Kidolgozott mintafeladat: Tapasztalati képlet meghatározása égetési adatokból

Egy vegyületnek, melyben kizárólag szén- és hidrogénatomok vannak, elégetjük egy mintáját. Keletkezik 5,65 gramm szén-dioxid és 3,47 gramm H₂O, azaz víz. Mi a vegyület tapasztalati képlete? Állítsd meg a videót, és nézd meg, meg tudod-e oldani a feladatot. Rendben, a biztonság kedvéért nézzük meg, miről is van szó. Van egy ismeretlen vegyület. Csak szenet és hidrogént tartalmaz, tehát lesz benne valamennyi szénatom, ezt x-nek nevezem, és valamennyi hidrogénatom, ezt pedig y-nak. Elemi oxigénnel összekeverve elégetjük, aminek során valamennyi szén-dioxid és valamennyi víz keletkezik. Amit ide fölírtam, az a kémiai reakció egyenlete. Nem rendeztem, bár megtehetném, még az x-szel és y-nal is, de most nem ez a lényeg. Ebben a videóban az a lényeg, hogy megmondják, hány gramm szén-dioxid és hány gramm víz keletkezett. Ezt itt megadták. Annyi a tennivalónk, hogy ezekből kiszámoljuk, hány mól szén-dioxid és hány mól víz van, ezekből pedig kiszámolhatjuk, hogy hány mól szén, illetve hidrogén volt a kiindulási anyagban. Ha ezeknek az arányát megnézzük, megkapjuk a vegyület tapasztalati képletét. Kezdetnek, mivel anyagmennyiségekről és moláris tömegekről, egy mólnyi molekula vagy atom tömegéről lesz szó, keressük meg a szén, hidrogén és oxigén relatív atomtömegét. Előveszem a periódusos rendszert. Láthatjuk, hogy a hidrogén relatív atomtömege 1,008. Leírom. Szóval, a hidrogén 1,008, van még szén, az 12,01. Tehát a szén 12,01, és ezeket a számokat moláris tömegnek is tekinthetjük. Mondhatjuk, hogy ez gramm/mól. Végül, de nem utolsósorban van még oxigén, az oxigén moláris tömege 16,00 g/mol. Ez a relatív atomtömeg, de ha moláris tömegként gondolunk rá, akkor ugyanez a szám adja meg a moláris tömeget is. Az oxigén tehát 16,00 g/mol. Most megpróbálhatjuk kitalálni, hány mól szén van a termékben. Látjuk, hogy a termékben az összes szén a keletkezett szén-dioxidban található. 5,65 g CO₂ van. Kiszámolhatjuk, ez hány mól CO₂-ot jelent. Szorozzuk 1 móllal... hány gramm CO₂-ra? Csak át kell gondolni, ide is írom: CO₂, lássuk csak, van egy szén- és két oxigénatom. Tehát a moláris tömege 12,01 + 2∙16. Kétszer 16,00 g/mol, lássuk! Oda jutunk, hogy ez 32, meg 12,01, összesen 44,01. Ez gramm/mól, de minket most a mól/gramm érdekel, így ez 1/44,01 lesz. Ha ezt megtettük, a CO₂ grammjai kiejtik egymást, és megkapjuk a CO₂ anyagmennyiségét. Nekünk azonban a termékben levő szén anyagmennyisége kell. Hány mól szén van egy mól CO₂-ban? Tudjuk, hogy egy mól CO₂-ban egy mól szén van. Minden szén-dioxid-molekulában egy szénatom van. Mi is jön ki így? Az 5,65-ot elosztjuk 44,01-dal, majd megszorozzuk eggyel, szóval semmit sem kell itt tenni. Az eredmény, három számjegyre kerekítve, 0,128 lesz. Nézzük, mi a mértékegysége ennek! A szén-dioxid grammjai kiestek. A szén-dioxid móljai is kiesnek, így pont oda jutottunk, ahova kellett. A szén anyagmennyiségét kaptuk meg. Ellenőrizheted a mértékegységeket, de remélhetőleg amúgy is logikus. Ha ez a szén-dioxid tömege, és egy mól szén-dioxid tömege 44,01 gramm, akkor 5,65-ot ezzel elosztva megkapjuk, hogy hány mól van a CO₂-ból. Amennyi mólt itt kapunk, ugyanannyi lesz a szénatomok anyagmennyisége is, hiszen minden CO₂-molekulában egy szénatom van. Most végezzük el ugyanezt a hidrogénre is. Határozzuk meg a hidrogén anyagmennyiségét a termékben. Ugyanaz a teendő, mint az előbb. Ha érzed magadban az elhatározást, és az elején nem számoltad ki, javaslom, hogy próbáld meg ezt a részt egyedül. Az összes hidrogén a vízben található, és tudjuk, hogy a termékben 3,47 gramm víz van. 3,47 gramm H₂O, számítsuk ki, hány mól ez. Nézzük... egy mól H₂O-nak mennyi is lesz a tömege? Itt fent meg is csinálhatjuk. A H₂O-ban van két hidrogén, tehát kétszer 1,008, plusz az oxigén relatív atomtömege, ami még 16. Úgy is nézhetjük, hogy hány gramm volna a tömege, ha egy mól anyagunk lenne. Így ezt gramm/mólban kapjuk meg, és ez, nézzük, kétszer 1,008, ez itt 2,016, és hozzáadunk még 16-ot. Az eredmény 18,016, és ha ezt kiszámolom, megadja a víz anyagmennyiségét a termékben. Viszont most a hidrogén anyagmennyisége kell. Hány mól hidrogén van egy mól vízben? Nos, egy mól vízben két mól hidrogén lesz, mivel minden vízmolekula két hidrogénatomot tartalmaz. Ezek itt kiesnek, marad a hidrogén mólszáma. Mennyi is lesz ez? Veszem a 3,47 gramm vizet, elosztom egy mól víz tömegével, azaz 18,016-del. Ennyi mól víz van a termékben. Minden vízmolekulában van két hidrogénatom, így ezt megszorzom kettővel. ...szor kettő egyenlő nulla egész... kerekítem három jegyre, 0,385. 0,385 mól hidrogén. Most már tudjuk a hidrogénatomok számát, és a szénatomokét is. Ahhoz, hogy megkapjuk a vegyület tapasztalati képletét, a kettő arányára lesz szükségünk, ezért kiszámolom a hidrogén:szén arányt. Van 0,385 mol hidrogén, ezt elosztjuk a 0,128 mol szénnel. Mit kapunk? Úgy néz ki, körülbelül 3 lesz, de ellenőrzöm. Fejben annyinak tűnik. Itt van a hidrogén, és ha elosztom 0,128-del, igen, elég közel van a 3-hoz. Nos, azt hiszem, ez igen közel van, így meg is vagyunk. Ez körülbelül három, így eléggé biztosan mondhatom, mivel ez nagyon közel van 3-hoz, mondhatom, hogy minden szénre három hidrogén jut a kiindulási vegyületben. Tehát a kiindulási vegyület tapasztalati képletében minden szénre jut három hidrogén. Tehát CH3, és megvagyunk.