Состав вещества: массовая доля, вывод формулы, кристаллогидраты

Вторая группа задач по формулам связана с составом вещества: какая часть массы приходится на элемент, какова формула вещества по данным анализа, сколько воды в кристаллах. Эти задачи встречаются в заданиях 18 и 19 ОГЭ и в расчётных частях заданий 22 и 23.

Массовая доля элемента в соединении

Массовая доля элемента в соединении (тема 1.4) равна отношению массы всех атомов элемента в формуле к относительной молекулярной массе: \(\omega(\text{Э}) = n \cdot A_r(\text{Э}) / M_r\). В сульфате аммония \(\ce{(NH4)2SO4}\) (\(M_r = 132\)) два атома азота, поэтому \(\omega(\ce{N}) = 28 / 132 = 0{,}212\), или 21,2 %.

Масса элемента в порции вещества

Масса элемента в порции вещества равна массовой доле элемента, умноженной на массу порции. Удобно считать и через моли. Сколько железа в 16 г оксида железа(III)? \(n(\ce{Fe2O3}) = 16 / 160 = 0{,}1\) моль, в каждой формульной единице два атома железа, значит, \(n(\ce{Fe}) = 0{,}2\) моль и \(m(\ce{Fe}) = 0{,}2 \cdot 56 = 11{,}2\) г.

Вывод формулы по массовым долям

Вывод формулы по массовым долям ведут так: массовую долю каждого элемента делят на его относительную атомную массу, а полученные числа делят на наименьшее из них. Пусть вещество содержит 32,4 % натрия, 22,5 % серы и 45,1 % кислорода:

\[ \frac{32{,}4}{23} : \frac{22{,}5}{32} : \frac{45{,}1}{16} = 1{,}41 : 0{,}703 : 2{,}82 = 2 : 1 : 4 \ \Rightarrow\ \ce{Na2SO4} \]

Так получается простейшая формула. Если известна молярная масса вещества, из простейшей формулы находят истинную. Углеводород с простейшей формулой \(\ce{CH2}\) и плотностью по водороду 14 имеет \(M = 28\) г/моль, а масса звена \(\ce{CH2}\) равна 14, значит, в молекуле два таких звена: \(\ce{C2H4}\), этилен.

Кристаллогидраты

Кристаллогидраты — кристаллические вещества, в состав которых входят молекулы воды: медный купорос \(\ce{CuSO4.5H2O}\), кристаллическая сода \(\ce{Na2CO3.10H2O}\), гипс \(\ce{CaSO4.2H2O}\), железный купорос \(\ce{FeSO4.7H2O}\). В относительную молекулярную массу кристаллогидрата включают массу воды: \(M_r(\ce{CuSO4.5H2O}) = 160 + 5 \cdot 18 = 250\). При нагревании кристаллогидраты теряют воду: голубой медный купорос превращается в белый безводный сульфат меди(II).

\[ \ce{CuSO4.5H2O ->[t^\circ] CuSO4 + 5H2O} \]

Массовая доля воды в медном купоросе \(90 / 250 = 0{,}36\), или 36 %. А в 50 г медного купороса содержится \(50 \cdot 160 / 250 = 32\) г безводного сульфата меди(II).