6. 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 выражает наиболее простой

возможный атомный состав молекул вещества, соответствующий

отношениям масс между элементами, образующими данное вещество.

Молекулярная формула показывает действительное число

атомов каждого элемента в молекуле (для веществ молекулярного

строения). , '

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%

(масс.) хрома.

Р е ш е н и е . Обозначим числа 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;г : 16г/.

По условиям задачи это отношение равно 68,4 : 31,6. Следовательно,

Ь2х : 16у = 68,4 : 31,6, откуда х : у = . - ^ - : ~^- = 1,32 : 1,98 .

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим оба его

члена на меньший из них:

_ 1,32 1,98 _

х -У ~ 1,32 • 1,32 - 1 ' 1 , й '

а затем умножим оба члена последнего отношения на два:

х : у = 2 : 3 .

Таким образом, простейшая формула оксида хрома Сг2Оз.

Пример 2. При полном сжигании 2,66 г некоторого вещества получилось

1,54 г СОг и 4,48 г S 0 2 . Найти простейшую формулу вещества.

Р е ш е н и е . Состав продуктов горения показывает, что вещество содержало

углерод и серу. Кроме этих двух элементов в состав его мог входить и кислород.

Массу углерода, входившего в состав вещества, находим по массе образовавшегося

СОг- Мольная масса СОг равна 44 r/моль; при этом в 1 моле СОг содержится

12 г углерода. Находим массу углерода т, содержащуюся в 1,54 г СОг:

44 : 12 = 1,54 : т; т = 12 • 1,54/44 = 0,42 г.

Вычисляя аналогичным способом массу серы, содержащуюся в 4,48 г S02,

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

(2,66 г), то кислорода в нем не содержится.

Вычисляем отношение числа атомов углерода (х) и серы (у) в молекуле сгоревшего

вещества:

О 42 2 24

х : у = -jj- : -^- = 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% (масс.)

водорода. Плотность соединения по водороду равна 16. Найти молекулярную формулу

соединения.

Р е ш е н и е . Находим отношение числа атомов азота (ж) к числу атомов водорода

(у) в молекуле соединения:

х : у = —87r,j5- '• 1—2,J5— —6,25 : 12,5 = 1:2.

Простейшая формула соединения NH2- Этой формуле отвечает молекулярная

масса, равная 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.

Р е ш е н и е . Уравнение протекающей реакции:

H2SO4 + 2NaOH = Na2S04 + 2H2 0 .

Молекулярные массы H2SO4 и NaOH соответственно равны 98 и 40; следовательно,

их мольние массы составляют 98 и 40 г/моль. Согласно уравнению

реакции, 1 моль H2SO4 реагирует с 2 молями NaOH, т. е.

98 г H2S04 нейтрализуют 80 г NaOH,

х г H2S04 » 20 г NaOH,

отсюда

х = 98 -20/80 = 24,5 г.

Пример 5. Хлор может быть получен действием серной кислоты на смесь

МпОг с NaCl. Реакция протекает по уравнению:

2NaCl + Mn02 + 3H2S04 = 2NaHS04 + MnS04 + C12 + 2Н2 0 .

Какой объем хлора (условия нормальные) можно получить из 100 г хлорида

натрия?

Р е ш е н и е . Согласно уравнению реакции, из 2 молей NaCl получается 1 моль

С12. Рассчитав массу 2 молей NaCl (117 г), составляем пропорцию:

117г NaCl дают 22,4лС12,

100 г Na C1 » х л С12 .

Следовательно,

х = 22,4 • 100/117 = 19,15 л .

З а д а чи

99. Найти простейшую формулу вещества, содержащего (по массе)

43,4% натрия, 11,3% углерода и 45,3% кислорода.

100. Найти простейшую формулу вещества, в состав которого

входят водород, углерод, кислород и азот в соотношении масс

1 : 3 : 4 : 7 .

101. Найти простейшую формулу оксида ванадия, зная, что.

2,73 г оксида содержат 1,53 г металла.

102. Вещество содержит (по массе) 26,53% калия, 35,37% хрома

и 38,10% кислорода. Найти его простейшую формулу.

103. Найти формулу кристаллогидрата хлорида бария, зная,

что 36,6 г соли при прокаливании теряют в массе 5,4 г.

104. Найти молекулярную формулу масляной кислоты, содержащей

(по массе) 54,5% углерода, 36,4% кислорода и 9,1% водорода,

зная, что плотность ее паров по водороду равна 44.

105. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего (по

массе) 93,75% углерода и 6,25% водорода, если плотность этого

вещества по воздуху равна 4,41.

106. При сгорании 4,3 г углеводорода образовалось 13,2 г С02.

Плотность пара углеводорода по водороду равна 43. Вывести молекулярную

формулу вещества.

107. При полном сгорании навески органического бромсодержа-

щего вещества массой 1,88 г получено 0,88 г С02 и 0,3 г Н20.

После превращения всего брома, содержавшегося в навеске, в бромид

серебра, получено 3,76 г AgBr. Плотность паров вещества по

водороду равна 94. Определить молекулярную формулу исследуемого

вещества.

108. При взрыве смеси, полученной из одного объема некоторого

газа и двух объемов кислорода, образуются два объема С02 и один

объем N2. Найти молекулярную формулу газа.

109. Найти молекулярную формулу соединения бора с водородом,

если масса 1 л этого газа равна массе 1 л азота, а содержание

бора в веществе составляет 78,2% (масс).

110. Вычислить массу азота, содержащегося в 1 кг: а) калийной

селитры KNO3; б) аммиачной селитры NH4NO3; в) аммофоса

(NH4)2HP04.

111. Вычислить Процентное (по массе) содержание каждого из

элементов в соединениях: a) Mg(OH)2; б) Fe (N03)3; в) H2S04;

г) (NH4)2S04.

112. Какую массу железа можно получить из 2 т железной

руды, содержащей 94% (масс.) Fe203?

113. К раствору, содержащему 10 г H2S04, прибавили 9 г NaOH.

Какую реакцию имеет полученный раствор?

114. Раствор, содержащий 34,0 г AgN03, смешивают с раствором,

содержащим такую же массу NaCl. Весь ли нитрат серебра

вступит в реакцию? Сколько граммов AgCl получилось в результате

реакции?

115. При сжигании 3,00 г антрацита получилось 5,30 л С02 , измеренного

при нормальных условиях. Сколько процентов углерода

(по массе) содержит антрацит?

116. К раствору, содержащему 0,20 моля FeCl3, прибавили

0,24 моля NaOH. Сколько молей Fe (OH)3 образовалось в результате

реакции и сколько молей FeCls осталось в растворе?

117. Сколько литров гремучего газа (условия нормальные) получается

при разложении 1 моля воды электрическим током?

118. Какой объем ацетилена (условия нормальные) можно получить

взаимодействием воды с 0,80 кг СаС2?

119. Сколько граммов NaCl можно получить из 265 г Na2C03?

120. При пропускании над катализатором смеси, состоящей из

10 молей S02 и 15 молей 02 , образовалось 8 молей SO3. Сколько

молей S02 и 0 2 не вступило в реакцию?

121. Смешано 7,3 г НС1 с 4,0 г NH3. Сколько граммов NH4C1

образуется? Найти массу оставшегося после реакции газа.

122. Какой объем воздуха потребуется для сжигания 1 м3 газа,

имеющего следующий состав по объему: 50% Н2, 35% СН4,

8% СО, 2% С2Н4 и 5% негорючих примесей. Объемное содержание

кислорода в воздухе равно 21%.

123. При пропускании водяного пара над раскаленным углем

получается водяной газ, состоящий из равных объемов СО и Н2.

Какой объем водяного газа (условия нормальные) может быть

получен из 3,0 кг угля?

124. Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и

СОг- Какая масса природного известняка, содержащего 90% (масс.)

СаС03, потребуется для получения 7,0 т негашеной извести?

125. К раствору, содержащему 6,8 г А1С1з, прилили раствор,

содержащий 5,0 г КОН. Найти массу образовавшегося осадка.

126. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили

3,36 л диоксида углерода, взятого при нормальных условиях.

Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.

127. Рассчитать массу кристаллогидрата Си(КОз)2ЗН20, полученного

растворением 10 г меди в азотной кислоте и последующим

выпариванием раствора.

128. При обработке раствором гидроксида натрия 3,90 г смеси

алюминия с его оксидом выделилось 840 мл газа, измеренного при

нормальных условиях. Определить процентный состав (по массе)

исходной смеси.

129. 5,10 г порошка частично окисленного магния обработали

соляной кислотой. При этом выделилось 3,74 л Н2, измеренного

при нормальных условиях. Сколько процентов магния (по массе)

содержалось в образце?

130. Из навески чугунных стружек массой 3,4260 г после соответствующей

обработки получили 0,0998 г Si02. Вычислить процентное

содержание (по массе) кремния в анализируемом чугуне.

131. Какой объем водорода (условия нормальные) надо затратить

для восстановления 125 г МоОз до металла?

132. При взаимодействии соляной кислоты с 1,20 г сплава магния

с алюминием выделилось 1,42 л водорода, измеренного при

23°С и давлении 100,7 кПа. Вычислить процентный состав сплава

(по массе).

133. Для определения содержания NaCl в техническом NaNOs

2,00 г последнего растворили в воде и к полученному раствору

добавили в избытке раствор AgN03. Полученный осадок промыли

и высушили. Масса осадка оказалась равной 0,287 г. Найти массу

NaCI, содержавшегося в исходном образце.

Вопросы д л я самоконтроля

134. Простейшая формула гидразина NH-2- Какова его истинная

формула, если плотность пара гидразина по воздуху равна 1,1:

a) NH2; б) N2H4; в) N3H6?

135. Простейшая формула соединения углерода с водородом

СН2. Какова истинная формула соединения, если масса 1 л газа

равна массе 1 л азота: а) СзН@; б) С2Н4; в) С4Н8?

136. Какова молекулярная формула соединения азота с кислородом,

если плотность этого газа по водороду равна 15: a) NO;

б) N20; в) N02?

137. Металл вытеснил из кислоты 16,8 мл Н2 (условия нормальные).

Какой объем N2 необходим для связывания этого количества

водорода в NH3: a) 11,2 мл; б) 5,6 мл; в) 8,4 мл?

138. При разложении СаСОз выделилось 11,2 л СОг- Чему

равна масса КОН, необходимая для связывания выделившегося

газа в карбонат: а) 56 г; б) 112 г; в) 28 г?

139. Определить реакцию среды в растворе после взаимодействия

90 г NaOH с 73 г НС1: а) нейтральная; б) кислая; в) щелочная.