула, в которой отражается реальное число атомов каждого вида, входящих в молекулу вещества.
Например, С6Н6 — истинная формула бензола.
Простейшая (эмпирическая) формула — показывает соотношение атомов в веществе.
Например, для бензола соотношение С:Н = 1:1, т.е. простейшая формула бензола — СН.
Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.
Примеры.
| Вещество | Молекулярная формула | Соотношение атомов | Простейшая формула |
| Этанол | С2Н6О | С:Н:О = 2:6:1 | С2Н6О |
| Бутен | С4Н8 | С:Н = 1:2 | СН2 |
| Уксусная кислота | С2Н4О2 | С:Н:О = 1:2:1 | СН2О |
Если в задаче даны только массовые доли элементов, то в процессе решения задачи можно вычислить только простейшую формулу вещества. Для получения истинной формулы в задаче обычно даются дополнительные данные — молярная масса, относительная или абсолютная плотность вещества или другие данные, с помощью которых можно определить молярную массу вещества.
3. Относительная плотность газа Х по газу У — DпоУ(Х).
Относительная плотность D — это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У:
DпоУ(Х) = М(Х) / М(У)
Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.
Относительная плотность газа Х по водороду:
Dпо H2 = M(газа Х) / M(H2) = M(газа Х) / 2
Воздух — это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
Поэтому:
Dпо возд. = М(газа Х) / 29
Абсолютная плотность газа при нормальных условиях.
Абсолютная плотность газа — это масса 1 л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.
ρ = m(газа) / V(газа)
Если взять 1 моль газа, то тогда:
ρ = М / Vm,
а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.
5. Общие формулы веществ разных классов.
Часто для решения задач с химическими реакциями удобно пользоваться не обычной общей формулой, а формулой, в которой выделена отдельно кратная связь или функциональная группа.
| Класс органических веществ | Общая молекулярная формула | Формула с выделенной кратной связью и функциональной группой | |||||||||||||||||
| Алканы | CnH2n+2 | — | |||||||||||||||||
| Алкены | CnH2n | CnH2n+1–CH=CH2 | |||||||||||||||||
| Алкины | CnH2n−2 | CnH2n+1–C≡CH | |||||||||||||||||
| Диены | CnH2n−2 | — | |||||||||||||||||
| Гомологи бензола | CnH2n−6 | С6Н5–СnH2n+1 | |||||||||||||||||
| Предельные одноатомные спирты | CnH2n+2O | CnH2n+1–OH | |||||||||||||||||
| Многоатомные спирты | CnH2n+2Ox | CnH2n+2−x(OH)x | |||||||||||||||||
| Предельные альдегиды | CnH2nO |
| |||||||||||||||||
| Кетоны | CnH2nO |
| |||||||||||||||||
| Фенолы | CnH2n−6O | С6Н5(СnH2n)–OH | |||||||||||||||||
| Предельные карбоновые кислоты | CnH2nO2 |
| |||||||||||||||||
| Сложные эфиры | CnH2nO2 |
| |||||||||||||||||
| Амины | CnH2n+3N | СnH2n+1NH2 | |||||||||||||||||
| Аминокислоты (предельные одноосновные) | CnH2n+1NO2 |
|
1. Пример 2.
Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.
Решение примера 2.
Общая формула алкина СnH2n−2
Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность ρ — это масса 1 литра газа при нормальных условиях.
Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4 л такого газа:
M = (плотность ρ) • (молярный объём Vm) = 2,41 г/л • 22,4 л/моль = 54 г/моль.
Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n:
14 • n − 2 = 54, n = 4.
Значит, алкин имеет формулу С4Н6.
Ответ: С4Н6.
1. Пример 3.
Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3•1022 молекул этого альдегида весят 4,3 г.
Решение примера 3.
В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо вновь найти величину молярной массы вещества.
Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в 1 моль вещества.
Это число Авогадро: Na = 6,02•1023 (молекул).
Значит, можно найти количество вещества альдегида:
ν = N / Na = 3•1022 / 6,02•1023 = 0,05 моль,
и молярную массу:
М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль.
Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим n.
Общая формула предельного альдегида СnH2nO, то есть М = 14n + 16 = 86, n = 5.
Ответ: С5Н10О, пентаналь.
1. Пример 4.
Определить формулу дихлоралкана, содержащего 31,86 % углерода.
Решение примера 4.
Общая формула дихлоралкана: СnH2nCl2, там 2 атома хлора и n атомов углерода.
Тогда массовая доля углерода равна:
ω(C) = (число атомов C в молекуле) • (атомная масса C) / (молекулярная масса дихлоралкана)
0,3186 = n • 12 / (14n + 71)
n = 3, вещество — дихлорпропан.
Ответ: С3Н6Cl2, дихлорпропан.