От соотношения атомов к молекулярной формуле

Автор: Абубакарова Лиза Зелимхановна

Организация: МБОУ «Лингвистическая школа им. Ю. Д. Дешериева»

Населенный пункт: Чеченская Республика, г. Грозный

Химия. 10–11 классы. Конкурс «Педагогические секреты».

Зачем проверять формулу дважды

При решении задач по органической химии ученик иногда получает соотношение атомов и сразу записывает его как молекулярную формулу. Предлагается короткий приём, который помогает обнаружить этот пропуск: каждую формулу проверять сначала по составу вещества, затем по его молярной массе. Материал рассчитан на повторение в 10–11 классах после знакомства с простейшей и молекулярной формулами.

Для работы нужны тетрадь и карточка. Все вещества в заданиях содержат только углерод и водород. Для расчётов принимаются относительные атомные массы углерода 12, водорода 1. Числовые данные учебные; опыты с веществами не требуются. На один разбор и самостоятельную проверку достаточно 15–20 минут.

Как организовать рассуждение

Учитель предлагает условие: образец углеводорода содержит 6 г углерода и 1 г водорода; молярная масса вещества равна 56 г/моль. До вычислений ученики отвечают, что именно сообщает каждое данное. Массы элементов позволяют найти отношение числа атомов, а молярная масса — число таких простейших групп в молекуле.

Сначала массы делят на молярные массы атомов: для углерода 6 г / (12 г/моль) = 0,5 моль, для водорода 1 г / (1 г/моль) = 1 моль. Полученное отношение 0,5 : 1 сокращают до 1 : 2. Простейшая формула — CH₂. Числа в этой формуле показывают наименьшее целое отношение атомов, но ещё не устанавливают размеры молекулы.

Далее находят молярную массу, соответствующую простейшей формуле CH₂: 12 + 2 = 14 г/моль. Отношение 56 / 14 = 4 показывает, что индексы нужно умножить на 4. Молекулярная формула — C₄H₈. Проверка даёт 4 × 12 + 8 = 56 и массовое отношение углерода к водороду 48 : 8 = 6 : 1. Оба условия выполнены.

Полезный вопрос учителя: «Какое условие не проверено, если ты остановился на CH₂?» Ученик должен назвать молярную массу, а не просто сказать, что ответ неверный. Именно это объяснение делает проверку осмысленной.

Карточка самостоятельной работы

Для каждого задания запишите четыре шага: отношение количества атомов; простейшую формулу; целый множитель; проверку состава и молярной массы. Если данных недостаточно, укажите, какого условия не хватает. Формулы на карточке не задают строение молекул.

Задание 1

Образец углеводорода содержит 4,8 г углерода и 0,8 г водорода. Молярная масса вещества равна 42 г/моль. Найдите молекулярную формулу и проверьте её по двум условиям.

Задание 2

В образце другого углеводорода содержится 3,6 г углерода и 0,6 г водорода. Молярная масса равна 84 г/моль. Один ученик получил C₃H₆, второй — C₆H₁₂. Объясните, почему одной проверки массового отношения здесь недостаточно.

Задание 3

Углеводород содержит 7,2 г углерода и 1,2 г водорода. Ученик написал: «Получилось CH₂, значит, молекула содержит один атом углерода и два атома водорода». Отметьте верный шаг, исправьте вывод и назовите дополнительное данное для однозначного расчёта молекулярной формулы.

Задание 4

Для образца из задания 1 предложена формула C₂H₄. Проверьте её: какое условие она выполняет и какое нарушает? Исправьте только тот шаг рассуждения, в котором возникла ошибка.

Перенос на новый состав

Образец углеводорода содержит 2,4 г углерода и 0,6 г водорода; молярная масса равна 30 г/моль. Решите задачу без образца. Затем объясните, можно ли по одной найденной молекулярной формуле всегда однозначно определить строение углеводорода.

В паре один ученик предъявляет расчёт, другой проверяет оба условия и задаёт один уточняющий вопрос. Роли меняются на задаче переноса. Проверяющий не подсказывает формулу до того, как названо нарушенное условие.

Ответы и основания для проверки

Задание 1. 4,8 г / (12 г/моль) = 0,4 моль; 0,8 г / (1 г/моль) = 0,8 моль. Отношение 1 : 2, простейшая формула CH₂. Молярная масса для CH₂ равна 14 г/моль; множитель 42 / 14 = 3. Ответ C₃H₆. Проверка: 36 + 6 = 42; 36 : 6 = 6 : 1, как 4,8 : 0,8.

Задание 2. 3,6 г / (12 г/моль) = 0,3 моль; 0,6 г / (1 г/моль) = 0,6 моль. Снова CH₂, но множитель 84 / 14 = 6. Ответ C₆H₁₂. Обе предложенные формулы имеют одинаковое массовое отношение 6 : 1. У C₃H₆ молярная масса 42 г/моль, поэтому эта формула не выполняет второе условие. У C₆H₁₂ она равна 84 г/моль.

Задание 3. Верно найдено простейшее отношение: 7,2 г / (12 г/моль) = 0,6 моль и 1,2 г / (1 г/моль) = 1,2 моль; получается 1 : 2. Это не даёт единственной молекулярной формулы. Для данного способа решения нужна молярная масса. Например, составу могут соответствовать C₂H₄ и C₃H₆, но их молярные массы различны.

Задание 4. У C₂H₄ массовое отношение 24 : 4 = 6 : 1, но молярная масса 28 г/моль вместо 42 г/моль. Исправляется выбор множителя: нужно 3, а не 2. Индексы в окончательной формуле равны 3 и 6.

Перенос. 2,4 г / (12 г/моль) = 0,2 моль; 0,6 г / (1 г/моль) = 0,6 моль. Отношение 1 : 3, простейшая формула CH₃. Молярная масса для CH₃ равна 15 г/моль; множитель 30 / 15 = 2. Ответ C₂H₆. Проверка: 24 + 6 = 30; 24 : 6 = 4 : 1, как 2,4 : 0,6. В общем случае молекулярная формула не определяет единственное строение: возможны изомеры. Для установления строения нужны дополнительные сведения.

По каким признакам виден перенос приёма

Работа считается самостоятельной, если ученик различает отношение атомов и состав молекулы; обосновывает целый множитель молярной массой; проверяет оба условия; при недостатке данных останавливает вывод. Отдельно отмечается вычислительная ошибка: она не равна смешению двух видов формул.

Если ученик уверенно вычисляет, но не объясняет различие формул, ему предлагают две формулы с одним простейшим отношением и разными молярными массами. Если затруднение возникает в сокращении отношения, сначала возвращаются к делению на наименьшее число. Приём можно завершить устным вопросом: «Какое новое данное позволило перейти от отношения к молекуле?»