Сорокин В.В., Загорский В.В., Свитанько И.В.Задачи химических олимпиад.

1.4. Определение химической формулы вещества

Если мы знаем химическую формулу вещества, то достаточно просто рассчитать относительные массы каждого элемента в нем.

По-видимому, можно выделить два основных типа расчетных задач на основе формул химических веществ. Во-первых, зная атомные массы каждого элемента, можно вычислить их суммарную массу, приходящуюся на моль вещества, и определить процентное содержание каждого элемента. Во-вторых, можно решить обратную задачу: найти химическую формулу по заданному процентному содержанию элементов в веществе (на основании данных химического анализа)

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1. Рассчитайте массовые доли в процентах каждого элемента в фосфорной кислоте.
Решение. Зная относительные атомные массы каждого элемента, вычислим их сумму для Н₃РО₄:

М_r(Н₃Р0₄) = 3A_r(Н) + A_r(Р) + 4A_r(0) =  3^.1 + 31 + 16^.4 = 98. Тогда, например, содержание водорода равно

Пример 2. Железо образует с кислородом три оксида. Один из них содержит 77,8% железа, другой - 70,0 и третий - 72,4%. Определите формулы оксидов.

Решение. Запишем формулу оксида железа в общем случае: Fe_xO_y. Найдем отношение х : у и, приводя к целочисленному отношению, определим формулы оксидов.

1. Экспериментально найдено, что некоторое вещество, имеющее молярную массу 116 г/моль, содержит 23±2% азота. Требуется уточнить процентное содержание азота.

2. Химический анализ соединения азота с водородом, имеющего относительную молекулярную массу 32, показал, что массовая доля азота в соединении равна 66%. Докажите, что результаты анализа неверны.

3. Определить формулу вещества, содержащего 1,22 массов. части калия, 1,11 массов. части хлора и 2,00 массов. части кислорода. Существуют ли еще вещества того же качественного состава? Что вы можете сказать (на языке формул) об их количественном составе?

4. Хлорид некоторого металла содержит 74,7% хлора; определите неизвестный металл.

5. Соль, содержащая некоторый элемент X, имеет следующее массовое соотношение элементов
X : Н : N : О = 12 : 5 : 14 : 48. Какова формула этой соли?

6. В середине XIX в. урану приписывали следующие значения атомной массы: 240 (Менделеев), 180 (Армстронг), 120 (Берцелиус). Эти значения получены по результатам химического анализа урановой смолки (одного из оксидов урана), который показал, что она содержит 84,8% урана и 15,2% кислорода. Какую формулу приписывали этому оксиду Менделеев, Армстронг и Берцелиус?

7. Некоторые квасцы (кристаллогидраты состава А¹+Б³+(SО₄)₂^.12Н₂О) содержат 51,76% кислорода и 4,53% водорода. Определите формулу квасцов.

8. Соединение содержит водород (массовая доля- 6,33%), углерод (массовая доля -15,19%), кислород (массовая доля - 60,76%) и еще один элемент, число атомов которого в молекуле равно числу атомов углерода. Определите, что это за соединение, к какому классу оно относится и как ведет себя при нагревании.

1. 23% азота составляют 

В состав вещества может входить только целое число атомов азота (относительная масса 14). Значит, величина массы азота в одном моле вещества должна быть кратна 14. Таким образом, в 116 г вещества должно содержаться 14n (г) азота (14, 28, 42, 56 и т. д.). Наиболее близко к 26,7 число (кратное 14) 28. Массовая доля азота в веществе равна

2. Если химический анализ проведен верно, то молекула данного соединения азота с водородом должна содержать

Число атомов в молекуле не может быть дробным, поэтому анализ проведен неверно.

3. Для нахождения количественного состава разделим массовые части элементов на их относительные атомные массы

т. е. формула искомого вещества КС1О₄ (перхлорат калия).

Эти же элементы содержатся в гипохлорите калия КСlO, хлорите калия КС1О₂, хлорате калия КСlO₃.

Титан или магний.

4. Формула хлорида в общем виде МеСl_n , где n - целое; тогда

5. Пусть формула соли H_aN_bO_cX_d. Тогда можно записать соотношение

где A_r(Х)-относительная атомная масса неизвестного элемента.

Пусть атомная масса  неизвестного элемента А_r(Х), тогда 17,72/A_r = 15,19/12 (так как по условию число атомов неизвестного элемента равно числу атомов углерода), отсюда А_r(Х) = 14 - азот.
Простейшая формула вещества NН₅СО₃, или гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃, относящийся к классу кислых солей и разлагающийся при нагревании по уравнению

NH₄НСО₃ = NH₃ + СО₂ + Н₂О (см. задачу 5).