Чтобы найти формулу алкана по молярной массе, сначала определите число атомов углерода: вычтите из массы 2 и разделите результат на 14. Затем найдите число атомов водорода по формуле 2n + 2.
Ниже — два разбора и шесть задач на этот способ. Во всех восьми заданиях атомные массы заданы одинаково, поэтому расчёт можно проверять по одной схеме.
Откуда берётся расчёт
Общая формула ациклических насыщенных алканов — CₙH₂ₙ₊₂: n обозначает число атомов углерода в молекуле, а 2n + 2 — число атомов водорода. Это свойство приведено в учебнике OpenStax.
По условиям задач Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Умножим относительную атомную массу каждого элемента на число его атомов и сложим результаты:
M = 12n + 1 · (2n + 2) = 14n + 2 г/моль.
Здесь M — молярная масса. Чтобы найти n по известной массе, выразим его из равенства:
n = (M − 2) / 14.
Полученное n должно быть положительным целым числом: оно показывает количество атомов. После вычисления подставьте его в выражение 2n + 2 и запишите оба индекса в формуле. Индекс 1 рядом с символом элемента не пишут.
Разбор 1. Масса 16 г/моль
Условие. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 16 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
- Находим число атомов углерода: n = (16 − 2) / 14 = 1.
- Вычисляем число атомов водорода: 2 · 1 + 2 = 4.
- Записываем формулу: CH₄.
Проверка: 12 · 1 + 1 · 4 = 16 г/моль. Полученная масса совпадает с условием.
Разбор 2. Масса 30 г/моль
Условие. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 30 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
- Находим число атомов углерода: n = (30 − 2) / 14 = 2.
- Вычисляем число атомов водорода: 2 · 2 + 2 = 6.
- Записываем формулу: C₂H₆.
Проверка: 12 · 2 + 1 · 6 = 30 г/моль. В ответе указана молекулярная формула; сама по себе она не устанавливает единственную структуру, если для неё возможны изомеры.
Задачи для самостоятельной работы
В каждом пункте сначала найдите n, затем число атомов водорода. До обращения к ключу проверьте массу по полученной формуле.
3. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 44 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
4. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 58 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
5. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 72 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
6. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 86 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
7. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 100 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
8. Ациклический насыщенный углеводород имеет молярную массу 114 г/моль. В условии Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Определите молекулярную формулу алкана.
Ключ и проверка
3. n = (44 − 2) / 14 = 3; водорода 2 · 3 + 2 = 8. Ответ: C₃H₈. Проверка: 12 · 3 + 8 = 44 г/моль.
4. n = (58 − 2) / 14 = 4; водорода 2 · 4 + 2 = 10. Ответ: C₄H₁₀. Проверка: 12 · 4 + 10 = 58 г/моль.
5. n = (72 − 2) / 14 = 5; водорода 2 · 5 + 2 = 12. Ответ: C₅H₁₂. Проверка: 12 · 5 + 12 = 72 г/моль.
6. n = (86 − 2) / 14 = 6; водорода 2 · 6 + 2 = 14. Ответ: C₆H₁₄. Проверка: 12 · 6 + 14 = 86 г/моль.
7. n = (100 − 2) / 14 = 7; водорода 2 · 7 + 2 = 16. Ответ: C₇H₁₆. Проверка: 12 · 7 + 16 = 100 г/моль.
8. n = (114 − 2) / 14 = 8; водорода 2 · 8 + 2 = 18. Ответ: C₈H₁₈. Проверка: 12 · 8 + 18 = 114 г/моль.
Где легко ошибиться
Частая ошибка — принять найденное n за число атомов водорода. Например, в задаче 4 число 4 относится к углероду; для водорода ещё нужно вычислить 2 · 4 + 2. Если подставить в проверку неправильную формулу, сумма атомных масс не совпадёт с заданными 58 г/моль.
Если трудно отделить данные от вопроса, поможет материал «Ребёнок не понимает условие задачи: как помочь разобраться».