Как правильно определять формулу неорганического вещества

 


Вывод формулы минерала (пакистанский изумруд)

 

Задача 259.
Этот минерал наряду с другими названиями известен как пакистанский изумруд. Правда, к настоящим изумрудам он не имеет никакого отношения, а является одной из разновидностей гранатов. Название этому минералу предложил в 1808 г. немецкий геолог Вернер, заметив, что цвет минерала очень похож на цвет обыкновенного крыжовника.
Это достаточно редкий и поэтому весьма дорогой минерал, химическую основу которого составляют силикаты алюминия и кальция. Его формулу можно записать в виде комбинации оксидов: xCaO•yAl2O3zSiO2, где x,y,z — наименьшие натуральные числа. Массовые доли кальция, алюминия и кремния равны 26,67%, 12,00% и 18,67%, соответственно. Определите химическую формулу пакистанского изумруда. В ответ запишите числа x,y,z.
Решение:
М(Ca) = 40 г/моль;
М(Al) = 27 г/моль;
М(Si) = 28 г/моль;
xCaO•yAl2O3zSiO2 = ?
Атомные массы кальция, алюминия и кремния равны соответственно: 40; 27 и 28. По условию эти отношения имеют вид - 26,67% : 12,00% : 18,67%. Следовательно:

40х : 27y : 28z = 26,67 : 12,00 : 18,67.

Откуда

х : y : z = (26,67%/40) : (12/27) : (18,67/28) = 0,67 : 0,44 : 0,67.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим все три его члена на наименьший из них, т.е. на 0,44, получим:

х : y : z = (0,67/0,44) : (0,44/0,44) : (0,67/0,44) = 1,52 : 1 : 1,52 ≈ 1,5 : 1 : 1,5 .

Приведем три члена к целым числам, множив их на минимальное число индекса 2, получим:

3 : 2 : 3 = 2х : 3y : 2z.

Получили набор наименьших целых чисел. Это дает возможность записать простейшую формулу минерала, подставив значения x,y,z в комбинации оксидов xCaO•yAl2O3zSiO2, получим:

3CaO•1Al2O3•3SiO2.

Тогда истинная формула минерала будет иметь вид:

3CaO•1Al2O3•3SiO2 или Ca3Al2[SiO2]3.

Ответ: формула вещества: Ca3Al2[SiO2]3.


Вывод формулы минеральной соли

 

Задача 260.
Выведите формулу фосфата алюминия в состав которого входит 22,1% алюминия, 25,4 фосфора и 52,5% кислорода.
Решение:
М(Al) = 27 г/моль;
M(P) = 31 г/моль;
М(О) = 16 г/моль;
AlxPyOz = ?
Обозначим числа атомов алюминия, фосфора и кислорода в простейшей формуле вещества соответственно через x, y и z
Атомные массы этих элементов равны соответственно 27, 31 и 16. Поэтому массы алюминия, фосфора и кислорода в составе вещества относятся как 27х : 31у : 16z. По условию задачи это отношение имеет вид: 22,1% : 25,4% : 52,5%. Следовательно:

27х : 31у : 16z = 22,1 : 25,4 : 52,5.

Откуда

х : y : z = (22,1/27) : (25,4/31) : (52,5/16) = 0,82 : 0,82 : 3,28.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим все три его члена на наименьший из них, т.е. на 0,82, получим:

х : y : z = (0,82/0,82) : (0,82/0,82) : (3,28/0,82) = 1 : 1 : 4.

Это дает возможность записать простейшую формулу: Al1P1O4.
Вещество с формулой AlPO4 реально существует. Вещество с формулой AlPO4 называется фосфат алюминия.

Ответ: AlPO4.
 


Задача 261.
Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, составьте химическую формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны 2:1:2.
Решение:
Аr(Cu) = 64 г/моль;
Ar(S) = 32 г/моль;
Ar(O) = 16 г/моль;
CuxSyOz = ?
Обозначим числа атомов меди, серы и кислорода в простейшей формуле вещества соответственно через x, y и z
Атомные массы этих элементов равны соответственно 64, 32 и 16. Поэтому массы меди, серы и кислорода в составе вещества относятся как 64х : 32у : 16z. По условию задачи это отношение имеет вид:

2 : 1 : 1. Следовательно: 64х : 32у : 16z = 2 : 1 : 1.

Откуда

х : y : z = (2/64) : (1/32) : (2/16) = 0,03125 : 0,03125 : 0,125.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим все три его члена на наименьший из них, т.е. на 0,03125, получим:

х : y : z = (0,03125/0,03125) : (0,03125/0,03125) : (0,125/0,03125) = 1 : 1 : 4.

Получили набор наименьших целых чисел. Это дает возможность записать простейшую формулу: Cu1S1O4 или CuSO4.
Веществу с формулой CuSO4 соответствует сульфат меди.

Ответ:  CuSO4.

 


Задача 262.
Выведите формулу одного из самых сильных ядовитых известных человечеству цианистого калия в состав которого входит 60% калия 18,5% углерода и 21,5% азота.
Решение:
М(К) = 39 г/моль;
M(С) = 12 г/моль;
М(N) = 14 г/моль;
КxСyNz = ?
Обозначим числа атомов калия, углерода и азота в простейшей формуле вещества соответственно через x, y и z. 
Атомные массы этих элементов равны соответственно 39, 12 и 14. Поэтому массы калия, углерода и азота в составе вещества относятся как 39х : 12у : 14z. По условию задачи это отношение имеет вид:
60% : 18,5% : 21,5%. Следовательно:

39х : 12у : 14z = 60 : 18,5 : 21,5.

Откуда

х : y : z = (60/39) : (18,5/12) : (21,5/14) = 1,5 : 1,5 : 1,5.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, все три его члена умножим на 2, получим:

х : y : z = (1,5 . 2) : (1,5 . 2) : (1,5 . 2)  = 3 : 3 : 3 = 1 : 1 : 1.

Это дает возможность записать простейшую формулу: К1С1N1.
Вещество с формулой КСN реально существует. Вещество с формулой КСN называется цианид калия.

Ответ: КСN.
 


Задача 263.
Вещество А содержит атомы хлора, углерода и ещё одного элемента. Содержание хлора в веществе составляет 50% по числу атомов и 71,71% по массе. Определите вещество А, в ответе укажите число общее число химических связей в его молекуле (двойную связь считайте за 2 связи).
Решение:
M(Cl) = 35,5 г/моль;
М(С) = 12 г/моль;
w%(Cl) = 71,71%;
N(Cl) = 50% по числу атомов;
ClxCyXz = ?
Обозначим числа атомов хлора, углерода и неизвестного элемента Х в простейшей формуле вещества соответственно через x, y и z. Атомная масса хлора равна 35,5. Поэтому число атомов хлора в неизвестном веществе х равно: w%(Cl)/M(Cl) = 71,71%/35,5 = 2,02 ≈ 2. Так как содержание хлора в веществе составляет 50% по числу атомов, то это означает, что на 2 атома хлора приходится по одному атому углерода и элемента Х, т.е. х : y : z = 2 : 1 : 1. 
Так как молярная масса хлора 71,71% совпадает с массой двух атомов в молекуле вещества, то массовые доли углерода и элемента Х тоже должны совпадать с их атомными массами.
Поэтому х : y : z = 2 : 1 : 1 = 71,71%/35,5 : 12%/12 : (100% -71,71% - 12%)/z = 2 : 1 : 16,29/Х, значит можно предположить, что Х - кислород.

Тогда

х : y : z = 71,71%/35,5 : 12%/12 : 16,29/16 = 2,02 : 1 : 1,02 ≈ 2 : 1 : 1.

Это дает возможность записать простейшую формулу: Cl2C1O1 или CCl2O.
Веществу с формулой CCl2O соответствует фосген (дихлорангидрид угольной кислоты, оксид-дихлорид углерода, карбонилхлорид, хлорокись углерода). 
Структурная формула фосгена:  Cl-C=O
                                                      |
                                                     Cl
В молекуле фосгена атом углерода соединен сигма-связью с двумя атомами хлора и одной пи-связью с атомом кислорода, общее число связей (двойную связь считайте за 2 связи) равно 4.