Абитуриенту
Виртуальный репетитор
Задачи по органической химии
В природе существует несколько миллионов соединений углерода, и в то же время не наберется и полумиллиона соединений всех остальных элементов. Однако в средней школе органической химии уделяется непропорционально мало внимания.
Постараемся ликвидировать этот пробел. Здесь будут рассмотрены задачи всех распространенных типов.
В частности, такие:
- 1. Определение химической формулы вещества по продуктам его сгорания
- 2. Теория и реальность (задачи на выход продукта)
- 3. Реакции, в которых один из реагентов взят в избытке
- 4. Реакции, протекающие в газовой фазе
- 5. Параллельные реакции
- 6. Последовательные реакции
- 7. Внимание: один реагент!
- 8. "Слишком мало данных"
- 9. "Задачи для Шерлока Холмса"
- 10. "Штрихи к портрету"
- 11. "К сияющим вершинам!"
Освоив методику решения задач по органической химии, можно заняться самостоятельной подготовкой. Для этого полезно решить приведенные здесь домашние задания:
- Задачи на дом: №№ 1--30
- Задачи на дом: №№ 31--60
- Задачи на дом: №№ 61--90
1. Определение химической формулы вещества по продуктам его сгорания
Это традиционный тип задач по органической химии, родившийся еще в прошлом веке из повседневной экспериментальной практики химика-аналитика. Давайте рассмотрим методику решения таких задач.
Задача. При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36 л CO2 (н.у.) и 5,4 г воды. Плотность паров органического вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу исследуемого вещества.
Решение. Продукты сгорания вещества состоят из трех элементов: углерода, водорода, кислорода. При этом очевидно, что в состав этого соединения входил весь углерод, содержащийся в CO
2, и весь водород, перешедший в воду. А вот кислород мог присоединиться во время горения из воздуха, а мог и частично содержаться в самом веществе.
Для определения простейшей формулы соединения нам необходимо знать его элементный состав. Найдем количество продуктов реакции (в моль):
n(CO
2) =
V(CO
2) /
VM = 3,36 л : 22,4 л/моль = 0,15 моль
n(H
2O) =
m(H
2O) /
M(H
2O) = 5,4 г : 18 г/моль = 0,3 моль
Следовательно, в состав исходного соединения входило 0,15 моль атомов углерода и 0,6 моль атомов водорода:
n(H) = 2
n(H
2O), так как в одной молекуле воды содержатся два атома водорода. Вычислим их массы по формуле:
m =
n х
M
m(H) = 0,6 моль х 1 г/моль = 0,6 г
m(С) = 0,15 моль х 12 г/моль = 1,8 г
Определим, входил ли кислород в состав исходного вещества:
m(O) = 4,8 - (0,6 + 1,8) = 2,4 г
Найдем число моль атомов кислорода:
n(O) =
m(O) /
M(O) = 2,4 г : 16 г/моль = 0,15 моль
Соотношение числа атомов в молекуле исходного органического соединения пропорционально их мольным долям:
n(CO
2) :
n(H) :
n(O) = 0,15 : 0,6 : 0,15 = 1 : 4 : 1
самую маленькую из этих величин (0,15) принимаем за 1, а остальные делим на нее.
Итак, простейшая формула исходного вещества CH
4O. Однако по условию задачи требуется определить молекулярную формулу, которая в общем виде такова: (CH
4O)
х. Найдем значение
x. Для этого сравним молярные массы исходного вещества и его простейшей формулы:
x =
M(CH
4O)
х /
M(CH
4O)
Зная относительную плотность исходного вещества по водороду, найдем молярную массу вещества:
M(CH
4O)
х =
M(H
2) х
D(H
2) = 2 г/моль х 16 = 32 г/моль
x = 32 г/моль / 32 г/моль = 1
Есть и второй вариант нахождения
x (алгебраический):
12
x + 4
x + 16
x = 32; 32
x = 32;
x = 1
Ответ. Формула исходного органического вещества CH4O.
2. Теория и реальность (задачи на выход продукта)
Схемы расчетов по химическим уравнениям основываются на законе сохранения массы веществ и справедливы, если в реакцию вступают абсолютно чистые вещества и их взаимодействие протекает без потерь. Однако на практике продуктов реакции всегда образуется меньше, чем должно было получиться в соответствии с расчетами. Поэтому одна из важнейших характеристик химико-технологического процесса - практический выход продукта реакции
h:
h = {
mпракт (
Vпракт;
nпракт) :
mтеор (
Vтеор;
nтеор)} х 100%,
где
mпракт (
Vпракт;
nпракт) - масса, объем или количество вещества-продукта, получившегося практически, а
mтеор (
Vтеор;
nтеор) - масса, объем или количество вещества-продукта, рассчитанное теоретически (по уравнению реакции).
Задача. В лабораторной установке из 120 л ацетилена (н.у.) получили 60 г бензола. Найдите практический выход бензола.
Решение.
3C
2H
2 (650 оС, активированный уголь) = C
6H
6
n(C
2H
2) =
V(C
2H
2)/
VM = 120 л : 22,4 л/моль = 5,35 моль
n(C
6H
6)
теор = 1/3 х
n(C
2H
2) = 1/3 х 5,35 моль = 1,785 моль
n(C
6H
6)
практ =
m(C
6H
6)/
M(C
6H
6) = 60 г : 78 г/моль = 0,77 моль
h = (
nпракт :
nтеор) х 100% = (0,77 : 1,785) х 100% = 43%
Ответ. 43%.
3. Реакции, в которых один из реагентов взят в избытке
Задача. Какой объем водорода (н.у.) получится при взаимодействии 2 моль металлического натрия с 96%-ным (по массе) раствором этанола в воде (V = 100 мл, плотность d = 0,8 г/мл).
Решение. В условии задачи даны количества обоих реагентов - это верный признак того, что какой-нибудь из них находится в избытке. Найдем массу этанола, введенного в реакцию:
m(раствора) =
V х
d = 100 мл х 0,8 г/мл = 80 г
m(C
2H
5OH) = {
m(раствора) х
w%} : 100% = 80 г х 0,96 = 76,8 г
(1) 2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2
на 2 моль этанола -- 2 моль натрия -- 1 моль водорода
Найдем заданное количество этанола в моль:
n(C
2H
5OH) =
m(C
2H
5OH) /
M(C
2H
5OH) = 76,84 г : 46 г/моль = 1,67 моль
Поскольку заданное количество натрия составляло 2 моль, натрий в нашей задаче присутствует в избытке. Поэтому объем выделенного водорода будет определяться количеством этанола:
n1(H
2) = 1/2
n(C
2H
5OH) = 1/2 х 1,67 моль = 0,835 моль
V1(H
2) =
n1(H
2) х
VM = 0,835 моль х 22,4 л/моль = 18,7 л
Но это еще не окончательный ответ.
Будьте внимательны!
Вода, содержащаяся в растворе спирта, тоже реагирует с натрием с выделением водорода.
Найдем массу воды:
m(H
2O) = {
m(раствора) х
w%} : 100% = 80 г х 0,04 = 3,2 г
n(H
2O) =
m(H
2O)/
M(H
2O) = 3,2 г : 18 г/моль = = 0,178 моль
(2) 2H2O + 2Na = 2NaOH + H2
на 2 моль воды -- 2 моль натрия -- 1 моль водорода
Количество натрия, оставшееся неизрасходованным после реакции с этанолом, составит:
n(Na, остаток) = 2 моль - 1,67 моль = 0,33 моль
Таким образом, и по сравнению с заданным количеством воды (0,178 моль) натрий все равно оказывается в избытке.
Найдем количество и объем водорода, выделившегося по реакции (2):
n2(H
2) = 1/2
n(H
2O) = 1/2 х 0,178 моль = 0,089 моль
V2(H
2) =
n2(H
2) х
VM = 0,089 моль х 22,4 л/моль = 1,99 л
Общий объем водорода:
V(H
2) =
V1(H
2) +
V2(H
2) = 18,7 л+ 1,99 л = 20,69 л
Ответ: V(H2) = 20,69 л
4. Реакции, протекающие в газовой фазе
При проведении расчетов по уравнениям таких реакций необходимо помнить, что количественные соотношения реагирующих веществ имеют одну особенность, вытекающую из закона Авогадро, а именно:
Для реакций, протекающих между газообразными веществами, отношение объемов реагирующих веществ и продуктов реакции равно отношению соответствующих коэффициентов уравнения реакции.
Задача. Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для сжигания смеси, состоящей из 5 л метана и 15 л ацетилена?
Решение.
(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
на 1 моль CH4 -- 2 моль 2O2
(2) 2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O
на 2 моль 2C2H2 -- 5 моль 2O2
Объем кислорода, который пойдет на сжигание заданного объема метана
V1(O
2) и ацетилена
V2(O
2), составит:
V1(O
2) = 2
V(CH
4) = 2 х 5 = 10 л
V2(O
2) = 5/2
V(C
2H
2) = 5/2 х 15 = 37,5 л
V(O2) =
V1(O
2) +
V2(O
2) = 10 л + 37,5 л = 47,5 л
Отсюда рассчитаем объем воздуха на сжигание (содержание кислорода в воздухе принимаем равным 21% по объему):
V(воздуха) =
V(O
2) : 0,21 = 47,5 л : 0,21 = 226 л
Ответ. V(воздуха) = 226 л
Этот материал подготовила и любезно предоставила нам Соросовский учитель Валентина Анатольевна РУДНЕВА, преподаватель химии Московской гимназии №43 на Юго-Западе.
|| Содержание (все задачи виртуального репетитора) ||
|| Содержание (задачи по органической химии) ||
Следующие страницы >>>
Органическая химия. Задачи на дом:
|| ## 1--30 || ## 31--60 || ## 61--90