Как определить молекулярную формулу

3 части:Нахождение эмпирической формулы из экспериментальных данныхОпределение молекулярной формулыПример

Если вам необходимо найти молекулярную формулу неизвестного вещества, получившегося в результате химического эксперимента, вы можете сделать это, опираясь на экспериментальные данные. Данная статья рассказывает, как это реализовать.

Шаги

Часть 1 из 3: Нахождение эмпирической формулы из экспериментальных данных

1. 1 Проверьте данные. При проверке экспериментальных данных обращайте внимание на массовые проценты, давление, объем и температуру.
   • Пример: вещество содержит 75,46 массовых % углерода, 8,43% кислорода и 16,11% водорода. При температуре 45,0 C (318,15 K) и давлении 0,984 атмосфер 14,42 г данного вещества занимают объем 1 л. Какова молекулярная формула соединения?
2. 2 Переведите массовые проценты в массу. Представьте массовые проценты каждого элемента в виде массовой доли на 100 г вещества. Перепишите состав в граммах.
   • Например: 75,46 г C, 8,43 г O, 16,11 г H
3. 3 Переведите массу в моли. Вам понадобятся значения молярных масс каждого элемента.
   • Молярную массу элементов вы найдете в периодической таблице Менделеева. Как правило, ее значение указано под символом элемента.
   • Например:
     • 75,46 г C * (1 моль / 12,0107 г) = 6,28 моль C
     • 8,43 г O * (1 моль / 15,9994 г) = 0,53 моль O
     • 16,11 г H * (1 моль / 1,00794 г) = 15,98 моль H
4. 4 Поделите количество молей каждого элемента на наименьшую величину. Молярное содержание каждого элемента делится на число молей того элемента, содержание которого минимально. Таким образом вы определите соотношение элементов в смеси.
   • Например: элемент с минимальным содержанием, 0,53 моль, - кислород.
     • 6,28 моль/0,53 моль = 11,83
     • 0,53 моль/0,53 моль = 1
     • 15,98 моль/0,53 моль= 30,15
5. 5 Округлите молярные соотношения. Эти числа послужат в качестве подстрочных в эмпирических формулах, поэтому необходимо округлить их до целых величин. После определения чисел вы сможете вывести эмпирическую формулу.
   • Например: эмпирическая формула C12OH30
     • 11,83 = 12
     • 1 = 1
     • 30,15 = 30

Часть 2 из 3: Определение молекулярной формулы

1. 1 Вычислите количество молей газа. Вы можете сделать это, пользуясь экспериментально определенными значениями давления, объема и температуры. Количество молей определяется по формуле: n = PV/RT
   • В этой формуле n - число молей, P - давление, V - объем, T -температура в кельвинах, R - универсальная газовая постоянная.
   • Эта формула справедлива для так называемого идеального газа.
   • Например: n = PV/RT = (0,984 атм * 1 л) / (0,08206 л атм моль-1 K-1 * 318,15 K) = 0,0377 моль
2. 2 Вычислите молярную массу газа. Это можно сделать, поделив массу газа в граммах на количество молей.
   • Например: 14,42 г / 0,0377 моль = 382,49 г/моль
3. 3 Сложите атомные веса. Просуммируйте атомные веса компонентов чтобы найти общий вес смеси.
   • Например: (12,0107 г * 12) + (15,9994 г * 1) + (1,00794 г * 30) = 144,1284 + 15,9994 + 30,2382 = 190,366 г
4. 4 Поделите молекулярные веса на общий вес смеси. Таким образом вы определите вклад каждого элемента в общем соединении.
   • Например: 382,49 / 190,366 = 2,009
5. 5 Запишите итоговую молекулярную формулу. Помножьте подстрочные числа из эмпирической формулы на результат предыдущего вычисления. Таким образом вы получите искомую формулу.
   • Например: C12OH30 * 2 = C24O2H60

Часть 3 из 3: Пример

1. 1 Задание. Найдите молекулярную формулу смеси, содержащей 57,14% азота, 2,16% водорода, 12,52% углерода и 28,18% кислорода. При температуре 82,5 C (355,65 K) и давлении 0,722 атм 10,91 г данной смеси занимают 2 л.
2. 2 Пересчитайте массовые проценты в абсолютные значения. Имеем 57,24 г N, 2,16 г H, 12,52 г C и 28,18 г O.
3. 3 Переведите массу в количество молей. Для этого необходимо поделить количество граммов азота, углерода, кислорода и водорода на их молярные массы.
   • 57,25 г N * (1 моль / 14,00674 г) = 4,09 моль N
   • 2,16 г H * (1 моль / 1.00794 г) = 2,14 моль H
   • 12,52 г C * (1 моль / 12.0107 г) = 1,04 моль C
   • 28,18 г O * (1 моль / 15.9994 г) = 1,76 моль O
4. 4 Определите элемент с минимальным содержанием и поделите количество молей остальных элементов на эту величину. В данном примере минимально содержание углерода - 1,04 моль, поэтому мы делим количество остальных элементов на это значение.
   • 4,09 / 1,04 = 3,93
   • 2,14 / 1,04 = 2,06
   • 1,04 / 1,04 = 1,0
   • 1,74 / 1,04 = 1,67
5. 5 Округлите полученные величины. Для того, чтобы записать эмпирическую формулу вещества, вам необходимо округлить полученные числа до целых величин. Впишите эти цифры возле соответствующих элементов.
   • 3,93 = 4
   • 2,06 = 2
   • 1,0 = 1
   • 1,67 = 2
   • Итоговая эмпирическая формула: N4H2CO2
6. 6 Вычислите количество молей газа. Для идеального газа справедлив закон n = PV/RT; умножьте давление (0,722 атм) на объем (2 л). Поделите на универсальную газовую постоянную (0,08206 л атм моль-1 K-1) и на температуру в кельвинах (355,65 K).
   • (0,722 атм * 2 л) / (0,08206 л атм моль-1 K-1 * 355,65) = 1,444 / 29,18 = 0,05 моль
7. 7 Определите молекулярный вес газа. Поделите массу газа в граммах (10,91 г) на число молей (0,05 моль).
   • 10,91 / 0,05 = 218,2 г/моль
8. 8 Сложите атомные веса. Для нахождения веса смеси просуммируйте четыре атомных веса азота (14,00674 + 14,00674 + 14,00674 + 14,00674), два атомных веса водорода (1,00794 + 1,00794), один атомный вес углерода (12,0107) и два атомных веса кислорода (15,9994 + 15,9994). В результате получится 102,05 г.
9. 9 Поделите вычисленный ранее молекулярный вес газа на сумму атомных весов. Таким образом вы узнаете количество атомов N4H2CO2 в смеси.
   • 218,2 / 102,05 = 2,13
   • Это означает, что количество атомов N4H2CO2 примерно вдвое больше.
10. 10 Запишите конечную молекулярную формулу. Итоговая формула будет отличаться от эмпирической. Конечная молекулярная формула: N8H4C2O4.

Что вам понадобится

• Периодическая таблица элементов
• Калькулятор
• Карандаш
• Лист бумаги