Этот вид расчетов чрезвычайно важен для химической практики, т.к. позволяет на основании экспериментальных данных определить формулу вещества (простейшую и молекулярную). На основании данных качественного и количественного анализов химик находит сначала соотношение атомов в молекуле (или другой структурной единице вещества), т.е. его простейшую формулу. Например, анализ показал, что вещество является углеводородом CxHy, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны 0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов, достаточно определить их количества вещества (число молей): Целые числа (1 и 3) получены делением числа 0,2 на число 0,0666. Число 0,0666 примем за 1. Число 0,2 в 3 раза больше, чем число 0,0666. Таким образом, CH3 является простейшей формулой данного вещества.
Соотношению атомов C и H, равному 1 : 3, соответствует бесчисленное количество формул: C2H6, C3H9, C4H12 и т.д., но из этого ряда только одна формула является молекулярной для данного вещества, т.е. отражающей истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D.
Так, для вышеприведенного случая DH2 = 15. Тогда M(CxHy) = 15 M(H2) = 15•2 г/моль = 30 г/моль. Поскольку M(CH3) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно, молекулярная формула вещества: C2H6.
Определение формулы вещества зависит от точности математических вычислений. При нахождении значения ν элемента следует учитывать хотя бы два знака после запятой и аккуратно производить округление чисел. Например, 0,8878 ≈ 0,89 но не 1.
Соотношение атомов в молекуле не всегда определяется простым делением полученных чисел на меньшее число. Рассмотрим этот случай на следующем примере.
Задача 1. Установите формулу вещества, которое состоит из углерода (ω=25%) и алюминия (ω=75%). Разделим 2,08 на 2. Полученное число 1,04 не укладывается целое число раз в числе 2,78 (2,78 : 1,04 = 2,67 : 1). Теперь разделим 2,08 на 3. При этом получается число 0,69, которое укладывается ровно 4 раза в числе 2,78 и 3 раза в числе 2,08. Следовательно, индексы x и y в формуле вещества AlxCy равны 4 и 3, соответственно.
ответ: Al4C3 (карбид алюминия).
Более сложным вариантом задач на вывод формул соединений является случай, когда состав вещества задается через продукты сгорания этих соединений.
Задача 2. При сжигании углеводорода массой 8,316 г образовалось 26,4 г CO2. Плотность вещества при нормальных условиях равна 1,875 г/мл. Найдите его молекулярную формулу.
1. Амфотерный оксид реагирует с другим амф. оксидом, но образуется смешанный оксид:
BeO+Al2O3=(BeAl2)O4 оксид бериллия-алюминия
2. Металлы реагируют с кислотами, щелочами(амфотерные), солями, оксидами, другими металлами
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
PS: металлы с конц. H2SO4 и с HNO3 реагируют иначе
2Al+2KOH=2KAlO2+H2↑
Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4
Ca+MgO=CaO+Mg
3Na+Sb=Na3Sb
Неметаллы реагируют с щелочами, кислотами-окислителями, металлами, другими неметаллами, некоторыми солями
3S+6KOH=K2SO3+2K2S+3H2O
P+5HNO3=H3PO4+5NO2+H2O
3S+2Al=Al2S3
C+O2=CO2
Cl2+2KBr=2KCl+Br2
3. Сера реагирует с щелочами, кислородом, галогенами, кислотами-окислителями, металлами
3S+6NaOH=Na2SO3+2Na2S+3H2O
S+O2=SO2
S+Cl2=SCl2
S+6HNO3=H2SO4+6NO2+2H2O
S+Zn=ZnS
Водород реагирует с неметаллами, оксидами, щелочными/щелочноземельными металлами, галогенами
2H2+О2=2H2О
4H2+Fe3O4=3Fe+4H2O
H2+2Rb=2RbH
H2+Br2=2HBr
Кислород реагирует с металлами, неметаллами, оксидами, фтором
O2+2K=K2O2
5O2+4P=2P2O5
2NO+O2=2NO2
F2+O2=O2F2
Азот реагирует с щелочными/щелочнозем. металлами, кислородом (при t°), водородом
N2+6Li=2Li3N
N2+O2=2NO
N2+3H2=2NH3
Хлор реагирует с металлами, неметаллами, щелочами, фтором, галогенводородами, водой, сероводородом
3Cl2+2Fe=2FeCl3
5Cl2+2P=2PCl5
3Cl2+6KOH=KClO3+5KCl+3H2O
Cl2+F2=2ClF
Cl2+2HI=2HCl+I2
Cl2+H2O=HCl+HClO
Cl2+H2S=2HCl+S
Например, анализ показал, что вещество является углеводородом CxHy, в котором массовые доли углерода и водорода соответственно равны 0,8 и 0,2 (80% и 20%). Чтобы определить соотношение атомов элементов, достаточно определить их количества вещества (число молей):
Целые числа (1 и 3) получены делением числа 0,2 на число 0,0666. Число 0,0666 примем за 1. Число 0,2 в 3 раза больше, чем число 0,0666. Таким образом, CH3 является простейшей формулой данного вещества.
Соотношению атомов C и H, равному 1 : 3, соответствует бесчисленное количество формул: C2H6, C3H9, C4H12 и т.д., но из этого ряда только одна формула является молекулярной для данного вещества, т.е. отражающей истинное количество атомов в его молекуле. Чтобы вычислить молекулярную формулу, кроме количественного состава вещества, необходимо знать его молекулярную массу. Для определения этой величины часто используется значение относительной плотности газа D.
Так, для вышеприведенного случая DH2 = 15.
Тогда M(CxHy) = 15 M(H2) = 15•2 г/моль = 30 г/моль.
Поскольку M(CH3) = 15, то для соответствия с истинной молекулярной массой необходимо удвоить индексы в формуле. Следовательно, молекулярная формула вещества: C2H6.
Определение формулы вещества зависит от точности математических вычислений. При нахождении значения ν элемента следует учитывать хотя бы два знака после запятой и аккуратно производить округление чисел. Например, 0,8878 ≈ 0,89 но не 1.
Соотношение атомов в молекуле не всегда определяется простым делением полученных чисел на меньшее число. Рассмотрим этот случай на следующем примере.
Задача 1. Установите формулу вещества, которое состоит из углерода (ω=25%) и алюминия (ω=75%).
Разделим 2,08 на 2. Полученное число 1,04 не укладывается целое число раз в числе 2,78 (2,78 : 1,04 = 2,67 : 1). Теперь разделим 2,08 на 3. При этом получается число 0,69, которое укладывается ровно 4 раза в числе 2,78 и 3 раза в числе 2,08. Следовательно, индексы x и y в формуле вещества AlxCy равны 4 и 3, соответственно.
ответ: Al4C3 (карбид алюминия).
Более сложным вариантом задач на вывод формул соединений является случай, когда состав вещества задается через продукты сгорания этих соединений.
Задача 2. При сжигании углеводорода массой 8,316 г образовалось 26,4 г CO2. Плотность вещества при нормальных условиях равна 1,875 г/мл. Найдите его молекулярную формулу.