Нахождение молекулярной формулы по данным о массовых долях элементов и относительной молекулярной массе (или молярной массе)

Задача
Вещество содержит 20% водорода и 80% углерода. Определите формулу этого вещества, если его относительная молекулярная масса равна 30.

Решение
1способ
1. Пусть масса вещества равна 100г, тогда m (С)=80г, m(Н)=20г,
2. Результат нахождения соотношения количества вещества элементов и, следовательно, их атомов запишем в виде таблицы:
ХЭ m М n
С 80 12 6,67
Н 20 1 20

Решение
3.Количество атомов: N(С): N( Н)=6,67:20=1:3. отсюда простейшая формула СН3.,
4. Мr(СН3)=15, следовательно, молекулярная формула содержит в 2 раза больше атомов (30:15), и ее формула С2Н6.
Ответ: С2Н6

Решение
2способ
1. Формулы для нахождения массовой доли химических элементов
ω=n · Аr · 100%/Мr преобразуем для нахождения n: n=ω ·Мr/Ar100%. И найдем по ней n, например, углерода: n=80% ·30/12 ·100%=2;
2. Мr 2-х атомов «С»=24 (12 ·2);
3. Мr всех атомов «Н» =30 – 24=6;
4. n атомов «Н» =6 : 1 =6;
Отсюда, формула С2Н6

Решение
3способ
Через химическую теорему.
Теорема 1. Если массовая доля водорода в углеводороде больше массовой водорода в этилене, то углеводород – алкан.
Теорема 2. Если массовая доля углерода в углеводороде меньше массовой доли углерода в этилене, то углеводород – алкан.

1.Сложив массовые доли элементов в составе вещества, убеждаемся, что оно – углеводород (20%+80%=100%).
Учитывая ,что массовая доля водорода в этилене составляет 14,3% (4 ·1 ·100%/28), а 20%>143%, по теореме 1 заключаем, что искомое вещество – алкан. Запишем его формулу в общем виде: Сn Н2n+2.
Для определения n составим уравнение:
( 12 n +2n+2) 0,20 = 2n +2, отсюда n = 2. Следовательно, формула вещества - С2Н6 . Сведение об относительной молекулярной массе используется для проверки.

Доказательство теоремы 1.
Для доказательства запишем формулу углеводорода в виде СхНу, где х и у- натуральные числа. По условию теоремы массовая доля водорода в этом веществе больше массовой доли водорода в этилене С2Н4
т.е. у/(12х+у)>4/28 или у>2х.
Понятно, что у =/=2х+1, т.к. число атомов водорода в молекуле любого углеводорода четное, тогда как число 2х+1 при каждом натуральном х нечетное. Кроме того, не может быть у>2х+2, поскольку максимальное число водорода, которое может соединяться с х атомов углерода, равно 2х+2 в предельных нециклических УВ. Следовательно, у=2х+2, т.е углеводород –алкан.

Задача1
В результате хлорирования некоторого ненасыщенного углеводорода в присутствии катализатора получены жидкость с относительной молекулярной массой 99, содержащая С - 24,24%, Н-4,04%. Сl -71,71%. Определите формулу продукта хлорирования.
Ответ:С2 Н4Сl2

Задача 2
Красящее вещество крови – гематин- имеет состав:С-64,6%, водород- 5,2%, кислород- 12,6%, азот- 8,8%., железо-8,8%. Относительная атомная масса гематина равна 633. Выведите формулу гематина.
Ответ: С34Н33О5N4Fе.

Задача 3
Относительная молекулярная масса моносахарида равна 180. Содержание углерода в нем - 40%, водорода - 7%, кислорода - 53 %. Установите молекулярную формулу вещества.
Ответ: С6Н12О6

Задача 4
Относительная молекулярная масса некоторого бромпроизводного углеводорода равна 300. Массовая доля углерода в нем -40%, водорода- 7%, брома -53%. Определите формулу вещества.
Ответ: С10Н20Вr2

Источники
Элективный курс по химии для учащихся 10 классов
автор Терентьева Ю.А.