Поміркуйте
Якщо для обчислення масових часток елементів необхідна хімічна формула речовини, то чи можна розв'язати зворотну задачу: за масовими частками елементів визначити хімічну формулу сполуки? Так, можна. Знаючи масові частки елементів у сполуці (як молекулярної, так і немолекулярної будови), можна визначити її молекулярну масу, а, отже, її хімічну формулу.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Запропонуйте математичну модель для визначення хімічної формули речовини за відомими масовими частками елементів.
Перетворюємо математичну формулу для масової частки так, щоб обчислити відносну молекулярну масу.
Беручи до уваги, що число атомів (йонів) у молекулі (формульній одиниці) є невеликим цілим числом, припускаємо, що N = 1 або 2, 3 тощо. Підставляємо у формулу відомі величини, з урахуванням, Ar.
Вправа 36
Визначте хімічну формулу оксиду, у якому:
а) масова частка Хрому становить 52%;
Дано: w(Cr) = 52% = 0,52
Знайти: CrxOy – ?
Припускаємо, що N(Cr) = 1. Знаємо, що Ar(Cr) = 52.
Mr(оксиду) = N(Cr) • Ar(Cr) : w(Cr) = 1 • 52 : 0,52 = 100
Оскільки ми припустили, що у формулі один йон Хрому, то з обчисленої відносної формульної маси 100 на йони Оксигену припадає 100 – 52 = 48. Це відповідає трьом йонам Оксигену (Аr(O) = 16).
Відповідь: хімічна формула оксиду CrO3.
б) масова частка Феруму становить 70%.
Дано: w(Fe) = 70% = 0,70
Знайти: FexOy – ?
Припускаємо, що N(Fe) = 1. Знаємо, що Ar(Fe) = 56.
Mr(оксиду) = N(Fe) • Ar(Fe) : w(Fe) = 1 • 56 : 0,70 = 80
Оскільки ми припустили, що у формулі один йон Феруму, то з обчисленої відносної формульної маси 80 на йони Оксигену припадає 80 – 56 = 24. Кількість йонів Оксигену N(O) = 24/16 = 1,5. Отримали не ціле число, що неможливо.
Припускаємо, що N(Fe) = 2.
Mr(оксиду) = N(Fe) • Ar(Fe) : w(Fe) = 2 • 56 : 0,70 = 160
Оскільки ми припустили, що у формулі два йони Феруму, то з обчисленої відносної формульної маси 160 на йони Оксигену припадає 160 – 112 = 48. Це відповідає 3 йонам Оксигену (Аr(O) = 16).
Відповідь: хімічна формула оксиду F2O3.
Вправа 37
Визначте хімічні формули сполук:
а) Нітрогену з Оксигеном, у якій масова частка Оксигену становить 63,2%;
Дано: w(O) = 63,2% = 0,632
Знайти: NxOy – ?
Припускаємо, що N(O) = 1. Знаємо, що Ar(O) = 16.
Mr(оксиду) = N(O) • Ar(O) : w(O) = 1 • 16 : 0,632 = 25
Оскільки ми припустили, що у формулі один йон Оксигену, то з обчисленої відносної формульної маси 25 на йони Нітрогену припадає 25 – 16 = 9. 9 < 14, тому це не йон Нітрогену, це неможливо.
Припускаємо, що N(O) = 2.
Mr(оксиду) = N(O) • Ar(O) : w(O) = 2 • 16 : 0,632 = 50
Оскільки ми припустили, що у формулі два йони Оксигену, то з обчисленої відносної формульної маси 50 на йони Нітрогену припадає 50 – 32 = 18. Кількість йонів Нітрогену N(N) = 18/14 = 1,2. Отримали не ціле число, що неможливо.
Припускаємо, що N(O) = 3.
Mr(оксиду) = N(O) • Ar(O) : w(O) = 3 • 16 : 0,632 = 76
Оскільки ми припустили, що у формулі три йони Оксигену, то з обчисленої відносної формульної маси 76 на йони Нітрогену припадає 76 – 48 = 28 Це відповідає двом йонам Нітрогену (Аr(N) = 14).
Відповідь: хімічна формула сполуки N2O3.
б) Карбону з Гідрогеном, у якій масова частка Карбону становить 81,82%.
Дано: w(C) = 81,82% = 0,8182
Знайти: CxHy – ?
Припускаємо, що N(C) = 1. Знаємо, що Ar(C) = 12.
Mr(сполуки) = N(C) • Ar(C) : w(C) = 1 • 12 : 0,8182 = 15
Оскільки ми припустили, що у формулі один атом Карбону, то з обчисленої відносної молекулярної маси 15 на атоми Гідрогену припадає 15 – 12 = 3. Це відповідає трьом атомам Гідрогену (Аr(Н) = 1).
Відповідь: хімічна формула сполуки CH3.
Вправа 38
Мінерал халькопірит містить Купрум (масова частка 34,8%), Ферум (масова частка 30,4%) та Сульфур. Визначте хімічну формулу халькопіриту, якщо його відносна формульна маса дорівнює 184.
Дано: w(Cu) = 34,8% = 0,348, w(Fe) = 30,4% = 0,304, Mr(сполуки) = 184
Знайти: CuxFeySz – ?
Обчислюємо кількість йонів Купруму:
N(Cu) = Mr(сполуки) • w(Cu) : Ar(Cu) = 184 • 0,348 : 64 = 1
Обчислюємо кількість йонів Феруму:
N(Fe) = Mr(сполуки) • w(Fe) : Ar(Fe) = 184 • 0,304 : 56 = 1
Обчислюємо масову частку Сульфуру:
w(S) = 1 – w(Cu) – w(Fe) = 1 – 0,348 – 0,304 = 0,348
Обчислюємо кількість йонів Сульфуру:
N(S) = Mr(сполуки) • w(S) : Ar(S) = 184 • 0,348 : 32 = 2
Відповідь: хімічна формула халькопіриту CuFeS2.
Вправа 39
Поширений мінерал магнетит складається з Феруму й Оксигену. Визначте хімічну формулу магнетиту, якщо масова частка Феруму в ньому становить 72,4%, а його відносна формульна маса дорівнює 232.
Дано: w(Fe) = 72,4% = 0,724, Mr(сполуки) = 232
Знайти: FexOy – ?
Обчислюємо кількість йонів Феруму:
N(Fe) = Mr(сполуки) • w(Fe) : Ar(Fe) = 232 • 0,724 : 56 = 3
Обчислюємо масову частку Оксигену:
w(O) = 1 – w(Fe) = 1 – 0,724 = 0,275
Обчислюємо кількість йонів Оксигену:
N(O) = Mr(сполуки) • w(O) : Ar(O) = 232 • 0,275 : 16 = 4
Відповідь: хімічна формула магнетиту Fe3O4.
Вправа 40
Відомий протиалергійний засіб містить активну речовину, що складається з Кальцію та Хлору. Відносна формульна маса сполуки дорівнює 111, а масова частка Хлору в ній становить 64%. Визначте формулу речовини та складіть її систематичну назву.
Дано: w(Cl) = 64% = 0,64, Mr(сполуки) = 111
Знайти: CaxCly – ?
Обчислюємо кількість йонів Хлору:
N(Cl) = Mr(сполуки) • w(Cl) : Ar(Cl) = 111 • 0,64 : 35,5 = 2
Обчислюємо масову частку Кальцію:
w(Ca) = 1 – w(Cl) = 1 – 0,64 = 0,36
Обчислюємо кількість йонів Кальцію:
N(Ca) = Mr(сполуки) • w(Ca) : Ar(Ca) = 111 • 0,36 : 40 = 1
Відповідь: CаCl2, кальцій хлор.