Вывод формул органических веществ

Зачем выводят формулы

Вывод формулы вещества — это определение его химического состава по экспериментальным данным: массовым долям элементов, продуктам сгорания или плотности пара. Различают простейшую формулу (показывает соотношение атомов) и молекулярную (показывает истинное число атомов в молекуле). Умение выводить формулы — ключевой навык в решении задач по органической химии.

Этапы вывода

1. Найти количества вещества каждого элемента, разделив массовую долю на атомную массу.
2. Найти соотношение этих количеств и привести его к наименьшим целым числам — получится простейшая формула.
3. По молярной массе (её находят через плотность пара) определить, во сколько раз молекулярная формула больше простейшей.

Нахождение молярной массы

Молярную массу определяют по относительной плотности пара D данного газа по другому газу. Формула:

M = D · M(газа сравнения)

Например, плотность по водороду: M = 2 · D_H_2; плотность по воздуху: M = 29 · D_возд.

Разбор примера

Вещество содержит 85,7 процента углерода и 14,3 процента водорода, плотность пара по водороду равна 28. Найдём формулу.

Количества: n(C) = 85,7 / 12 = 7,14; n(H) = 14,3 / 1 = 14,3. Соотношение C : H = 7,14 : 14,3 = 1 : 2. Простейшая формула — CH_2 (масса 14).

Молярная масса: M = 2 · 28 = 56. Число формульных единиц: 56 / 14 = 4. Значит, молекулярная формула C_4H_8 (бутен).

Частая ошибка: простейшую формулу принимают за молекулярную. Они совпадают не всегда: например, у этилена простейшая формула CH_2, а молекулярная C_2H_4. Всегда проверяйте через молярную массу.

Вывод формулы по продуктам сгорания

Часто состав вещества определяют по продуктам его полного сгорания. При сжигании весь углерод переходит в углекислый газ, а водород — в воду. По массам CO_2 и H_2O находят массы углерода и водорода, а если их сумма меньше массы исходного вещества, в нём есть кислород.

Пусть при сгорании вещества образовалось 0,44 г углекислого газа и 0,18 г воды, масса вещества 0,15 г. Тогда масса углерода: m(C) = 0,44 · 12 / 44 = 0,12 г. Масса водорода: m(H) = 0,18 · 2 / 18 = 0,02 г. Сумма 0,14 г меньше 0,15 г, значит, есть кислород массой 0,01 г.

Когда в веществе есть кислород

Массовую долю кислорода нельзя измерить напрямую, поэтому её находят по разности: из 100 процентов вычитают доли остальных элементов. Так часто решают задачи на спирты, кислоты и углеводы, в которых кроме углерода и водорода есть кислород.

Кратко о главном

• Простейшая формула — соотношение атомов, молекулярная — их истинное число.
• Количества элементов находят делением массовой доли на атомную массу.
• Молярную массу определяют через плотность пара.
• Молекулярную формулу получают, сравнив молярную массу с простейшей.
• Всегда проверяйте: простейшая и молекулярная формулы могут различаться.