Неизвестные элементы и вещества
От чисел к формуле
Чтобы определить неизвестный элемент, сначала находят величины, которые можно вычислить из условия задачи. Затем для возможных формул соединения рассчитывают молярную массу элемента и сопоставляют результаты с другими данными.
- Массовая доля показывает, какая часть массы соединения приходится на определённый элемент. Если второй элемент известен, массовая доля позволяет найти молярную массу неизвестного элемента для каждой предполагаемой формулы.
- Эквивалентная масса металла — это его масса, соответствующая одному молю переданных электронов. По массе металла \(m\) и количеству выделившегося водорода её находят так: \(M_\text{экв} = \dfrac{m}{2n(\ce{H2})}\). Эквивалентную массу можно определить и по составу оксида или хлорида. Молярную массу металла рассчитывают по формуле \(M = M_\text{экв}\cdot n\), где n — валентность металла. Возможные значения валентности перебирают: 1, 2, 3…
- Плотность газа позволяет определить его молярную массу. Если известна плотность по водороду, по воздуху или масса единицы объёма газа при нормальных условиях, используют соотношение \(M = 2D_{\ce{H2}} = 29D_\text{возд} = 22{,}4\rho\).
- Изменение массы при превращении вещества также позволяет составить уравнение для определения молярной массы металла. Например, можно использовать данные о переходах \(\ce{MCO3 -> MO}\) и \(\ce{MO -> MCl2}\). Эти записи обозначают исходное вещество и продукт, но не являются полными уравнениями реакций.
edit_noteПеребор валентностей
Эквивалентная масса металла равна 32,7. При n = 1 его молярная масса составила бы 32,7; подходящего металла нет. При n = 2 получается 65,4, что соответствует цинку. При n = 3 получается 98,1: устойчивого металла с такой атомной массой нет. Если по другим данным задачи металл образует белый амфотерный гидроксид, это подтверждает выбор цинка.
boltПравило Дюлонга — Пти
Для многих твёрдых простых веществ молярная теплоёмкость ≈ 25 Дж/(моль·К). Поэтому удельная теплоёмкость металла помогает оценить его молярную массу и выбрать валентность. В XIX веке таким способом уточняли атомные массы индия и урана; для бериллия правило применимо при нагревании.
Одинаковая масса — разные вещества
Молярная масса не всегда определяет вещество однозначно: разные вещества могут иметь одинаковую или близкую молярную массу. Тогда кандидатов различают по химическим свойствам и продуктам реакций.
| M, г/моль | Кандидаты | Как различить |
|---|---|---|
| 28 | \(\ce{N2}\), CO, \(\ce{C2H4}\) | Проверить, горит ли газ: горят CO и \(\ce{C2H4}\). Затем проверить, обесцвечивает ли он бромную воду: это свойство \(\ce{C2H4}\). |
| 34 | \(\ce{H2S}\), \(\ce{PH3}\) | Сопоставить запах и продукты горения: образуется газ \(\ce{SO2}\) или твёрдый \(\ce{P4O10}\). |
| 44 | \(\ce{CO2}\), \(\ce{N2O}\), \(\ce{C3H8}\) | Проверить действие газа на известковую воду и тлеющую лучину, а также его горючесть. |
| 30 | NO, \(\ce{C2H6}\), HCHO | Проверить, буреет ли газ на воздухе: так ведёт себя NO. |
edit_noteГаз с плотностью по водороду 17
Молярная масса газа равна \(M = 34\), поэтому возможны \(\ce{H2S}\) и \(\ce{PH3}\). По условию при горении образуется газ B, содержащий 49,95 % кислорода. Этому составу соответствует \(\ce{SO2}\), следовательно, газ A — \(\ce{H2S}\). При горении фосфина образовался бы твёрдый оксид фосфора.
boltОдна гипотеза или несколько?
Если все данные задачи допускают два варианта, следует указать оба и предложить опыт, который позволит их различить. Обоснованный ответ с критерием различения лучше необоснованного выбора одного вещества.
Проверка решения
Найденную формулу необходимо проверить по всем условиям задачи. Совпадения одного числа недостаточно: вещество должно иметь указанные свойства и образовывать описанные продукты реакций.
- Пересчитайте массовые доли элементов по найденной формуле.
- Проверьте, протекает ли каждая описанная реакция и сопровождается ли она указанным эффектом.
- Рассчитайте массы и объёмы продуктов и сопоставьте их с условием.
- Проверьте степень окисления элемента, устойчивость вещества и само существование предложенного соединения.
edit_noteДвусмысленная доля
Хлорид металла содержит 64,1 % хлора. Если предположить формулу \(\ce{MCl2}\), молярная масса металла составит 39,7. Близкое значение имеет кальций — 40,1, однако \(\ce{CaCl2}\) содержит 63,9 % хлора. Для \(\ce{MCl3}\) получается 59,5: по массе можно заподозрить кобальт, но \(\ce{CoCl3}\) неустойчив. Для \(\ce{MCl}\) получается 19,8; подходящего металла нет. Таким образом, указанная массовая доля не позволяет получить точный ответ среди рассмотренных формул. Предположить \(\ce{CaCl2}\) можно лишь при неточности данных; это предположение нужно проверить по другим сведениям задачи, например по окраске пламени, и выяснить, нет ли в условии опечатки.
boltСначала — все данные
Прежде чем принять подходящую формулу, выпишите все числа и свойства из условия. Проверяйте каждое предложенное вещество по каждому из них: если хотя бы одно условие не выполняется, поиски следует продолжить.
push_pinГлавное
Неизвестный элемент или вещество определяют несколькими способами: массовая доля позволяет проверить предполагаемые формулы \(\ce{MO}\), \(\ce{M2O3}\), \(\ce{MO2}\), \(\ce{M2O5}\)… и соответствующие степени окисления; эквивалентная масса, найденная по водороду, кислороду или хлориду, позволяет рассчитать молярную массу по соотношению \(M = M_\text{экв}\cdot n\) при разных значениях n; плотность газа и изменение массы при превращении также помогают найти молярную массу. Затем химические свойства позволяют различить кандидатов, например \(\ce{H2S}\)/\(\ce{PH3}\), \(\ce{N2}\)/CO/\(\ce{C2H4}\) или \(\ce{CO2}\)/\(\ce{N2O}\)/\(\ce{C3H8}\). Решение однозначно, только если все остальные варианты противоречат условию; иначе следует указать допустимые варианты и предложить опыт для их различения.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.