Вывод химических формул. Расчеты по химическим формулам и уравнениям

Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества. Различают формулы простейшие и молекулярные. Простейшая формула показывает какие элементы и в каком соотношении входят в состав молекулы. Молекулярная формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле.

Для вывода простейшей формулы вещества достаточно знать его состав и атомные массы образующих данное вещество элементов.

Пример 1. Найти простейшую формулу оксида хрома, содержащего 68,4% хрома.

Решение. Обозначим число атомов хрома и кислорода в простейшей формуле оксида соответственно через х и у. атомные массы этих элементов равны 52 и 16. Поэтому массы хрома и кислорода в составе оксида относятся как 52 х: 16 у. по условию задачи это отношение равно 68,4: 31,6. Следовательно,

52 х: 16 у = 68,4: 31,6, откуда х: у = 68,4/52: 31,6/16 = 1,32: 1,98.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим оба его члена на меньший из них:

х: у = 1,32/1,32 = 1,98/1,32 = 1: 1,5,

а затем умножим оба члена последнего отношения на два:

х: у = 2: 3.

Таким образом, простейшая формула оксида хрома Cr₂O₃.

Пример 2. При полном сжигании 2,66 г некоторого вещества получилось 1,54 г СО₂ и 4,48 г SO₂. Найти простейшую формулу вещества.

Решение. Состав продуктов горения показывает, что вещество содержало углерод и серу. Кроме этих элементов в состав его мог входить и кислород.

Массу углерода, входившего в состав вещества, находим по массе образовавшегося СО₂. Мольная масса СО₂ равна 44 г/моль; находим количество образовавшегося СО₂ по формуле n(_СО2) = m_(в-ва)/М_(в-ва), отсюда: 1,54/44 = 0,035.

Так как в 1 моле СО₂ содержится 1 моль углерода, значит п_(С) = 0,035. Используя формулу количества находим массу углерода: n *М = 0,035 * 12 = 0.42г.

Вычисляя аналогичным способом массу серы, содержащуюся в 4,48 г SO₂, получаем 2,24 г.

Таким образом, в сгоревшем веществе на 0,42 г углерода приходится 2,24 г серы. Так как сумма этих двух масс равна общей массе сгоревшего вещества (2,66г), то кислорода в нем не содержится. Вычисляем отношение числа атомов углерода (х) и серы (у) в молекуле сгоревшего вещества:

х: у = 0,42/12: 2,24/32 = 0,035: 0,070 = 1: 2.

Следовательно, простейшая формула вещества CS₂.

Для нахождения молекулярной формулы вещества необходимо кроме состава вещества знать его молекулярную массу.

Пример 3. Газообразное соединение азота с водородом содержит 12,5% водорода. Плотность соединения по водороду равна 16. Найти молекулярную формулу соединения.

Решение. Находим отношение числа атомов азота (х) к числу атомов водорода (у) в молекуле соединения:

Х: у = 87,5/14: 12,5/1 = 6,25: 12,5 = 1: 2.

Простейшая формула соединения NH₂. Этой формуле отвечает молекулярная масса 16. Истинную молекулярную массу вещества находим, исходя из его плотности по водороду:

М = 2 * 16 = 32.

Таким образом, истинная молекулярная масса вещества вдвое больше вычисленной по его простейшей формуле. Следовательно, молекулярная формула соединения N₂H₄.

В уравнении химической реакции каждая формула изображает один моль соответствующего вещества. Поэтому, зная мольные массы участвующих в реакции веществ, можно по уравнению реакции найти соотношение между массами веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее протекания. Если в реакции участвуют вещества в газообразном состоянии, то уравнение реакции позволяет найти их объемные отношения.

Пример 4. Найти массу серной кислоты, необходимую для полной нейтрализации 20 г гидроксида натрия.

Решение. Уравнение протекающей реакции:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

Молекулярные массы H₂SO₄ и NaOH соответственно равны 98 и 40; следовательно, их мольные массы составляют 98 и 40 г/моль. Согласно уравнению реакции, 1 моль H₂SO₄ реагирует с 2 молями NaOH. Находим количество (п) 20 г NaOH – 0,5 моль, отсюда следует, что п_(H2SO4) = 0,25 моль, значит масса = 0,25 * 98 = 24,5 г.

Пример 5. Хлор может быть получен действием серной кислоты на смесь MnO₂ с NaCl. Реакция протекает по уравнению:

2NaCl + MnO₂ + 3H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + MnSO₄ + Cl₂↑ + 2H₂O.

Какой объем хлора (н.у.) можно получить из 100 г хлорида натрия?

Решение. Находим количество 100 г хлорида натрия 100/58,5 = 1,71. Согласно уравнению реакции п_(Cl2) = 0,85, отсюда объем = 0,85 * 22,4 = 19,04 л.