Определение формулы вещества по массовым долям элемента

На прошлом занятии вы познакомились с понятием массовой доли, а также научились выделять массовую долю элемента в веществе. В этот раз мы научимся совершать обратное действие: рассмотрим, как из известных массовых долей элемента вывести химическую формулу вещества.

Отработаем этот принцип на практике.

Задача 1

Вычислим массовое соотношение элементов в нитрате натрия (NaNO3).

По таблице Менделеева находим относительную атомную массу (Ar) для каждого элемента. Так, для натрия (Na) она будет равна 23, для азота (N) – 14, для кислорода (О) – 16.

Количество атомов в молекуле обозначим следующим образом:

n(Na) = x

n(N) = y

n(O) = z

Применив изученное правило и? подставив данные, получим выражение вида:

x * Ar(Na) : y * Ar(N) : z * Ar(O) = 1 *23 : 1 * 14 : 3 * 16 = 23 : 14 : 48 = 1,6 : 1 : 3,4

Полученное соотношение можно прочитать так: одна целая шесть десятых к одному к трем целым четырем десятым.

Это и есть наш ответ.

Задача 2

Решим задачу, где нужно будет применить обратное действие. На этот раз выведем химическую формулу оксида серы при условии, что массовое соотношение элементов серы и кислорода в составе вещества, соответственно, равно 2 : 3.

Запишем в “дано” относительные атомные массы известных по условию элементов.

Их находим по таблице Менделеева:

Ar(S) = 32

Ar(O) = 16

Мы знаем, что отношение серы к кислороду равно 2 : 3.

Запишем выражение следующего вида:

m(S) : m(O) = 2 : 3

Индексы элементов в формуле оксида серы нам неизвестны, поэтому пока что обозначим формулу вещества (искомое) так:

SxOy

Теперь выразим массовое соотношение как отношение произведений относительных атомных масс этих элементов и их индексов.

Получаем запись вида:

m(S) : m(O) = x * Ar(S) : y * Ar(O)

m(S) : m(O) = 32x * 16y

m(S) : m(O) = 2 : 3

32x : 16y = 2 : 3

На следующем этапе выражаем отношение содержания элементов в оксиде серы как отношение их индексов:

32x * 3 = 16y * 2

96x = 32y

Производим вычисления и получаем следующее отношение двух чисел:

x : y = 32 : 96 = 1 : 3

Поскольку единицу в качестве индекса не указывают, наш ответ — SO3.

Задача 3

На примере последней задачи разбираем, как вывести химическую формулу вещества, если известны массовые доли элементов, входящих в его состав.

Минерал флюорит состоит из атомов кальция и фтора. Содержание кальция составляет 51,3% по массе. Определим формулу флюорита.

Запишем “дано”:

w(Ca) = 51,3%

Недостающие части формулы искомого вещества (индексы) запишем так:

CaxFy = ?

Находим массовую долю фтора в флюорите по алгоритму:

w(F) = 100% – w(Ca) = 100% – 51,3% = 48,7%

Выразим отношение индексов элементов с помощью отношения двух дробей:

x : y = w(Ca)/Ar(Ca) : w(F)/Ar(F)

x : y = 51,3/40 : 48,7/19 = 1,3 : 2,6

Обычно полученные таким способом числа представляют собой дроби, которые нельзя подставить в формулу в качестве недостающих индексов. Округлить их тоже нельзя: тогда результат получится неверным. Верные значения индекса в этом случае получают, разделяя каждое из таких чисел на наименьшее, в нашем случае, на 1,3.

Получаем следующую запись:

x : y = 1,3/1,3 : 2,6/1,3 = 1 : 2

Наш ответ — CaF2.