Тема 4. Теорія будови органічних сполук. Насичені вуглеводні

матеріал 12

Виведення молекулярної формули речовини за загальною формулою гомологічного ряду та густиною або відносною густиною

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 60. Виведення молекулярної формули речовини за загальною формулою гомологічного ряду та густиною або відносною густиною

Очікувані результати

визначає самостійно або у співпраці з іншими властивості об’єктів, істотні ознаки явищ і процесів, необхідні для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 3.1.1-2 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими ризики і небезпеки, пов’язані із природними і техногенними об’єктами, явищами і процесами [12 ПРО 3.1.1-3 П]
класифікує (розрізняє/ систематизує/упорядковує) самостійно або у співпраці з іншими об’єкти і явища за визначеними ознаками/властивостями [12 ПРО 3.2.1-2 П]
установлює самостійно або у співпраці з іншими причиново-наслідкові зв’язки між певними явищами і процесами та їх наслідками [12 ПРО 3.3.1-1 П]
пропонує самостійно або у співпраці з іншими варіанти розв’язання навчальної/життєвої проблеми, оцінює можливості їх реалізації [12 ПРО 4.3.1-1 П]
розв’язує самостійно або у співпраці з іншими навчальні/життєві проблеми, використовуючи здобуті наукові знання і набутий досвід [12 ПРО 4.3.2-1 П]

Мета уроку: навчитися застосовувати загальні формули гомологічних рядів класів органічних сполук для виведення молекулярної формули органічної речовини, використовувати поняття відносної густини одного газу за іншим, виконувати математичні розрахунки.

Очікувані результати для вчителя:

– учні знають загальні формули гомологічних рядів класів органічних сполук і вміють ними користуватися;
– аналізують умову задачі та вміють скласти скорочену умову;
– пропонують спосіб розв’язку задачі;
– використовують формули для знаходження молекулярної/ молярної маси, відносної густини;
– правильно виконують математичні розрахунки;
– вміють виводити молекулярні формули органічних речовин на основі загальної формули гомологічного ряду сполук, відносної густини або густини.

Очікувані результати для учнівства:

виводять молекулярну формулу речовини за загальною формулою гомологічного ряду та густиною або відносною густиною
правильно виконують математичні розрахунки, вміють скласти план розв’язку задачі

Ключові слова

загальна формула гомологічного ряду
класи органічних сполук
відносна густина
молекулярна/молярна/ маса, густина.

План уроку

Мотивація (8 хв.).
Приклади розв’язування розрахункових задач (10 хв.).
Практикуємось (21 хв.).
Рефлексія (6 хв.).

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 8 хв.

Виконайте інтерактивну вправу на ресурсі: https://learningapps.org/view45046820

Повторіть загальні формули деяких класів органічних сполук: вуглеводні (алкани, алкени, алкіни), насичені одноатомні спирти, насичені монокарбонові кислоти тощо.

Уявіть ситуацію: ви знаходитесь у багатоповерховому будинку або торговому центрі, і раптом лунає сигнал хімічної тривоги. Повідомляють про витік газу, наприклад, хлору або чадного газу. У вас є лічені секунди, щоб вирішити: бігти в підвал чи підійматися на верхні поверхи? Ваше життя в цей момент залежить не від швидкості бігу, а від знання розрахунку відносної густини газу за повітрям (D_пов).

Хлор використовують для знезараження води, але в цілому хлор – це сильна отрута. Молярна маса хлору M(Cl₂) = 71 г/моль. Обчислимо його відносну густину за повітрям. M(повітря) = 28,9 ≈ 29 г/моль – стала величина (може незначно змінюватися в залежності від складу повітря).

D_пов.(Cl₂) = 71/29 ≈ 2,45

Це означає, що хлор майже у 2,5 рази важчий за повітря. Він не полетить у небо, а буде збиратися унизу, заповнюючи низини, підвали та перші поверхи. У разі витоку хлору потрібно негайно підійматися якомога вище.

При пожежах або несправності пічного опалення утворюється чадний газ. Його M(CO) = 28 г/моль.

D_пов.(CO) = 28/29 ≈ 0,97

Він трішки легший за повітря. Це означає, що він рівномірно змішується з повітрям і заповнює весь простір, не накопичуючись лише біля підлоги. Саме тому детектори чадного газу встановлюють на рівні очей або вище, а не біля плінтуса.

Сьогодні на уроці ми навчимося робити зворотний процес. Знаючи, наскільки газ важчий за повітря або за інший газ, та знаючи загальну формулу гомологічного ряду речовини (наприклад, чи це алкан чи алкін), ми зможемо точно встановити молекулярну формулу невідомої речовини. Це дозволить нам не просто вгадувати, що за речовина перед нами, а чітко її ідентифікувати.

2. Приклади розв’язування розрахункових задач.

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

Пояснюємо принцип розв’язування задач даного типу на прикладах 1, 2, 3.

Загальна формула будь-яких вуглеводнів у спрощеному вигляді – С_хН_у;

формула алканів (насичених вуглеводнів, парафінів) – C_nH_2n+2,
формула алкенів, циклоалканів (циклоалкани називали нафтени, бо В. Марковніков відкрив їх у нафті) – C_nH_2n,
формула алкінів (ацетиленового ряду), алкадієнів – C_nH_2n-2,
формула аренів (бензенового ряду) – C_nH_2n-6.

Загальна формула насичених одноатомних спиртів – C_nH_2n+1ОН, або ROH, де R = C_nH_2n+1; насичених карбонових кислот – C_nH_2n+1СООН, або RCOOH; амінокислот RCH(NH₂)COOH; етерів ROR; естерів RCOOR^’; амінів RNH₂, R₂NH, або R₃N; альдегідів RCHO.

Приклад 1. Встановіть молекулярну формулу алкану, якщо його відносна молекулярна маса становить 16.

Якщо невідомо, до якого класу відноситься вуглеводень, задачу можна розв’язати наступним способом: нехай, вуглеводень С_хН_у, тоді Mr(С_хН_у) = 12х+у=16, звідси, у=16-12х, х і у>0, тоді 16-12х>0, х< 16/12 =1,333, отже, х=1,у=16-12=4. Відповідь СН₄. Цим способом (способом підбору), можна встановити формулу вуглеводню (а іноді й інші речовини) за відомою відносною молекулярною або молярною масою. Застосування формули:

(1) $\begin{equation*} D\left(\frac{x}{y}\right) = \frac{M(x)}{M(y)} = \frac{\rho(x)}{\rho(y)}\end{equation*}$

де D(x/y) – відносна густина газу х за газом у, безрозмірна величина; М(х), М(у) – молярні маси газів, г/моль; ρ(х), ρ(у) (вимовляємо «ро речовини Х або У» – густини газів, г/л або г/мл, кг/м³.

Приклад 2. Обчисліть молекулярну масу газу, якщо відносна густина його за повітрям дорівнює 1,45. Визначте молекулярну формулу даного газу, якщо відомо, що він належить до класу алкенів.

Підставляємо значення:

звідси М(х) = 1,45∙29 = 42 г/моль

M(C_nH_2n) = 12n + 2n =42

n = 3

C₃H₆

Відповідь: 42 г/моль; пропен C₃H₆.

Приклад 3. Визначте формулу алкіну, у якого відносна густина за гелієм дорівнює 10.

Приклад 4. Густина деякого газу за нормальних умов становить 1,16 г/л. Визначте формулу даного газу, якщо відомо, що він належить до класу алкінів.

3. Практикуємось

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 15 хв.

Можна організувати змагання щодо розв’язування даних задач (рядами, парами тощо).

Спробуйте самостійно розв’язати задачі:

№ з/п	Mr (алкану)	n	Молекулярна формула алкану або назва
1	72	?	? назва
2	?	?	С₃Н₈
3	100	?	? назва
4	?	4	? назва
5	?	2	? назва
6	86	?	? назва
7	?	?	С₇Н₁₆
8	142	?	? формула
9	184	?	? формула
10	?	14	? формула
11	170	?	? формула
12	?	?	С₉Н₂₀
13	114	?	? формула
14	58	?	? назва

Відповідь:

Пентан
44; 3
Гептан
58; бутан
30; етан
6; гексан
100; 7
10; С₁₀Н₂₂
13; С₁₃Н₂₈
198; С₁₄Н₃₀
12; С₁₂Н₂₆
128; 9
8; С₈Н₁₈
4; бутан

Спробуйте самостійно розв’язати задачі:

№ з/п	Mr (алкену)	n	Молекулярна формула алкену
1	?	?	С₉Н₁₈
2	42	?	?
3	84	?	?
4	56	?	?
5	98	?	?

Відповідь:

126; 9
3; С₃Н₆
6; С₆Н₁₂
4; С₄Н₈
7; С₇Н₁₄

Визначте молекулярну формулу алкіну, відносна густина якого за киснем дорівнює 1,25.
Алкан із нерозгалуженим карбоновим ланцюгом удвічі важчий за повітря. Установіть молекулярну та структурну формулу цього вуглеводню.
Відносна густина парів насиченого вуглеводню за киснем становить 3,125. Виведіть молекулярну формулу сполуки, назвіть її.
Визначте молекулярну формулу вуглеводню, якщо відомо, що він належить до аренів, а його молекулярна маса дорівнює 120.
Густина газу за нормальних умов становить 1,965 г/л. Визначте молекулярну формулу газу, якщо відомо, що це алкан.
Визначте молекулярну формулу вуглеводню гомологічного ряду алкенів, якщо відомо, що його молярна маса у 3,5 рази більша за молярну масу найпростішого представника ряду алканів. Назвіть цю сполуку та вкажіть кількість ϭ-зв’язків у її молекулі.
Насичена одноосновна карбонова кислота має відносну густину парів за воднем 37. Визначте її формулу.
Відносна густина парів насиченого одноатомного спирту за киснем дорівнює 1,875. Яка формула цього спирту?

Відповідь:

С₃Н₄
С₄Н₁₀, н-бутан
С₇Н₁₆, гептан
С₉Н₁₂
С₃Н₈
С₄Н₈; 11 ϭ-зв’язків
С₂Н₅СООН
С₃Н₇ОН

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Запропонуйте учням розважальну рефлексію у кінці уроку: оцінити відносну густину їхніх знань по відношенню до кисню.

Яка відносна густина твоїх знань після сьогоднішнього уроку?

Еталон – кисень із молярною масою 32г/моль.

D < 1 (Легше кисню): «Твої знання як гелій — вони є, їх багато, але вони прагнуть злетіти вгору. Тобі потрібно закріпити їх задачами, щоб вони не випарувалися до наступного уроку».
D = 1 (Як кисень): «Ти в ідеальному балансі! Твої знання дозволяють темі “горіти” в твоїй голові. Ти готовий підтримувати інших».
D > 1 (Важче кисню): «Твої знання мають велику густину. Ти – фундаментально засвоїв тему і бачиш не просто формули, а й структури молекул»

У вільний від відпочинку час

Розв’яжіть розрахункові задачі:

Відносна густина пари деякого алкану за повітрям дорівнює 3,931. Визначте формулу алкану і назвіть його.
Густина газуватого вуглеводню 1,965 г/мл за н.у. Визначте його формулу та назвіть його.
Визначте молекулярну формулу алкану, якщо відомо, що його пара в 2,5 рази важча, ніж аргон.

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 60. Виведення молекулярної формули речовини за загальною формулою гомологічного ряду та густиною або відносною густиною

Робочий аркуш учнівства

Очікувані результати

Очікувані результати для учнівства:

Я вмію розв’язувати задачі на виведення молекулярної формули органічної речовини за загальною формулою гомологічного ряду та/або відносною густиною, густиною речовини.
Я аналізую умову задачі та вмію скласти «дано» і спланувати розв’язок задачі.
Я розумію для чого потрібно вміти порівнювати гази за відносною густиною.

Ключові слова

загальна формула гомологічного ряду
класи органічних сполук
відносна густина
молекулярна/молярна/ маса, густина.

План уроку

Мотивація (8 хв.).
Приклади розв’язування розрахункових задач (10 хв.).
Практикуємось (21 хв.).
Рефлексія (6 хв.).

1. Мотивація

Виконайте інтерактивну вправу на ресурсі: https://learningapps.org/view45046820

D_пов.(Cl₂) = 71/29 ≈ 2,45

При пожежах або несправності пічного опалення утворюється чадний газ. Його M(CO) = 28 г/моль.

D_пов.(CO) = 28/29 ≈ 0,97

2. Приклади розв’язування розрахункових задач.

Загальна формула будь-яких вуглеводнів у спрощеному вигляді – С_хН_у;

формула алканів (насичених вуглеводнів, парафінів) – C_nH_2n+2,
формула алкенів, циклоалканів (циклоалкани називали нафтени, бо В. Марковніков відкрив їх у нафті) – C_nH_2n,
формула алкінів (ацетиленового ряду), алкадієнів – C_nH_2n-2,
формула аренів (бензенового ряду) – C_nH_2n-6.

Приклад 1. Встановіть молекулярну формулу алкану, якщо його відносна молекулярна маса становить 16.

(2) $\begin{equation*} D\left(\frac{x}{y}\right) = \frac{M(x)}{M(y)} = \frac{\rho(x)}{\rho(y)}\end{equation*}$

Підставляємо значення:

звідси М(х) = 1,45∙29 = 42 г/моль

M(C_nH_2n) = 12n + 2n =42

n = 3

C₃H₆

Відповідь: 42 г/моль; пропен C₃H₆.

Приклад 3. Визначте формулу алкіну, у якого відносна густина за гелієм дорівнює 10.

3. Практикуємось

Спробуйте самостійно розв’язати задачі:

№ з/п	Mr (алкану)	n	Молекулярна формула алкану або назва
1	72	?	? назва
2	?	?	С₃Н₈
3	100	?	? назва
4	?	4	? назва
5	?	2	? назва
6	86	?	? назва
7	?	?	С₇Н₁₆
8	142	?	? формула
9	184	?	? формула
10	?	14	? формула
11	170	?	? формула
12	?	?	С₉Н₂₀
13	114	?	? формула
14	58	?	? назва

Спробуйте самостійно розв’язати задачі:

№ з/п	Mr (алкену)	n	Молекулярна формула алкену
1	?	?	С₉Н₁₈
2	42	?	?
3	84	?	?
4	56	?	?
5	98	?	?

Визначте молекулярну формулу алкіну, відносна густина якого за киснем дорівнює 1,25.
Алкан із нерозгалуженим карбоновим ланцюгом удвічі важчий за повітря. Установіть молекулярну та структурну формулу цього вуглеводню.
Відносна густина парів насиченого вуглеводню за киснем становить 3,125. Виведіть молекулярну формулу сполуки, назвіть її.
Визначте молекулярну формулу вуглеводню, якщо відомо, що він належить до аренів, а його молекулярна маса дорівнює 120.
Густина газу за нормальних умов становить 1,965 г/л. Визначте молекулярну формулу газу, якщо відомо, що це алкан.
Визначте молекулярну формулу вуглеводню гомологічного ряду алкенів, якщо відомо, що його молярна маса у 3,5 рази більша за молярну масу найпростішого представника ряду алканів. Назвіть цю сполуку та вкажіть кількість ϭ-зв’язків у її молекулі.
Насичена одноосновна карбонова кислота має відносну густину парів за воднем 37. Визначте її формулу.
Відносна густина парів насиченого одноатомного спирту за киснем дорівнює 1,875. Яка формула цього спирту?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рефлексія

Яка відносна густина твоїх знань після сьогоднішнього уроку?

Еталон – кисень із молярною масою 32г/моль.

D < 1 (Легше кисню): «Твої знання як гелій — вони є, їх багато, але вони прагнуть злетіти вгору. Тобі потрібно закріпити їх задачами, щоб вони не випарувалися до наступного уроку».
D = 1 (Як кисень): «Ти в ідеальному балансі! Твої знання дозволяють темі “горіти” в твоїй голові. Ти готовий підтримувати інших».
D > 1 (Важче кисню): «Твої знання мають велику густину. Ти – фундаментально засвоїв тему і бачиш не просто формули, а й структури молекул»

У вільний від відпочинку час

Розв’яжіть розрахункові задачі:

Відносна густина пари деякого алкану за повітрям дорівнює 3,931. Визначте формулу алкану і назвіть його.
Густина газуватого вуглеводню 1,965 г/мл за н.у. Визначте його формулу та назвіть його.
Визначте молекулярну формулу алкану, якщо відомо, що його пара в 2,5 рази важча, ніж аргон.

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе