§ 15. Вычисления по химическим формулам. Массовая доля в соединении

§ 15. Вычисления по химическим формулам. Массовая доля в соединении

1. Вычислите относительную молекулярную массу сульфата меди CuSO4.

Mr (CuSO4) = Ar (Cu) + Ar (S) + 4 * Ar (O) = 63,5 + 32 + 4 * 16 = 159,5 а. е. м.

2. Вычислите массовые отношения элементов в угольной кислоте, химическая формула которой H2CO3.

m (H) : m (C) : m (O) = 2 * Ar (H) : Ar (C) : 3 * Ar (O) = 2 : 12 : 48 = 1 : 6 : 24

3. Вычислите массовые доли элементов в процентах по формулам соединений: а) CuSO4 — сульфат меди; б) Fe2O3 — оксид железа; в) HNO3 — азотная кислота.

Массовую долю элемента в соединении находят по формуле:

w (Э) = (Ar (Э) / Mr вещ-ва) * 100%

а) CuSO4 — сульфат меди

Mr (CuSO4) = Ar (Cu) + Ar (S) + 4 * Ar (O) = 64 + 32 + 4 * 16 = 160 а. е. м.

w (Cu) = Ar (Cu) / Mr (CuSO4) = 64 / 160 = 0,4 = 40%

w (S) = Ar (S) / Mr (CuSO4) = 32 / 160 = 0,2 = 20%

w (O) = 4 * Ar (O) / Mr (CuSO4) = 4 * 16 / 160 = 0,4 = 40%

Хотя массовую долю последнего элемента всегда можно найти вычитанием из 100% массовых долей всех других элементов:

w (O) = 100 — w (Cu) — w (S) = 100 — 40 — 20 = 40 (%)

б) Fe2O3 — оксид железа

Mr (Fe2O3) = 2 * Ar (Fe) + 3 * Ar (O) = 2 * 56 + 3 * 16 = 112 + 48 = 160 а. е. м.

w (Fe) = 2 * Ar (Fe) / Mr (Fe2O3) = 2 * 56 / 160 = 112 / 160 = 0,7 = 70%

w (O) = 3 * Ar (O) / Mr (Fe2O3) = 3 * 16 / 160 = 48 / 160 = 0,3 = 30%

в) HNO3 — азотная кислота

Mr (HNO3) = Ar (H) + Ar (N) + 3 * Ar (O) = 1 + 14 + 3 * 16 = 63 а. е. м.

w (H) = Ar (H) / Mr (HNO3) = 1 / 63 = 0,016 = 1,6%

w (N) = Ar (N) / Mr (HNO3) = 14 / 63 = 0,222 = 22,2%

w (O) = 3 * Ar (O) / Mr (HNO3) = 3 * 16 / 63 = 0,762 = 76,2%

4. Во сколько раз массовая доля химического элемента серы в оксиде серы SO3 меньше, чем в оксиде серы SO2?

Чтобы ответить на поставленный вопрос, нам придется найти массовую долю серы в обоих оксидах.

а) W (S) = Ar (S) / Mr (SO3) = 32 / (32 + 3 * 16) = 32 / 80 = 0,4 = 40%

б) W (S) = Ar (S) / Mr (SO2) = 32 / (32 + 2 * 16) = 32 / 64 = 0,5 = 50%

Теперь мы можем ответить на вопрос: w1 (S) / w2 (S) = 0,4 / 0,5 = 0,8 (раз)

5. Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1 : 16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.

Отношение масс элементов в соединении равно отношению их относительных атомных масс: m (H) : m (S) = x * Ar (H) : y * Ar (S), где x и y — некоторые коэффициенты, показывающие соотношение количества атомов элементов в соединении.

x * Ar (H) : y * Ar (S) = x * Ar (1) : y * Ar (32) = x : 32y

m (H) : m (S) = 1 : 16

1 : 16 = x : 32y

Разумеется, y не может быть меньше единицы (относительная атомная масса S = 32 а. е. м.). Значит, x = 2, y = 1. А формула сероводорода H2S.

6. Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, составьте химическую формулу сульфата меди, если массовые отношения в нем меди, серы и кислорода соответственно равны 2 : 1 : 2.

Задача аналогична предыдущей, но с тремя элементами.

m (Cu) : m (S) : m (O) = x * Ar (Cu) : y * Ar (S) * z Ar (O) = 2 : 1 : 2

Ar (Cu) = 64 а. е. м.; Ar (S) = 32 а. е. м.; Ar (O) = 16 а. е. м.

64x : 32y : 16z = 2 : 1 : 2

Или,

64x : 32 : 16z = 2 : 1 : 2

Или,

2x : 1 : 0,5z = 2 : 1 : 2

Откуда: x = 1, y = 1, z = 4.

Формула сульфата меди CuSO4

7. Выведите простейшую формулу соединения, в котором массовая доля натрия равна 32,4%, серы — 22,5%, кислорода — 45,1%.

Из условия задачи следует, что в 100 г вещества будет содержаться 32,4 г натрия, 22,5 г серы и 45,1 г кислорода. Если каждое из этих чисел разделить на относительные атомные массы соответствующих элементов, то получим число атомов каждого элемента в 100 молекулах вещества.

32,4 : 23 = 1,4 атома натрия

22,5 : 32 = 0,7 атома серы

45,1 : 16 = 2,8 атома кислорода

Таким образом, соотношение атомов элементов в веществе будет:

x : y : z = 1,4 : 0,7 : 2,8 = 2 : 1 : 4

Формула соединения Na2SO4 — сульфат натрия.

8. Смешали 14 г порошкообразного железа с 14 г порошкообразной серы. Смесь нагрели. Найдите массу сульфида железа, если известно, что Fe и S в данном случае соединяются в массовых отношениях 7 : 4.

Здесь, нужно вспомнить, что сера и железо соединяются друг с другом в разных пропорциях. Поэтому мы не знаем заранее формулу сульфида. Для начала определим ее:

m (Fe) / m (S) = x * Ar (Fe) / y * Ar (S), где x и y — числовые коэффициенты, показывающие соотношение атомов в молекуле.

По условиям задачи, m (Fe) / m (S) = 7 : 4

Теперь подставим значения относительной атомной массы в правую часть уравнения:

7 : 4 = x * 56 : y * 32

7 : 4 = 7x : 4y

Значит, x = y = 1 и формула сульфида FeS. Т.е. в молекуле сульфида на 1 атом железа приходится 1 атом серы.

Теперь составим пропорцию. 7 массовых частей железа вступают в реакцию с 4 массовыми частями серы, а 14 грамм железа вступают в реакцию с z грамм серы:

7 м.ч. (Fe) — 4 м.ч. (S)
14 г (Fe) — z г (S)

Откуда z = 8 г — масса серы, вступившей в реакцию.

Тогда, масса сульфида железа будет равна массе железа + масса серы, вступившей в реакцию: 14 + 8 = 22 г

Последний этап задачи можно было решить с помощью такого понятия как количество вещества, через моли. Но т.к. в учебнике эта тема еще не освещалась, говорить о ней преждевременно.

Тестовые задания

1.Установите соответствие между химической формулой и массовым соотношением химических элементов, входящих в состав этой формулы.

1) MgO А. 3 : 2
2) H2SO4 Б. 7 : 3
3) Fe2O3 В. 2 : 1 : 2
4) CuSO4 Г. 1 : 16 : 32

Боюсь, схитрить тут особо не получится и придется браться за калькулятор.

MgO: Ar (Mg) : Ar (O) = 24 : 16 = 1,5 : 1 = 3 : 2 (вариант А)

Логично будет предположить, что второе отношение двух чисел (вариант Б) 7 : 3 относится ко второму бинарному соединению Fe2O3. Но чтобы не получить нагоняй от учителя и закрепить материал, проделаем все нужные действия:

Fe2O3: 2*Ar (Fe) : 3*Ar (O) = 2*56 : 3*16 = 112 : 48 = 1 : 2,33 = 3 : 7 (вариант Б)

H2SO4: 2*Ar (H) : Ar (S) : 4*Ar (O) = 2 : 32 : 64 = 1 : 16 : 32 (вариант Г)

CuSO4: Ar (Cu) : Ar (S) : 4*Ar (O) = 64 : 32 : 64 = 2 : 1 : 2 (вариант В)

Ответы: 1 — А, 2 — Г, 3 — Б, 4 — В.

2. Массовая доля химического элемента углерода в молекуле этанола C2H6O составляет:
1) 10%: 2) 23,6%: 3) 41,0%; 4) 52,2%.

w(C) = 2*Ar (C) / Mr (C2H6O)

Mr (C2H6O) = 2*Ar (C) + 6*Ar (H) + Ar (O) = 2*12 + 6*1 + 16 = 24 + 6 + 16 = 46 а. е. м.

w(C) = 2*12 / 46 = 0,522 = 52,2%

Ответ: 4) 52,2%