Качественный и количественный элементный анализ.
Качественный анализопределяет состав элементов, входящих в органическое вещество, так как, в его составе могут содержаться кроме углерода и водорода кислород, азот, галогены, сера, фосфор и многие другие элементы. Качественный анализ заключается в переводе химических элементов в неорганические соединения, которые затем определяются аналитическими методами.
Открытие углерода и водорода. Сущность заключается в прокаливании органического вещества с оксидом меди (II), который окисляет углерод до СО2, а водород до Н2О. Например:
Пропускается выделившийся углекислый газ через Са(ОН)2.
Выделение белого осадка свидетельствует о наличии углерода в органическом веществе. Выделившаяся вода (а следовательно водород) обнаруживается по посинению безводного СuSО4, помещенного в верхней части пробирки.
Открытие азота. Сплавляют органическое вещество с натрием, при этом образуется цианид натрия
который растворяют в воде и добавляют растворы солей двух- и трехвалентного железа.
По выпадению синего осадка судят о наличии азота в органическом веществе.
Открытие хлора. Хлор в органическом веществе можно обнаружить по методу Бейльштейна. Сущность этого метода заключается в прокаливании медной проволоки, покрытой органическим веществом, в пламени спиртовки, которое окрашивается в зеленый цвет. Например:
Открытие серы. Прокаливают органическое вещество с металлическим натрием. Образующуюся соль Nа2S растворяют в воде и открывают ион S2- обычными аналитическими методами, добавляя реактивы Pb(NO3)2 или AgNO3 и т.д.
По выпавшим осадкам судят о наличии в органическом веществе серы.
Количественный анализ органических веществ позволяет определить, в каком количественном соотношении (моль атомов) входят элементы в органическое соединение. Для этого берется определенная навеска органического вещества, сжигается, продукты сгорания улавливаются и взвешиваются. Затем рассчитывают массовую долю элементов или количество молей атомов элементов, входящих в данное органическое вещество, устанавливается формула вещества.
Например: навеску органического вещества массой 4,6г сожгли, при этом получено 8,8 г СО2 и 5,4 Н2О. Известно, что плотность паров этого вещества по водороду (ДН2) равна 23. Необходимо установить формулу органического вещества.
Решение: определяем количество молей по формуле:
В навеске массой 4,6г содержится m(C)+m(H)=2,4+0,6=3г, следовательно, 4,6–3,0=1,6г содержится кислорода, который всегда определяется по разности. Находим его количество:
Для установления простейшей формулы находим соотношение количества элементов, входящих в органическое вещество: n(C):n(H):n(O)=0,2:0,6:0,1=2:6:1. Следовательно, простейшая формула С2Н6О, ее молярная масса равна М(С2Н6О) = 46 г/моль. По плотности по водороду определяем истинную молярную массу М=2ДН2=2∙23=46 г/моль. Так как молярные массы одинаковы, следовательно формула С2Н6О является истинной.
1.13 Вопросы для самоконтроля.
1. В чем заключается сущность качественного анализа органических веществ?
2. Как можно доказать наличие в органических веществах: а) углерода и водорода; б) азота; в) хлора; г) серы.
3. В чем заключается сущность количественного анализа органических веществ?
1.14 Обучающее задание №1.
Установите молекулярные формулы вещества, содержащего 85,7% углерода и 14,28% водорода, если плотность его паров по воздуху равна 2,897.
Решение: возьмем навеску массой 100 г. Она будет содержать 85,7 г углерода и 14, 28 г водорода. Определяем количество углерода и водорода:
| |
n(С) : n(H) = 7,14 : 14,28 = 1 : 2. СН2 – простейшая формула.
Ее молярная масса М(СН2)=14 г/моль. Определяем истинную молярную массу по формуле М=29Дв. М(СхНу)=29∙2,897=84 г/моль. 84>14 в 6 раз, следовательно, истинная формула будет С6Н14.
Ответ: С6Н14.
Обучающее задание №2.
При сжигании органического вещества массой 4,95 г выделилось 2,24 л СО2 (н.у.) и 1,8 10 г Н2О и было получено 14,35 г хлорида серебра. Определите формулу вещества, если масса
1 литра этого вещества в газообразном состоянии составляет 4,42 г (н.у.).
Решение: определяем количество углерода, водорода, хлора в органическом веществе.
 |
Следовательно, в исходном органическом веществе кислород не содержится, так как эта сумма равна исходной навеске. Устанавливаем простейшую формулу вещества:
|
Х = 4,42∙22,4 = 99 г/моль.
Данное число в 2 раза больше простейшей молярной массы, следовательно, необходимо увеличить число атомов всех элементов, входящих в формулу, в 2 раза. С2Н4Сl2 – истинная формула вещества.
Ответ: С2Н4Сl2.
1.15 Контрольные задания.
1. Определите массовую долю элементов в веществах:
а) С2Н5О; б) С2Н4О2; в) С6Н12О6; г) С2Н7N.
2. Определите молекулярную формулу газообразного вещества, если плотность паров по воздуху равна 2, а массовая доля углерода равна 82,76%, а водорода 17,24%.
3. При сжигании газообразного углеводорода было получено 3,3 г СО2 2,02 г воды. Плотность паров вещества по водороду равна 15.Установите формулу вещества.
4. При сжигании 4,4 г углеводорода выделилось 6, 72 л СО2 (н.у.) и 7,2 г Н2О. Относительная плотность его паров по воздуху равна 1,518. Установите молекулярную формулу вещества.
5. Органическое вещество имеет плотность по водороду 46. Навеску этого вещества массой 6,9 г сожгли, при этом выделилось 12,76 л СО2 (н.у.) и 5,4 г Н2О. Установите молекулярную формулу вещества.
6* . При сгорании 5,41 г вещества образовалось 3,225 г СО2 и 0,33 г Н2О, а из 4,055 г этого вещества при обработке азотной кислотой и нитратом серебра получено 11,84 г хлорида серебра. Определите молекулярную формулу вещества, если молярная масса равна 147,5 г/моль.
7*. В результате анализа из 5,625 мг органического вещества было получено 13,495 мг СО2 и 3,385 мг Н2О. Рассчитайте состав вещества в массовых долях (в %).
8*. Определите молекулярную формулу вещества, если плотность паров его по гелию равна 52 и оно содержит 57,7 % углерода и 3,84% водорода. При определении содержания серы из 0,2664 г этого вещества было получено 0,2985 г сульфата бария.
ЧАСТЬ II. УГЛЕВОДОРОДЫ