Определение формулы соединения

8 заданий

Простейшая формула по составу

Формулу, которая показывает наименьшее целочисленное отношение чисел атомов элементов в веществе, называют простейшей формулой. Если известны массовые доли элементов, это отношение можно рассчитать: масса каждого элемента зависит от числа его атомов и атомной массы. Поэтому массовую долю каждого элемента делят на его атомную массу. Для элементов A, B и C получают соотношение:

\[x : y : z = \frac{w_\text{A}}{A_\text{A}} : \frac{w_\text{B}}{A_\text{B}} : \frac{w_\text{C}}{A_\text{C}}\]

Затем все полученные числа делят на наименьшее. Если отношение ещё не выражено целыми числами, его умножают на небольшое целое число (2, 3, 4).

edit_noteСостав соли хрома

Массовые доли калия, хрома и кислорода в соли составляют 26,6 %, 35,4 % и 38,0 % соответственно. Разделим каждую долю на атомную массу элемента: \(26{,}6/39{,}10 = 0{,}680\); \(35{,}4/52{,}00 = 0{,}681\); \(38{,}0/16{,}00 = 2{,}375\). После деления на 0,680 получаем отношение 1 : 1 : 3,49. Последнее число близко к 3,5, поэтому умножаем всё отношение на 2 и получаем \(2 : 2 : 7\). Формула соли — \(\ce{K2Cr2O7}\); это дихромат калия.

errorНе округляйте отношение чисел атомов до целых преждевременно

Если при расчёте получилось 1,49, это число близко к 1,5, но его нельзя округлять до целого. Отношения 1 : 1,33 и 1 : 2,5 также нужно умножить на 3 и 2 соответственно. В примере с дихроматом калия округление \(3{,}49 \to 3\) привело бы к формуле \(\ce{KCrO3}\). В ней хром имел бы степень окисления +5, а рассчитанные массовые доли не совпали бы с условием.

history_eduАнализ сжиганием

В 1831 году Юстус Либих изобрёл «калиаппарат» — стеклянную систему шариков с раствором щёлочи. При сжигании вещества щёлочь поглощала образующийся углекислый газ. Взвешивая аппарат до и после поглощения газа, Либих определял содержание углерода с высокой точностью. Этот способ основан на превращении определяемого элемента в вещество известного состава, массу которого измеряют. Он оставался основой элементного анализа до появления автоматических анализаторов.

scienceПревращение элементов в вещества для взвешивания

\(\ce{S + 2HNO3 -> H2SO4 + 2NO}\), затем \(\ce{H2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 v + 2HCl}\) — серу окисляют до серной кислоты, после чего осаждают и взвешивают сульфат бария.
\(\ce{Cl- + Ag+ -> AgCl v}\) — хлорид-ионы осаждают в виде хлорида серебра, по массе которого определяют содержание хлора.
\(\ce{2Fe(OH)3 ->[t] Fe2O3 + 3H2O}\) — гидроксид железа при нагревании превращают в оксид, по массе которого определяют содержание железа.
\(\ce{CO2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O}\) — углекислый газ поглощают раствором щёлочи, а по увеличению массы поглотителя определяют содержание углерода.

Истинная формула и состав по превращениям

Простейшая формула показывает отношение чисел атомов, но не обязательно их действительное число в молекуле. Формулу, которая показывает состав молекулы, называют истинной (молекулярной) формулой. Чтобы установить её, сравнивают молярную массу вещества с массой, соответствующей простейшей формуле. Молярную массу можно найти по плотности газообразного вещества при нормальных условиях: \(M = 22{,}4\rho\) (н. у.). Если известна относительная плотность пара по воздуху, используют соотношение \(M = 29D_\text{возд}\).

Например, оксид фосфора(V) имеет простейшую формулу \(\ce{P2O5}\) (\(M = 142\)). Плотность его пара по воздуху составляет около 9,8, откуда \(M = 284\). Эта молярная масса вдвое больше массы, соответствующей простейшей формуле. Следовательно, молекулярная формула оксида — \(\ce{P4O10}\).

Состав вещества можно определить и по результатам его превращений, не проводя непосредственного анализа на элементы. Для этого измеряют, например, массу остатка после прокаливания, массу осадка или объём выделившегося газа. Если при нагревании кристаллогидрат теряет воду, её количество находят по уменьшению массы образца.

edit_noteКристаллогидрат по двум взвешиваниям

При нагревании до 150 °C медный купорос теряет 28,9 % массы. Сколько воды остаётся в образце? Изменение массы соответствует удалению 4 молекул воды: \(72{,}06/249{,}7 = 28{,}9\) %. После нагревания на одну формульную единицу сульфата меди остаётся одна молекула воды. Формула полученного кристаллогидрата — \(\ce{CuSO4*H2O}\).

scienceПревращения, по которым устанавливают состав

\(\ce{Na2CO3*10H2O ->[t] Na2CO3 + 10H2O}\) — при нагревании кристаллогидрат теряет воду, и по уменьшению массы определяют число молекул воды в его формуле.
\(\ce{2MgNH4PO4 ->[t] Mg2P2O7 + 2NH3 ^ + H2O}\) — магний осаждают в виде фосфата магния-аммония, который при нагревании превращается в пирофосфат; по массе пирофосфата определяют содержание магния.
\(\ce{2NaHCO3 ->[t] Na2CO3 + CO2 + H2O}\) — при нагревании гидрокарбоната натрия масса образца уменьшается на 36,9 %.
\(\ce{P4O10 + 6H2O -> 4H3PO4}\) — по соотношению количеств исходного оксида и образовавшейся кислоты определяют число атомов фосфора в молекуле оксида.

boltПроверка формулы по массовым долям

После определения формулы рассчитайте по ней массовые доли элементов и сравните их с условием с точностью до 0,1–0,2 %. Если расхождение больше, проверьте, правильно ли вы округлили отношение чисел атомов.

push_pinГлавное

Простейшую формулу находят по отношению величин \(w_i/A_i\): массовые доли элементов делят на их атомные массы и приводят результат к небольшим целым числам. Для определения истинной (молекулярной) формулы массу, соответствующую простейшей формуле, сравнивают с молярной массой вещества. Так, простейшей формуле \(\ce{P2O5}\) соответствует молекулярная формула \(\ce{P4O10}\). Состав вещества, в том числе кристаллогидрата, можно установить также по изменению массы при разложении или по массе полученного осадка.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.