Презентація «Виведення молекулярної формули органічної речовини» з хімії для 10 класу

Не називайте тему відразу. Запитайте, що можна дізнатися про невідому органічну речовину, якщо після її спалювання виміряли CO₂ і H₂O. Дайте учням висловити припущення, а потім переходьте до наступного слайда.

Назвіть тему й попросіть учнів оцінити достатність даних. За відносною густиною можна знайти молярну масу, але назви продуктів згоряння не показують, скільки Карбону й Гідрогену було у зразку. Потрібні маса зразка, об’єм CO₂ і маса H₂O, як у задачі 1 на сторінці 32. Лише після обчислення кількостей елементів можна встановлювати співвідношення атомів.

Поясніть, що кожен продукт згоряння дає окрему частину відомостей про початкову речовину. Найпростіша формула ще не завжди є молекулярною. Для переходу між ними знадобиться молярна маса речовини.

Попросіть учнів наприкінці уроку повернутися до цих результатів. Наголосіть, що важлива не лише правильна формула, а й пояснення кожного кроку. Типова помилка полягає в тому, що учень записує відповідь, не перевіривши її за молярною масою.

На схемі зображено молекулу етану з двома атомами Карбону. У ній шість атомів Гідрогену, тому молекулярна формула C₂H₆, а найменше співвідношення атомів записують як CH₃. Скорочувати індекси можна для найпростішої формули, але не для запису складу самої молекули.

Покажіть на схемі по одному представнику трьох класів вуглеводнів. Якщо клас речовини відомий, його загальна формула допомагає знайти індекс за молярною масою. Не визначайте клас лише за продуктами повного згоряння, адже CO₂ і H₂O утворюються під час згоряння різних органічних речовин.

Продукти згоряння дають відомості про Карбон і Гідроген, а відносна густина дає змогу обчислити молярну масу речовини. Запропонуйте двом учням пояснити різницю між цими ролями даних. Самої відносної густини недостатньо для визначення формули, якщо клас речовини невідомий.

Це приклад спалювання речовини складу C₂H₆O, формулу якої отримано в задачі підручника. Попросіть простежити атоми Карбону й Гідрогену по обидва боки рівняння. Учні іноді помилково вважають, що весь Оксиген у продуктах походить із органічної речовини, хоча в реакції бере участь O₂.

Розберіть коефіцієнт 2 у формулі для Гідрогену, адже кожна молекула води містить два його атоми. Значення 22,4 л/моль застосовують до об’єму газу за нормальних умов. Поширена помилка полягає в тому, що кількість H₂O без подвоєння приймають за кількість атомів Гідрогену.

Відповідь отримуємо послідовно. n(CO₂) = 2 моль, тому n(C) = 2 моль. n(H₂O) = 2 моль, тому n(H) = 4 моль. Попросіть одного учня пояснити обчислення за об’ємом, а іншого за масою. Якщо пролунає n(H) = 2 моль, поверніть увагу до складу молекули води.

Метаналь і етанова кислота мають однакове найменше співвідношення атомів, але різний склад молекул. Зіставте молярні маси. Для другої речовини вона вдвічі більша, як і кожен індекс формули. Найпростіша формула CH₂O не визначає речовину однозначно.

Оскільки за умовою X містить лише C, H і O, m(O) = 60 − 24 − 4 = 32 г. Якби до складу входили інші елементи, різниця мас могла б включати і їх. Кількості C, H і O співвідносяться як 2:4:2. Після скорочення отримаємо CH₂O. Молярна маса X дорівнює 60 г/моль, тому молекулярна формула C₂H₄O₂. У задачі 2 на сторінках 33–34 показано інший спосіб. За масами продуктів і молярною масою речовини визначають індекси Карбону й Гідрогену, а індекс Оксигену знаходять за різницею мас атомів у молекулі. Обговоріть, чому в цій задачі масу Оксигену знаходять за масою зразка, а не за всією масою продуктів згоряння.

Цей спосіб працює, коли з умови вже відомо, що речовина є алканом. Спершу знайдіть відносну молекулярну масу, а потім підставте загальну формулу CₙH₂ₙ₊₂. Типова помилка полягає в тому, що 29 приймають за молекулярну масу алкану, забувши врахувати водень.

Підручник отримує C₆H₁₄ із витрати 9,5 моль кисню, прирівнявши її до коефіцієнта перед O₂ для одного моля алкану. Зверніть увагу класу на недостатність наведеної умови. Кількість спаленого алкану там не зазначено, тому без припущення про 1 моль однозначної відповіді немає. Використайте цей приклад, щоб навчити учнів перевіряти достатність даних до початку обчислень.

У задачі про хлоровмісну речовину продукти містять воду та гідроген хлорид. Тому Гідроген початкової речовини потрібно порахувати в обох продуктах, а Хлор визначити за HCl. За даними задачі n(CO₂) = 4,48/22,4 = 0,2 моль, n(H₂O) = 3,6/18 = 0,2 моль і n(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль. Тоді n(C) = 0,2 моль, n(H) = 2 · 0,2 + 0,2 = 0,6 моль, n(Cl) = 0,2 моль. Співвідношення C:H:Cl = 0,2:0,6:0,2 = 1:3:1, тому формула CH₃Cl. Її молярна маса 50,5 г/моль узгоджується з відносною густиною за киснем.

На сторінці 35 запропоновано скласти рівняння добування речовини складу CH₃Cl з метану та визначити тип реакції. Покажіть, що один атом Гідрогену в молекулі метану заміщується атомом Хлору. На уроці працюємо з рівнянням, а не проводимо дослід.

Перший приклад відповідає описаному в підручнику кількісному елементному аналізу. Для R290 із таблиці на сторінці 35 n(CO₂) = 6,72/22,4 = 0,3 моль, n(H₂O) = 7,2/18 = 0,4 моль. Отже, співвідношення C:H = 0,3:0,8 = 3:8. Формула R290 є C₃H₈, її молярна маса 44 г/моль збігається з результатом 22 · 2 = 44 г/моль. Так учні перевіряють відповідь за всіма даними рядка.

Правильна відповідь становить 4 моль атомів Гідрогену. Попросіть пояснити її через склад молекули H₂O, а не лише назвати число. Типова помилка полягає в ототожненні кількості води з кількістю атомів Гідрогену.

Правильна формула C₂H₄O₂, бо молярна маса речовини вдвічі більша за масу найпростішої формули. Запитайте, чому треба подвоїти всі індекси разом. Типова помилка полягає в зміні лише одного індексу або в записі найпростішої формули як остаточної.

Поверніться до цілей уроку й попросіть клас назвати, на якому кроці використовують відносну густину. Наголосіть, що співвідношення атомів і молярна маса відповідають на різні запитання. Перед остаточною відповіддю корисно перевірити, чи узгоджується формула з усіма числами умови.

Запропонуйте учням самостійно використати рядок R290 на сторінці 35. Нехай знайдуть кількості Карбону й Гідрогену за 6,72 л CO₂ та 7,2 г H₂O, а потім перевірять результат за відносною густиною 22. Отримана молекулярна формула C₃H₈. В останньому пункті учні мають власними словами розрізнити найпростішу й молекулярну формули на прикладі з уроку.