115907 (Элективный курс для учащихся 10-х классов "Решение задач по органической химии повышенного уровня сложности"), страница 4

C_xH_y+a O₂x CO₂+0,5y H₂O, a=(4x+y)/4;

C_xH_yO_z+ b O₂x CO₂+0,5y H₂O ( необходимо учитывать кислород в составе сгорающего вещества);

C_xH_yN_z+ a O₂x CO₂+0,5y H₂O+0,5z N₂;

C_xH_yCl_z+ a O₂x CO₂+0,5y H₂O+0,5z Cl₂;

C_xH_yO_zNa_w+ d O₂ CO₂+0,5y H₂O+Na₂CO₃,

n(Na)=2n(Na₂CO₃),

n(C)=n(CO₂)+n(Na₂CO₃).

В условиях задач по нахождению молекулярной формулы по продуктам сгорания обычно есть значения: масса или объем сгоревшего вещества, масса воды и масса или объем углекислого газа, образующихся после сгорания, молярная масса или данные по которым можно её вычислить (плотность, относительная плотность и тд.).

Попробуем составить подобное условие. Пусть для реакции взяли 2 моль вещества, молекулярная формула которого C₆H₁₂. По уравнению реакции получаем:

C₆H₁₂ + 9 O₂ 6 CO₂ + 6H₂O

по уравнению реакции1моль 9моль6моль6моль;

по условию задачи 2моль 18моль 12моль 12моль.

Вычисляем необходимые данные:

m(C₆H₁₂)=84^.2=168(г);

V(CO₂)=12^.22,4=268,8(л);

m(H₂O)=12^.18=216(г);

D_H2(C₆H₁₂)=84/2=42.

Составляем условие задачи и решаем её.

Найти молекулярную формулу вещества, если при полном сгорании 168г образуется 268,8л углекислого газа и 216г воды и относительная плотность по водороду его пара равна 42.

n(CO₂)=268,8:22,4=12(моль); n(C)= n(CO₂)=12(моль); m(C)=12^.12=144(г);

n(H₂O)=216:18=12(моль); n(H)=2n(H₂O)=24(моль);m(H)=24^.1=24(г);

m(O)=m(смеси)-m(C)-m(O)=168-144-24=0(г) => C_xH_Y

n(C):n(H)=12:24=1:2 => CH₂- простейшая формула;

М(в-ва)= D_H2(в-ва)^.2=42^.2=84(г/моль)

n (12+2)=84, n=6 => C₆H₁₂-истинная формула

Задание: составить и решить задачу зная, что в реакцию горения вступает 13,8г (0,3 моль) этанола.

Тема 4. Газовые законы в уравнениях реакций. Задачи на «избыток-недостаток».

Основные понятия, законы и формулы: закон сохранения массы веществ, закон Авагадро и следствия из него, нормальные условия, идеальный газ, закон Бойля-Мариотта, закон Гей-Люссака, закон Шарля, уравнение Менделеева-Клайперона.

На основе уравнения вычисляем сколько г и л углекислого газа образуется при полном сгорании 22,4л этана (88г; 44,8л). Приходим к выводу, что при неизменном давлении и температуре объёмы реагирующих и образующихся газов относятся между собой как коэффициенты в уравнении реакции.

2 C₂H₆ + 7 O₂ 4 CO₂ + 6 H₂O.

Вычисляем сколько г и л углекислого газа образуется, если для реакции дана смесь из 60г этана и 224л кислорода. В данном случае можно подсчитать

количество молей двух реагирующих веществ. Если исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении (т.е. без избытка-недостатка), то количества

их молей должны относиться как 2 к 7. Если же какого-либо вещества больше, то оно находится в избытке и прореагирует не полностью, тогда расчет надо вести по тому веществу, которое находится в недостатке и прореагирует полностью.

Решение:

n(C₂H₆)=m/M=60:30=2(моль); n(O₂)=V/V_m=224:22,4=10(моль).

по условию:2 моль 10 моль х моль

2 C₂H₆ + 7 O₂ 4 CO₂ + 6 H₂O.

по уравнению: 2 моль7моль 4моль

Чтобы узнать что в недостатке обозначаем одно из данных за y и находим неизвестное.

по условию:y моль 10 моль

2 C₂H₆ + 7 O₂ 4 CO₂ + 6 H₂O.

по уравнению: 2 моль7моль

=> y=2^.10:7=2,86(моль)- надо этана для реакции с 10 моль кислорода, а дали только 2 моль => этан в недостатке, расчеты делаем по нему.

х=2^.4:2=4(моль); m(C₂H₆)=4^.30=120(г); V(C₂H₆)=4^.22,4=89,6(л).

После совместного решения ученики составляют самостоятельно условие задачи на избыток-недостаток, используя любое уравнение реакции этерификации, и решают её.

Решаем задачу:

Объем смеси метана с кислородом при н.у. равен 100 мл. После сгорания всего метана за счет находившегося в смеси кислорода и приведения к н.у. получено 50 мл новой газовой смеси. Определите объемы газов в смеси до реакции.

Решение:

CH₄ + 2 O₂ CO₂ + 2 H₂O(ж)

Пусть х мл метана было в смеси, тогда кислорода (100-х)мл,

(100-х)-2х+х=50,х=25(мл) => V(CH₄)=25 мл, V(O₂)=75 мл.

Проверяем:по условию 25 мл 75 мл-избыток

CH₄ + 2 O₂ CO₂ + 2 H₂O(ж)

по уравнению 1 мл2 мл 1 мл

V(смеси после р-ции)= V(смеси до р-ции) - V(газов вступивших в р-цию)+ +V( газов обр-ся после р-ции)=100-25-50+25=50(мл).

Составляем подобную задачу, включая в условие газовые законы.

Возьмем смесь, состоящую из 15л этана, 5л этена и 20л водорода.

по условию5л20л15л

C₂H₄+H₂ C₂H₆ ; C₂H₆- не вз-ет.

по уравнению 1л 1л 1л

V(смеси после р-ции)= V(смеси до р-ции) - V(газов вступивших в р-цию)+ +V( газов обр-ся после р-ции)=40-5-5+5=35(л).

Пусть конечный объем смеси будет измерен при 27⁰С и 0,5 атм.

Р₀V₀/T₀=PV/T => V=P₀V₀T/T₀P=1^. 35^.(27+273)/273^.0.5=76,92(л);

Составляем условие задачи: к смеси этана и этена объемом 20л добавили столько же водорода. После реакции объем газовой смеси при 27⁰С и 0,5 атм составил 76,92л. Определите объемы газов в смеси до реакции.

Решение: Пусть в исходной смеси было х л этена, тогда этана (20-х) л.

Вычисляем объем полученной после реакции смеси при н.у.:

Р₀V₀/T₀=PV/T => V=PVT₀/TP₀=0,5^.76,92^.273/^.(27+273)^.1=35(л).

C₂H₄+H₂ C₂H₆ ; C₂H₆- не вз-ет.

( 20-х)+20=35; х=5(л)

или в данном случае, объем смеси после реакции изменяется за счет вступившего в реакцию водорода => 40-35=5(л) водорода, а соответственно и этена вступает в реакцию

После совместного решения ученики составляют самостоятельно условие подобной задачи, используя смеси в которых только одно вещество вступает в реакцию.

Тема 5. Задачи с использованием долей. Основные понятия, законы и формулы: массовые, молярные, объемные доли,

смеси, растворы, практическая доля выхода вещества в сравнении с теоретически возможным.

Решаем задачу на растворы, в которой происходит химическая реакция и концентрация веществ изменяется за счет вступления в химическую реакцию растворенного вещества, растворителя, выпадения осадка или выделения газа.

Металлический натрий массой 5,6 г добавили к 96% водному раствору этанола объемом 112,5 мл (0,8г/мл). Определите массовые доли веществ в растворе по окончании реакций.

Решение: т.к. условие задачи объемное, разбираем его на рисунке-схеме.

H₂O H₂ Na 5,6 г

C₂H₅OH96%;

112мл;

0,8 г/мл.

m(C₂H₅OH, р-р)=Vp=112,5^.0,8=90(г); m(C₂H₅OH)=m(C₂H₅OH, р-р)^.w (C₂H₅OH)=90^.0,96=86,4(г); n(C₂H₅OH)=m/M=86,4:46=1,8(моль).

m(H₂O)= m(C₂H₅OH, р-р)- m(C₂H₅OH)=90-86,4=3,6(г); n(H₂O)= m/M=3,6:18=0,2(моль).

n(Na)=m/M=5,6:23=0,24(моль).

по условию 0,24моль 0,2моль

2Na + 2H₂O 2NaOH + H₂

по уравнению 2моль 2моль

избыток недостаток

по условию 0,04моль 1,8моль

2Na + 2C₂H₅OH 2C₂H₅ONa + H₂

по уравнению 0,04моль0,04моль

недостатокизбыток

m(р-ра)=m(C₂H₅OH, р-р)+m(Na)-m(H₂)=90+5,6-(0.02+0,1)^.2=95,36(г).

Т.е. после реакции в растворе:

m(C₂H₅OH)=n^.M=1,76^.46=80,96(г),