Из масс углерода и водорода получено отношение 1 : 4

Вывод формулы вещества: от масс элементов к молекулярной формуле

Опубликовано ·

Чтобы вывести формулу вещества по массам элементов, переведите массы в количества вещества и найдите их наименьшее целочисленное отношение. Оно даст простейшую формулу. Затем используйте молярную массу вещества, чтобы определить молекулярную формулу.

Простейшая формула показывает отношение атомов, а для молекулярной нужен дополнительный множитель. Без молярной массы установить его только по составу нельзя: подробнее принцип разобран в учебнике химии OpenStax.

Обозначения и порядок расчёта

ОбозначениеЗначение
mМасса элемента в заданной порции, г
AᵣОтносительная атомная масса элемента
nКоличество вещества атомов элемента, моль
MМолярная масса вещества, г/моль
M простейшейМолярная масса, рассчитанная по простейшей формуле

Для каждого элемента найдите количество вещества атомов: n = m/M элемента. Относительная атомная масса Aᵣ безразмерна; в этих учебных расчётах молярная масса атомов элемента численно равна заданной Aᵣ, но выражается в г/моль. Например, для углерода используем 12 г/моль. Поэтому в коротких вычислениях ниже деление числа граммов на число 12 даёт количество вещества в молях. Разделите полученные количества вещества на наименьшее и, если нужно, умножьте всё отношение на один множитель, чтобы получить целые индексы. Рассчитайте M простейшей и разделите на неё заданную молярную массу. Полученный целый множитель примените ко всем индексам.

Во всех задачах ниже примите Aᵣ(C) = 12, Aᵣ(H) = 1, Aᵣ(O) = 16. Речь идёт только о расчёте состава.

Четыре задачи с разбором

1. Два элемента и множитель 1

Чистое органическое вещество содержит только C и H. В заданной порции масса C равна 6 г, масса H — 2 г. Молярная масса вещества — 16 г/моль. Найдите простейшую и молекулярную формулы.

  1. Делим массы на молярные массы атомов: C — 6 г / (12 г/моль) = 0,5 моль; H — 2 г / (1 г/моль) = 2 моль.
  2. Отношение 0,5 : 2 делим на 0,5 и получаем 1 : 4. Простейшая формула — CH₄.
  3. Её молярная масса: 12 + 4 · 1 = 16 г/моль. Множитель: 16/16 = 1.

Ответ: простейшая и молекулярная формулы — CH₄.

2. Три элемента

Чистое органическое вещество содержит только C, H и O. В заданной порции масса C равна 12 г, H — 3 г, O — 8 г. Молярная масса вещества — 46 г/моль. Найдите обе формулы.

  1. Получаем отношение 12/12 : 3/1 : 8/16 = 1 : 3 : 0,5.
  2. Делим каждое число на 0,5: 2 : 6 : 1. Простейшая формула — C₂H₆O.
  3. M простейшей = 2 · 12 + 6 · 1 + 16 = 46 г/моль. Множитель: 46/46 = 1.

Ответ: простейшая и молекулярная формулы — C₂H₆O.

3. Молекулярная формула отличается от простейшей

Чистое органическое вещество содержит только C, H и O. В заданной порции масса C равна 12 г, H — 2 г, O — 16 г. Молярная масса вещества — 60 г/моль. Найдите обе формулы.

  1. Отношение количеств: 12/12 : 2/1 : 16/16 = 1 : 2 : 1.
  2. Простейшая формула — CH₂O. Её молярная масса: 12 + 2 + 16 = 30 г/моль.
  3. Множитель равен 60/30 = 2. Умножаем на него каждый индекс: C₂H₄O₂.

Ответ: простейшая — CH₂O, молекулярная — C₂H₄O₂.

4. Множитель больше двух

Чистое органическое вещество содержит только C, H и O. В заданной порции масса C равна 36 г, H — 6 г, O — 48 г. Молярная масса вещества — 180 г/моль. Найдите обе формулы.

  1. Делим массы на атомные массы: 36/12 : 6/1 : 48/16 = 3 : 6 : 3.
  2. Делим отношение на 3: 1 : 2 : 1. Простейшая формула — CH₂O; её молярная масса — 30 г/моль.
  3. Множитель: 180/30 = 6. Умножаем все индексы на 6.

Ответ: простейшая — CH₂O, молекулярная — C₆H₁₂O₆.

Восемь задач для самостоятельного решения

В каждой задаче найдите простейшую и молекулярную формулы чистого органического вещества.

  1. Вещество содержит только C, H и O. Массы в заданной порции: C — 18 г, H — 3 г, O — 8 г. Молярная масса — 58 г/моль.
  2. Вещество содержит только C, H и O. Массы: C — 24 г, H — 5 г, O — 8 г. Молярная масса — 74 г/моль.
  3. Вещество содержит только C, H и O. Массы: C — 12 г, H — 2 г, O — 8 г. Молярная масса — 44 г/моль.
  4. Вещество содержит только C и H. Массы: C — 36 г, H — 3 г. Молярная масса — 78 г/моль.
  5. Вещество содержит только C и H. Массы: C — 12 г, H — 1 г. Молярная масса — 26 г/моль.
  6. Вещество содержит только C и H. Массы: C — 18 г, H — 4 г. Молярная масса — 44 г/моль.
  7. Вещество содержит только C, H и O. Массы: C — 24 г, H — 4 г, O — 16 г. Молярная масса — 88 г/моль.
  8. Вещество содержит только C, H и O. Массы: C — 18 г, H — 4 г, O — 8 г. Молярная масса — 60 г/моль.

Ответы и вычисления

5. Отношение количеств C : H : O = 18/12 : 3/1 : 8/16 = 1,5 : 3 : 0,5 = 3 : 6 : 1. Простейшая формула — C₃H₆O; её молярная масса 58 г/моль. Множитель 58/58 = 1. Молекулярная формула — C₃H₆O.

6. 24/12 : 5/1 : 8/16 = 2 : 5 : 0,5 = 4 : 10 : 1. Простейшая формула — C₄H₁₀O; её молярная масса 74 г/моль. Множитель 74/74 = 1. Молекулярная формула — C₄H₁₀O.

7. 12/12 : 2/1 : 8/16 = 1 : 2 : 0,5 = 2 : 4 : 1. Простейшая формула — C₂H₄O; её молярная масса 44 г/моль. Множитель 44/44 = 1. Молекулярная формула — C₂H₄O.

8. 36/12 : 3/1 = 3 : 3 = 1 : 1. Простейшая формула — CH; её молярная масса 13 г/моль. Множитель 78/13 = 6. Молекулярная формула — C₆H₆.

9. 12/12 : 1/1 = 1 : 1. Простейшая формула — CH; её молярная масса 13 г/моль. Множитель 26/13 = 2. Молекулярная формула — C₂H₂.

10. 18/12 : 4/1 = 1,5 : 4 = 3 : 8. Простейшая формула — C₃H₈; её молярная масса 44 г/моль. Множитель 44/44 = 1. Молекулярная формула — C₃H₈.

11. 24/12 : 4/1 : 16/16 = 2 : 4 : 1. Простейшая формула — C₂H₄O; её молярная масса 44 г/моль. Множитель 88/44 = 2. Молекулярная формула — C₄H₈O₂.

12. 18/12 : 4/1 : 8/16 = 1,5 : 4 : 0,5 = 3 : 8 : 1. Простейшая формула — C₃H₈O; её молярная масса 60 г/моль. Множитель 60/60 = 1. Молекулярная формула — C₃H₈O.

Где легко ошибиться

  • Приравнять массы к индексам. В задаче 1 отношение масс равно 6 : 2, но отношение количеств атомов — 1 : 4. Сначала делите каждую массу на молярную массу атомов соответствующего элемента.
  • Округлить отношение слишком рано. В задаче 10 число 1,5 нельзя заменить на 2: умножение обоих членов отношения на 2 даёт 3 : 8.
  • Умножить не все индексы. В задаче 3 множитель 2 относится и к C, и к H, и к O, включая невидимую единицу в CH₂O.
  • Не проверить ответ по молярной массе. Для C₄H₈O₂ из задачи 11 расчёт даёт 4 · 12 + 8 + 2 · 16 = 88 г/моль, как в условии.

Если эти расчёты входят в ваш учебный план, поможет статья «Подготовка к ОГЭ по химии: как выстроить занятия».