Молекулярная формула по плотности пара
Плотность пара позволяет найти относительную молекулярную массу углеводорода, а состав — его простейшую формулу. Затем сравнивают молярные массы и получают молекулярную формулу вещества.
Что связывает плотность пара и молекулярную массу
Для газов и паров при одинаковых температуре и давлении плотность прямо пропорциональна молярной массе. Поэтому относительная плотность пара одного газа по другому равна отношению их молярных масс. Перед решением полезно повторить относительную молекулярную массу углеводорода и относительную плотность углеводорода.
Относительная плотность пара газа A по газу B — это отношение плотности пара A к плотности газа B при одинаковых условиях. Для идеальных газов она равна отношению молярных масс.
На экзамене чаще всего встречаются три случая:
| Что дано | Как найти M углеводорода |
|---|---|
| Относительная плотность по водороду \(D_{H_2}\) | \(M=2D_{H_2}\) |
| Относительная плотность по воздуху \(D_{\text{возд}}\) | \(M\approx29D_{\text{возд}}\) |
| Абсолютная плотность пара \(\rho\) при н. у. | \(M=\rho V_m\), где \(V_m=22{,}4\ \text{л/моль}\) |
Если относительная плотность дана по водороду, умножайте её на 2; если по воздуху — примерно на 29. Нельзя использовать множитель 2 или 29 без указания, относительно какого газа дана плотность.
Как получить простейшую формулу по составу
Углеводород состоит только из углерода и водорода. Если известны массовые доли элементов, принимают массу вещества за 100 г, находят массы углерода и водорода, переводят их в количества вещества и делят на наименьшее значение.
Полученное отношение атомов округляют до небольших целых чисел. Если массовая доля углерода равна \(w(\mathrm C)\), то массовая доля водорода равна \(w(\mathrm H)=1-w(\mathrm C)\), или в процентах — \(100\%-w(\mathrm C)\).
Можно сразу взять 100 г вещества: численное значение массовой доли в процентах станет массой элемента в граммах. Например, 85,7% углерода означают 85,7 г углерода в условной порции 100 г.
Полный алгоритм определения формулы
- Определите, относительно какого газа дана плотность: водорода, воздуха или другого газа.
- Рассчитайте молярную массу углеводорода по формуле относительной плотности.
- По массовым долям найдите количества вещества углерода и водорода.
- Составьте простейшую формулу \(\mathrm{C_aH_b}\).
- Вычислите её относительную молекулярную массу \(M_{\text{пр}}=12a+b\).
- Найдите множитель \(k=\frac{M}{M_{\text{пр}}}\). Он должен быть близким к целому числу.
- Умножьте индексы простейшей формулы на \(k\) и запишите молекулярную формулу \(\mathrm{C_{ak}H_{bk}}\).
Относительная плотность пара углеводорода по водороду равна 21. Чему равна его молярная масса?
Разобранный пример
Плотность пара углеводорода по водороду равна 21. Массовая доля углерода в веществе составляет 85,7%. Определите молекулярную формулу.
Показать решение Решение
Молекулярная формула углеводорода — \(\mathrm{C_3H_6}\). Проверка: \(M(\mathrm{C_3H_6})=3\cdot12+6=42\) г/моль, значит \(D_{H_2}=42/2=21\).
Проверки и особые случаи
Если известны только массовые доли, обычно сначала находят простейшую, или эмпирическую, формулу. Отличие простейшей формулы от молекулярной подробно рассматривается на странице простейшая формула углеводорода. Молекулярная формула может совпасть с простейшей, если \(k=1\).
Углеводород должен удовлетворять общему ограничению: число атомов водорода не может быть отрицательным или чрезмерно большим. Для соединения \(\mathrm{C_xH_y}\) обычно проверяют, что \(y\leq2x+2\). Это помогает заметить арифметическую ошибку, но само по себе не определяет класс вещества.
При расчётах из округлённых массовых долей возможны небольшие отклонения: отношение 1,99 принимают за 2, а 2,98 — за 3. Однако множитель \(k\) должен быть целым или очень близким к целому.
1. Путают плотность по водороду с плотностью по воздуху. 2. Используют относительные атомные массы наоборот: для углерода нужно делить массу на 12, для водорода — на 1. 3. Останавливаются на простейшей формуле, не сравнив её молярную массу с найденной. 4. Округляют отношение атомов слишком рано. 5. Записывают индексы, не умножив оба на один и тот же множитель.
Запомните: \(M=2D_{H_2}\); \(M\approx29D_{\text{возд}}\); \(M(\mathrm{C_xH_y})=12x+y\); \(n=m/M\); \(k=M/M_{\text{пр}}\).
Связь с другими задачами
После нахождения формулы можно определить класс вещества по общей формуле, составить уравнение реакции углеводорода или использовать схему распознавания углеводородов. В задачах на горение формулу иногда находят другим путём — по объёмным отношениям газов при горении или по массовой доле углерода.
Проверь себя
Главное
- Сначала по плотности находят молярную массу углеводорода: \(M=2D_{H_2}\) или \(M\approx29D_{\text{возд}}\).
- По массовым долям вычисляют количества атомов и получают простейшую формулу.
- Молекулярную формулу находят умножением индексов простейшей формулы на \(k=M/M_{\text{пр}}\).
- Итог обязательно проверяют по молярной массе и исходной плотности пара.