Молекулярная формула по массовым долям и плотности

Задание 33 начинается с вывода молекулярной формулы органического вещества — это установление формулы. Источник данных может быть разным — массовые доли элементов, продукты сгорания, реакция с известным реагентом, — но цель одна: найти число атомов каждого элемента в молекуле. Для этого нужна молярная масса или общая формула класса.

Как найти молярную массу

По относительной плотности: \(M = D \cdot M(\text{газа})\) — по водороду умножают на 2, по воздуху — на 29, по кислороду — на 32, по гелию — на 4. По плотности газа при н. у.: \(M = \rho \cdot 22{,}4\). По данным реакции: \(M = m : n\).

Массовые доли и молярная масса известны

Число атомов элемента равно \(\omega \cdot M : A_r\). Пример: углеводород содержит 85,7 % углерода, плотность его по водороду 28. \(M = 56\) г/моль; атомов углерода \(0{,}857 \cdot 56 : 12 = 4\), водорода \(0{,}143 \cdot 56 : 1 = 8\). Формула \(\ce{C4H8}\).

Известны только массовые доли

Находят простейшую (эмпирическую) формулу — отношение чисел атомов:

\[ n(\ce{C}) : n(\ce{H}) : n(\ce{O}) = \frac{\omega(\ce{C})}{12} : \frac{\omega(\ce{H})}{1} : \frac{\omega(\ce{O})}{16} \]

Полученные числа делят на наименьшее и приводят к целым. Пример: 40 % C, 6,7 % H, 53,3 % O: \(3{,}33 : 6{,}7 : 3{,}33 = 1 : 2 : 1\), простейшая формула \(\ce{CH2O}\). Истинная формула кратна простейшей: при \(M = 60\) — \(\ce{C2H4O2}\) (уксусная кислота или метилформиат), при \(M = 180\) — \(\ce{C6H12O6}\).

Известен класс вещества

Молярную массу выражают через \(n\) по общей формуле класса и приравнивают к найденной:

• алканы \(\ce{C_nH_{2n+2}}\): \(M = 14n + 2\); алкены и циклоалканы: \(14n\); алкины и диены: \(14n - 2\); арены: \(14n - 6\);
• предельные одноатомные спирты и простые эфиры \(\ce{C_nH_{2n+2}O}\): \(14n + 18\);
• альдегиды и кетоны \(\ce{C_nH_{2n}O}\): \(14n + 16\);
• кислоты и сложные эфиры \(\ce{C_nH_{2n}O2}\): \(14n + 32\);
• предельные амины \(\ce{C_nH_{2n+3}N}\): \(14n + 17\).

Пример: плотность паров предельного альдегида по воздуху 2. \(M = 58\); \(14n + 16 = 58\), \(n = 3\): \(\ce{C3H6O}\), пропаналь \(\ce{CH3-CH2-CHO}\).