Жану өнімдері бойынша заттардың молекулалық формуларын анықтау, параллель жүретін

Оқулықтық тірек

• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 2-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 105–107 б.
• Усманова М. Б., Сақариянова Қ. Н., Сахариева Б. Н. «Химия. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 64–66 б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 2-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 24–26, 28, 29, 57–59, 61 б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9-сынып», 1-бөлім, 9-сынып, Мектеп, 2019, 56–60, 62, 93–96 б.
• Оспанова М. Қ., Аухадиева Қ. С., Белоусова Т. Г. «Химия» (ҚГБ), 11-сынып, Мектеп, 2019 (орыс тіліндегі басылым), 47–48-б.

Негізгі ұғымдар

• Молярлық масса тығыздық бойынша: $M = 2 \cdot D(H_2)$, $M = 29 \cdot D(\text{ауа})$.
• Атомдар қатынасы: $x : y = \dfrac{\omega(C)}{12} : \dfrac{\omega(H)}{1}$ → ең кішісіне бөліп, қарапайым формула.
• Шын формула: индекстерді $n = M(\text{зат}) / M(\text{қарапайым})$ есе көбейтеді.
• Газдардың көлемдік қатынас заңы (Гей-Люссак): бірдей жағдайда газдардың көлемдері теңдеу коэффициенттеріндей қатынаста.
• Шығым $\eta = m_{практ}/m_{теор}$; тізбекте соңғы өнімге қолданылады.
• Жылдамдық $v = \lvert\Delta c\rvert/\Delta t$; +10 °C — 2–4 есе.
• Қоспа реакцияға түспейді; есеп таза зат бойынша.

Теория

1. Молекулалық формуланы анықтау. Алгоритм: 1) тығыздық бойынша $M$ табу; 2) массалық үлестерді атомдық массаларға бөліп, атомдар қатынасын табу (бір үлес берілмесе, 100%-дан азайтып табады); 3) ең кіші санға бөліп, қарапайым формула мен оның $M_r$-ін табу; 4) $n = M/M_r$ есе индекстерді көбейту. Мысалы, $\omega(C) = 80\%$, $\omega(H) = 20\%$: $0{,}8/12 : 0{,}2/1 = 1 : 3$ → $CH_3$ ($M_r = 15$); $D(H_2) = 15$ болса $M = 30$, формула $C_2H_6$ ($C_3H_9$, $C_4H_{12}$ валенттілікке сай емес).

Жану өнімдері бойынша. Көмірсутек жанғанда барлық көміртек $CO_2$-ге, барлық сутек $H_2O$-ға өтеді (мысалы, $CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$). Сондықтан $n(C) = n(CO_2)$, $n(H) = 2n(H_2O)$; одан әрі жоғарыдағы алгоритм бойынша қатынас пен $M$ арқылы шын формула табылады. Газ көлемдері бірдей жағдайда коэффициенттерге пропорционал: 420 л $CH_4$ жағуға 840 л $O_2$ керек, яғни ауа (20% $O_2$) — 4200 л.

2. Параллель реакциялар. Бір зат екі бағытта: $CO_2 + 2NaOH \to Na_2CO_3 + H_2O$ және $CO_2 + NaOH \to NaHCO_3$. Мольдік қатынас $n(NaOH)/n(CO_2) \ge 2$ — орта тұз, $=1$ — қышқыл тұз; аралық мәнде заттың бір бөлігі бір өнімге, қалғаны екіншісіне кетеді.

3. Шығым және тізбектер. Теңдеу бойынша теориялық өнімді тауып, $\eta$-ға көбейтеді. Тізбекте ($S \to SO_2 \to SO_3 \to H_2SO_4$) аралық заттарды есептемей, схема бойынша бастапқы мен соңғы заттың мольдік қатынасын алады: 1 моль $S$ → 1 моль $H_2SO_4$; 1 моль $FeS_2$ → 2 моль $H_2SO_4$.

4. Кинетика. $v = -\Delta c/\Delta t$, бірлігі моль/(л·с). Гомогенді реакцияда $v = \Delta n/(V\Delta t)$, гетерогендіде $v = \Delta n/(S\Delta t)$. Температура әсері: $v_2/v_1 = \gamma^{(t_2 - t_1)/10}$, $\gamma = 2\ldots4$.

5. Қоспалар. $m_{таза} = m_{техн}(1 - \omega_{қоспа})$, $m_{техн} = m_{таза}/(1 - \omega_{қоспа})$.

Жану өнімдері бойынша формула табу алгоритмі.

1. $M$-ді тығыздықтан табу: $M = D \cdot M(\text{газ})$.
2. $n(C) = n(CO_2)$; $n(H) = 2n(H_2O)$.
3. $m(C) + m(H)$-ты заттың массасымен салыстыру: айырма болса, ол оттек.
4. Атомдар қатынасы — қарапайым формула; $M$-мен салыстырып, нақты формуланы алу.

Мысал. 29 г көмірсутектен 88 г $CO_2$ және 45 г $H_2O$; $D(\text{ауа}) = 2$. $M = 58$; $n(C) = 2$, $n(H) = 5$; қарапайым формула $C_2H_5$ ($M = 29$), нақты формула $C_4H_{10}$.

Мысалдар

1. Тығыздық пен үлес. $D(H_2) = 21$, $\omega(C) = 85{,}7\%$, $\omega(H) = 14{,}3\%$. $M = 42$; $85{,}7/12 : 14{,}3 = 7{,}14 : 14{,}3 = 1 : 2$ → $CH_2$ ($M_r = 14$); $n = 42/14 = 3$ → $C_3H_6$ (пропен).
2. Жану өнімдері (өз мысалымыз). Көмірсутек жанғанда 4,4 г $CO_2$ және 2,7 г $H_2O$ түзілді, $D(H_2) = 15$. $n(C) = 4{,}4/44 = 0{,}1$ моль; $n(H) = 2 \cdot 2{,}7/18 = 0{,}3$ моль; $C : H = 1 : 3$ → $CH_3$; $M = 30$ → $C_2H_6$. Тексеру: $m = 1{,}2 + 0{,}3 = 1{,}5$ г, яғни 0,05 моль этан.
3. Тізбек + шығым. 8 г күкірттен 95% шығыммен: $n(S) = 0{,}25$ моль = $n(H_2SO_4)$; $m_{теор} = 0{,}25 \cdot 98 = 24{,}5$ г; $m_{практ} = 24{,}5 \cdot 0{,}95 \approx 23{,}3$ г.
4. Қоспа және кинетика. 11 г әктас артық $HCl$-мен 2,24 л газ берді: $n(CO_2) = 0{,}1$ моль = $n(CaCO_3)$, $m = 10$ г, $\omega(CaCO_3) = 10/11 \approx 91\%$. Ал $\gamma = 2$ болғанда 100-ден 200 °C-қа қыздырсақ, жылдамдық $2^{10} = 1024$ есе артады.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Қарапайым формуланы молекулалық формула деп қабылдайды: $CH_3$ ($M_r = 15$) кезінде $M = 30$ болса — $C_2H_6$.
• $D(H_2)$-ні 2-ге емес, 1-ге көбейтеді; ауа бойынша 29-ды ұмытады.
• Жану өнімдерінде $n(H) = n(H_2O)$ деп алады — су молекуласында 2 сутек атомы бар.
• Оттектің көлемін ауаның көлемі деп алады: ауада шамамен 20% $O_2$.
• Параллель реакцияда артық/жетіспеу жағдайын ескермейді.
• Шығымды бастапқы затқа қолданады; тізбекте коэффициенттерді дұрыс байланыстырмайды.
• Қоспасы бар үлгінің толық массасын теңдеуге қояды.

Өзіңді тексер

1. $D(\text{ауа}) = 2$ газдың молярлық массасы? — 58 г/моль.
2. Қарапайым формула $CH_2$, $M = 42$. Шын формула? — $C_3H_6$.
3. 0,2 моль $H_2O$ түзілсе, затта қанша моль сутек атомы болған? — 0,4 моль.
4. 1 моль $FeS_2$-ден тізбек бойынша қанша моль $H_2SO_4$ алынады? — 2 моль.
5. 60 л $SO_2$-ні $SO_3$-ке тотықтыруға қанша литр $O_2$ қажет? — 30 л ($2SO_2 + O_2 = 2SO_3$).