Obliczenia w chemii organicznej: zadania z rozwiązaniami

Chemia organiczna na maturze to nie tylko rysowanie wzorów, potrafi też wejść z obliczeniami: analiza spaleniowa, ustalanie wzoru z procentów albo skład mieszaniny gazów. Otóż wszystkie te zadania sprowadzają się do liczenia moli węgla i wodoru. Wziąłem cztery kawałki, każdy z rozwiązaniem na filmie i rozpisany krok po kroku. Lecimy.

Cztery zadania obliczeniowe z organiki

Zadanie 1wzór z masy molowej

Alkany można przedstawić wzorem ogólnym CxH2x+2. Podaj wzór takiego alkanu o masie molowej równej 128 g/mol.

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Masę molową alkanu składamy z węgli i wodorów. Węgli jest x (po 12 g), a wodorów 2x + 2 (po 1 g):

12x + (2x + 2) = 128

Czyli 14x + 2 = 128, stąd 14x = 126 i x = 9. Alkan ma 9 atomów węgla, więc wodorów jest 2·9 + 2 = 20.

Wzór alkanu to C9H20 (nonan)
Zadanie 2analiza spaleniowa

Związek X poddano analizie spaleniowej. W wyniku spalenia 70 g (czyli 1 mola) tego związku powstało 220 g CO2 i 90 g H2O. Ustal wzór sumaryczny związku X.

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Cały węgiel z próbki wylądował w CO2, a cały wodór w wodzie. W 1 molu CO2 (44 g) jest 12 g węgla, więc w 220 g CO2 mamy 220 / 44 · 12 = 60 g węgla, czyli 5 moli C.

W 1 molu H2O (18 g) są 2 g wodoru, więc w 90 g wody mamy 90 / 18 · 2 = 10 g wodoru, czyli 10 moli H.

Masy: 60 g węgla + 10 g wodoru = 70 g, dokładnie tyle, ile ważył związek. Tlenu więc nie ma. Zostaje wzór z 5 moli C i 10 moli H.

Wzór sumaryczny związku X to C5H10
Zadanie 3wzór z procentu masowego

Węglowodór X zawiera 89,55% mas. węgla, a jego masa molowa nie przekracza 250 g/mol. Podaj możliwy wzór sumaryczny węglowodoru X. Pamiętaj, że węglowodór nie może mieć nieparzystej liczby atomów wodoru.

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Bierzemy próbkę 100 g: to 89,55 g węgla i 100 − 89,55 = 10,45 g wodoru. Przeliczamy na mole i szukamy stosunku:

C : H = 89,55/12 : 10,45/1 = 7,46 : 10,45 = 1 : 1,4 = 5 : 7

Wzór empiryczny to C5H7, ale ma nieparzystą liczbę wodorów, więc jako rzeczywisty odpada (podobnie jak C15H21). Pierwsza sensowna wielokrotność to C10H14 o masie 134 g/mol. Kolejna, C20H28, ma 268 g/mol, czyli powyżej 250, więc odpada.

Jedyny możliwy wzór to C10H14
Zadanie 4skład mieszaniny gazów

Mieszanina gazów składała się z propanu C3H8, metanu CH4 i tlenku węgla(II). Objętość mieszaniny wynosiła 13,7 litra. Po spaleniu w nadmiarze tlenu otrzymano 25,7 litra dwutlenku węgla w tych samych warunkach. Oblicz procentową (objętościową) zawartość propanu w mieszaninie.

Rozwiązanie tłumaczę na filmie:

Pokaż rozwiązanie

Kluczowa obserwacja: z metanu i z CO powstaje po 1 objętości CO2 na 1 objętość gazu, ale z propanu aż 3 objętości:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
CO + ½O2 → CO2
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

Gdyby każdy gaz dawał po 1 objętości CO2, dostalibyśmy dokładnie 13,7 litra. A dostaliśmy 25,7 litra, więc nadwyżka to 25,7 − 13,7 = 12 litrów. Ta nadwyżka bierze się tylko z propanu, bo każda jego objętość daje 2 objętości „extra” (3 zamiast 1).

Oznaczmy objętość propanu jako x. Wtedy 2x = 12, czyli x = 6 litrów.

% obj. propanu = 6 / 13,7 = 0,438 = 43,8%

Ciekawostka: dokładnego składu (ile było metanu, ile CO) z tych danych nie da się ustalić. Ale o propan pytali i propan policzyliśmy.

Propan stanowił 6 litrów, czyli 43,8% objętościowych mieszaniny

Organika liczy się łatwiej, niż myślisz

Węgiel do CO2, wodór do wody. Kto to złapie, ten analizę spaleniową rozwiąże z zamkniętymi oczami.

W kursie masz cały dział obliczeń organicznych rozpisany po ludzku: teoria po ludzku, filmy i zestaw zadań z pełnymi rozwiązaniami. Analiza spaleniowa, wzory z procentów, mieszaniny gazów, aż po maturę.

To wycinek z lekcji o obliczeniach w chemii organicznej. W kursie jest ich znacznie więcej: analiza spaleniowa, ustalanie wzorów, gęstość gazów i pełen zestaw zadań maturalnych z filmami.

Chcesz ogarnąć chemię na spokojnie?

Rozkładam maturę z chemii na czynniki pierwsze, krok po kroku

Cała teoria i zadania wytłumaczone po ludzku, z filmami do wielu z nich, tak żeby chemia w końcu miała sens. Zobacz kurs maturalny, albo zacznij od darmowego kursu i sprawdź, jak tłumaczę, zanim cokolwiek wydasz.

Darmowy kurs dostajesz na swoje konto. Bez spamu.