Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 1.
Pierwszym skutecznym lekiem przeciw malarii była chinina, organiczny związek chemiczny o masie cząsteczkowej 324 u , który składa się z 74,07% masowych węgla, 7,41% masowych wodoru, 8,64% masowych azotu i 9,88% masowych tlenu. W temperaturze pokojowej chinina jest trudno rozpuszczalną w wodzie, białą, krystaliczną substancją o intensywnie gorzkim smaku. Związek ten rozpuszczalny jest m.in. w olejach, benzynie, etanolu i glicerynie. Ze względu na swój gorzki smak chinina znalazła zastosowanie w przemyśle spożywczym jako aromat. Dodawana jest do produktów spożywczych w postaci chlorowodorku chininy, soli dobrze rozpuszczalnej w wodzie. W Polsce za maksymalną dopuszczalną zawartość chlorowodorku chininy w napojach bezalkoholowych typu tonik (których podstawą jest woda) przyjęto 7,50 mg na każde 100 cm3 napoju, co w przeliczeniu na czystą chininę oznacza, że 100 cm3 tego napoju dostarcza konsumentowi 6,74 mg chininy.
Na podstawie odpowiednich obliczeń ustal wzór empiryczny oraz rzeczywisty chininy
(patrz → informacja do zadania powyżej).
Rozwiązanie
M cz. chininy = 324 u
%C = 74,07%
%H = 7,41%
%N = 8,64%
%N = 8,64%
wzór empiryczny chininy
wzór rzeczywisty chininy
Rozwiązanie:
nC = 74,07 g12 g ⋅ mol−1 = 6,173 mola
nH = 7,41 g1 g ⋅ mol−1 = 7,41 mola
nN = 8,64 g14 g ⋅ mol−1 = 0,617 mola
nO = 9,88 g16 g ⋅ mol−1 = 0,618 mola
nC : nH : nN : nO = 6,173 : 7,41 : 0,617 : 0,618
nC : nH : nN : nO = 10 : 12 : 1 : 1 ⇒ C10H12NO
M(C10H12NO)X = 324 u ⇒ x = 2 ⇒ C20H24N2O2
Wzór empiryczny: C10H12NO
Wzór rzeczywisty: C20H24N2O2
Wskazówki
Aby poprawnie ustalić wzór empiryczny związku chemicznego, należy określić liczbę moli atomów węgla, wodoru, azotu i tlenu (w jednym molu tego związku).
Dla rozwiązania tego problemu trzeba przyjąć dogodną masę próbki, np. m = 100 g, co będzie oznaczało, że w 100 g związku znajduje się 74,07 g węgla, 7,41 g wodoru, 8,64 g azotu oraz 9,88 g tlenu.
Następnie należy obliczyć liczbę moli atomów poszczególnych pierwiastków chemicznych i wyznaczyć ich stosunek wyrażony możliwie najmniejszymi liczbami całkowitymi. Pamiętaj, że wzór elementarny nie określa rzeczywistej liczby atomów tworzących cząsteczkę związku chemicznego.
Do wyznaczenia rzeczywistej liczby poszczególnych rodzajów atomów w cząsteczce konieczna jest znajomość masy cząsteczkowej związku. W omawianym przypadku jest ona podana w informacji do zadania.
Zwróć uwagę, że w celu powiązania liczności materii i masy substancji wprowadzono pojęcie masy molowej, która jest właściwością substancji; ma ona dla każdego związku chemicznego i każdej substancji elementarnej (pierwiastka chemicznego) określoną wartość liczbową. Wartość liczbowa masy molowej związku chemicznego jest równa względnej masie cząsteczkowej. W przypadku substancji elementarnych – występujących w postaci pojedynczych atomów – wartość liczbowa masy molowej jest równa względnej masie atomowej.
Mając wyznaczony wzór elementarny, należy obliczyć masę cząsteczkową cząsteczki o składzie odpowiadającym wzorowi elementarnemu. Wiedząc, że wzór rzeczywisty (sumaryczny) jest wielokrotnością wzoru elementarnego (czyli można go zapisać w postaci (C10H12NO)x), uprawniony jest zapis:
M = MC10H12NO ⋅ x ⇒ x = 2,
co pozwala na stwierdzenie, że wzór rzeczywisty ma postać: C20H24N2O2.
