zadania z chemii

ZADANIA Z CHEMII
Ustalanie wzoru związku chemicznego
Wyróżnia się następujące typy wzorów związku chemicznego:
1. Wzór empiryczny związku chemicznego, czyli najmniejszy stosunek molowy
pierwiastków w analizowanym związku.
2. Wzór rzeczywisty (sumaryczny), czyli stosunek molowy pierwiastków w analizowanym
związku odpowiadający jego masie molowej.
3. Wzór strukturalny (dotyczy tylko związków kowalencyjnych), tzn. takich, które są
zbiorem cząsteczek.
Wzór związku chemicznego ustala się na podstawie wyników analizy elementarnej, tzn. analizy
w wyniku, której określony zostaje % skład pierwiastków w analizowanym związku.
% skład pierwiastków w analizowanym związku to inaczej stosunek masowy pierwiastków w
tym związku. Zadania z tego działu sprowadzają się, zatem do przeliczenia składu masowego na
skład molowy.
Zadanie 1. Ustal wzór tlenku azotu o składzie: %N = 63,54, %O = 36,36.
Dane:
%N = 63,54; MN = 14 g/mol
%O = 36,36; MO = 16 g/mol
Rozwiązanie:
m N : mO = 63,54 : 36,36
Aby przeliczyć stosunek masowy pierwiastków w związku na stosunek molowy należy podzielić
masy pierwiastków przez ich masy molowe:
n N : nO =
63,54 36,36
= 4,54 : 2,27
:
14
16
Zgodnie z prawem stosunków molowych Daltona stosunek molowy pierwiastków w związku
chemicznym wyraża się jako stosunek liczb całkowitych. W tym celu każdą z otrzymanych liczb,
wyrażających ten stosunek dzieli się przez najmniejszą z nich:
n N : nO =
4,54 2,27
= 2 :1
:
2,27 2,27
Wzór empiryczny tego tlenku, to: N2O. Do ustalenia wzoru rzeczywistego (sumarycznego)
niezbędna jest informacja o masie molowej tego tlenku. W tym przypadku ustalony wzór
empiryczny dotyczy znanego związku azotu (tzw. gaz rozweselający) i oczywiste jest, że wzór
empiryczny jest jednocześnie wzorem sumarycznym.
Wzór empiryczny związków organicznych ma formę: CxHyOzNk….. , gdzie
współczynniki: x, y, z, k,….oznaczają najmniejszy stosunek molowy tych pierwiastków
wchodzących w skład tego związku chemicznego.
Zadanie 2. Analiza elementarna pewnego związku organicznego wykazała, że zawiera on:
48,5% C, 5,1% H i 14,2% N. Ustal wzór tego związku.
Dane:
%C = 48,5; MC = 12 g/mol
%H = 5,1; MH = 1 g/mol
%N = 14,2; MN = 14 g/mol
Ponieważ suma procentowego składu podanych pierwiastków jest mniejsza od 100, to
oznacza to, że w skład tego związku chemicznego wchodzi również tlen. Procentową zawartość
tlenu (%O) w tym związku oblicza się w następujący sposób:
%O = 100 - Σ (% pierwiastek) = 100 - 67,8 = 32,8.
%O = 32,8; MO = 16 g/mol
Rozwiązanie:
Skład % pierwiastków w związku chemicznym jest informacją o stosunku masowym
pierwiastków w tym związku. Stosunek masowy pierwiastków w związku chemicznym jest stały,
niezależny od ilości tego związku i sposobu jego otrzymania (prawo stałości składu J. L.
Prousta). Do ustalenia wzoru empirycznego wystarczy, więc przeliczyć stosunek masowy
pierwiastków w związku na stosunek molowy.
nC : n H : nO : n N =
48,5 5,1 32,8 14,2
= 4,04 : 5,1 : 2,05 : 1,01
:
:
:
12 1 16 14
Ponieważ stosunek molowy pierwiastków w związku chemicznym CxHyOzNk musi być
wyrażony jako stosunek liczb całkowitych (prawo stosunków molowych Daltona), to dzielimy
otrzymane liczby przez najmniejszą z nich i po zaokrągleniu otrzymujemy:
x : y : z : k = 4 : 5 : 1 : 2.
Wzór empiryczny tego związku ma postać: C4H5O2N.
W przypadku związków kowalencyjnych (najczęściej związków organicznych) istotne jest nie
tylko ustalenie wzoru sumarycznego, ale również wzoru strukturalnego. W tym celu pomocne
będzie określenie stopnia nienasycenia cząsteczki organicznej (n). Wartość n równa jest sumie
liczby wiązań π w cząsteczce i liczbie pierścieni, jakie tworzy ta cząsteczka.
Stopień nienasycenia cząsteczki (n) określa się wykorzystując wzór:
n=
2 + 2⋅C + N − H
2
Gdzie:
C – liczba atomów węgla w cząsteczce
N - liczba atomów azotu w cząsteczce
H - liczba atomów jednowartościowych w cząsteczce (H, Cl, Br, itp.)
Przykład 1.
n=
2 + 2⋅6 + 0 − 6
=4
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 4.
(3 wiązania π i pierścień).
Przykład 2.
C
n=
C
H
2 + 2 ⋅8 + 0 − 6
=6
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 6.
(5 wiązań π i pierścień).
Przykład 3.
O
H
HO
C
C
C
C
OH
H
O
n=
2 + 2⋅4 + 0 − 4
=3
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 3.
(3 wiązania π).
Przykład 4.
N
2 + 2 ⋅5 +1− 5
=4
n=
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 4.
(3 wiązania π i pierścień).
W przypadku związku C4H5O2N stopień nienasycenia:
n=
2 + 2 ⋅C + N − H 2 + 2 ⋅ 4 +1− 5
=3
=
2
2
Wzór strukturalny tego związku:
H
C
NH 2
C
C
H
C
O
OH
Zadania do samodzielnego rozwiązania:
1. Ile procent cyny powinno znajdować się w jej stopie z miedzią, aby na każdy atom cyny
przypadało sześć atomów miedzi?
2. Analiza wykazała, że w 3,26 g tlenku chromu znajduje się 2,24 g chromu. Jaki jest wzór chemiczny tego tlenku?
3. W 2,3 g tlenku azotu znajduje się 0,7 g azotu. Podaj wzór tlenku.
4. Jaki wzór ma tlenek siarki, którego 100 g zawiera 40 g siarki?
5. Tlenek żelaza zawiera 27,6 % tlenu. Jaki jest wzór chemiczny tego tlenku?
6. Fluorowcopochodna benzenu zawiera 48,3 % chloru. Podaj wzór sumaryczny tego związku.
Odp. C6H4Cl2
7. W 23,0 g tlenku azotu znajduje się 7,0 g azotu. Podaj wzór chemiczny tlenku.
Odp. NO2
8. Jaki wzór chemiczny ma tlenek siarki, którego 10,0 g zawiera 6,0 g tlenu?
Odp. SO3
9. Krystaliczny siarczan magnezu zawiera 51,17 % wody krystalizacyjnej. Oblicz ile
cząsteczek wody przypada na jedną cząsteczkę MgSO4.
Odp. 7
10. Pewien tlenek żelaza zawiera 27,6 % tlenu. Jaki jest wzór chemiczny tego tlenku?
Odp. Fe3O4
11. Pewien pierwiastek tworzy dwuprotonowy kwas tlenowy o masie 98 g·mol−1, w którym
stosunek masowy tlenu do wodoru wynosi 32:1. Podaj wzór tego kwasu.
Odp. H2SO4
12. Tlenek ołowiu zawiera 86,6 % metalu, resztę stanowi tlen. Wyprowadź wzór chemiczny
tego tlenku.
Odp. PbO2
13. Próbka pewnego kwasu organicznego zawiera 26,67 % wagowych węgla i 71,11 %
wagowych tlenu. Podaj wzór rzeczywisty tego związku, jeśli wiadomo, że jego masa
molowa wynosi 90 g·mol−1.
Odp. H2C2O4
14. Pewien pierwiastek tworzy dwuprotonowy kwas tlenowy o masie 62 g/mol, w którym
stosunek masowy tlenu do wodoru wynosi 24:1. Podaj wzór tego kwasu.
15. Podaj wzór empiryczny substancji o składzie procentowym: 28,25 % potasu, 25,64 %
chloru, 46,11 % tlenu.