Як визначити молекулярну формулу

Якщо вам необхідно знайти молекулярну формулу невідомої речовини, отриманого в результаті хімічного експерименту, ви можете зробити це, спираючись на експериментальні дані. Дана стаття розповідає, як це реалізувати.

Частина 1 з 3: Знаходження емпіричної формули з експериментальних даних

1
Перевірте дані. При перевірці експериментальних даних звертайте увагу на масові відсотки, тиск, об`єм і температуру.
- Приклад: речовина містить 75,46 масових% вуглецю, 8,43% кисню і 16,11% водню. При температурі 45,0 C (318,15 K) і тиску 0,984 атмосфер 14,42 г даної речовини займають об`єм 1 л. Яка молекулярна формула сполуки?
2
Переведіть масові відсотки в масу. Уявіть масові відсотки кожного елемента у вигляді масової частки на 100 г речовини. Перепишіть складу в грамах.
- Наприклад: 75,46 г C, 8,43 г O, 16,11 г H
3
Переведіть масу в молі. Вам знадобляться значення молярних мас кожного елемента.
- Молярну масу елементів ви знайдете в періодичній таблиці Менделєєва. Як правило, її значення вказано під символом елемента.
- Наприклад:
  - 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
Поділіть кількість молей кожного елемента на найменшу величину. Молярне зміст кожного елемента ділиться на число молей того елемента, зміст якого мінімально. Таким чином ви визначите співвідношення елементів в суміші.
- Наприклад: елемент з мінімальним вмістом, 0,53 моль, - кисень.
  - 6,28 моль / 0,53 моль = 11,83
  - 0,53 моль / 0,53 моль = 1
  - 15,98 моль / 0,53 моль = 30,15
5
Округліть молярні співвідношення. Ці числа послужать як підрядкових в емпіричних формулах, тому необхідно округлити їх до цілих величин. Після визначення чисел ви зможете вивести емпіричну формулу.
- Наприклад: емпірична формула C12OH30
  - 11,83 = 12
  - 1 = 1
  - 30,15 = 30

Частина 2 з 3: Визначення молекулярної формули

1
Обчисліть кількість молей газу. Ви можете зробити це, користуючись експериментально визначеними значеннями тиску, обсягу і температури. Кількість молей визначається за формулою: n = PV / RT
- У цій формулі n - число молей, P - тиск, V - обсяг, T -температура в кельвінах, R - універсальна газова стала.
- Ця формула справедлива для так званого ідеального газу.
- Наприклад: n = PV / RT = (0,984 атм * 1 л) / (0,08206 л атм моль-1 K-1 * 318,15 K) = 0,0377 моль
2
Обчисліть молярну масу газу. Це можна зробити, поділивши масу газу в грамах на кількість молей.
- Наприклад: 14,42 г / 0,0377 моль = 382,49 г / моль
3
Складіть атомні ваги. Підсумуйте атомні ваги компонентів щоб знайти загальну вагу суміші.
- Наприклад: (12,0107 г * 12) + (15,9994 г * 1) + (1,00794 г * 30) = 144,1284 + 15,9994 + 30,2382 = 190,366 г
4
Поділіть молекулярні ваги на загальну вагу суміші. Таким чином ви визначите внесок кожного елемента в загальному з`єднанні.
- Наприклад: 382,49 / 190,366 = 2,009
5
Запишіть підсумкову молекулярну формулу. Помножте підрядкові числа з емпіричної формули на результат попереднього обчислення. Таким чином ви отримаєте шукану формулу.
- Наприклад: C12OH30 * 2 = C24O2H60

Частина 3 з 3: Приклад

1
Завдання. Знайдіть молекулярну формулу суміші, що містить 57,14% азоту, 2,16% водню, 12,52% вуглецю і 28,18% кисню. При температурі 82,5 C (355,65 K) і тиску 0,722 атм 10,91 г цієї суміші займають 2 л.
2
Перерахуйте масові відсотки в абсолютні значення. Маємо 57,24 г N, 2,16 г H, 12,52 г C і 28,18 г O.
3
Переведіть масу в кількість молей. Для цього необхідно поділити кількість грамів азоту, вуглецю, кисню і водню на їх молярні маси.
- 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 р) = 1,04 моль C
- 28,18 г O * (1 моль / 15.9994 р) = 1,76 моль O
4
Визначте елемент з мінімальним вмістом і поділіть кількість молей інших елементів на цю величину. У даному прикладі мінімально вміст вуглецю - 1,04 моль, тому ми ділимо кількість решти елементів на це значення.
- 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
Округліть отримані величини. Для того, щоб записати емпіричну формулу речовини, вам необхідно округлити отримані числа до цілих величин. Впишіть ці цифри біля відповідних елементів.
- 3,93 = 4
- 2,06 = 2
- 1,0 = 1
- 1,67 = 2
- Підсумкова емпірична формула: N4H2CO2
6
Обчисліть кількість молей газу. Для ідеального газу справедливий закон n = PV / RT- помножте тиск (0,722 атм) на обсяг (2 л). Поділіть на універсальну газову постійну (0,08206 л атм моль-1 K-1) і на температуру в кельвінах (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
Визначте молекулярну вагу газу. Поділіть масу газу в грамах (10,91 г) на число молей (0,05 моль).
- 10,91 / 0,05 = 218,2 г / моль
8
Складіть атомні ваги. Для знаходження ваги суміші підсумуйте чотири атомні ваги азоту (14,00674 + 14,00674 + 14,00674 + 14,00674), два атомних ваги водню (1,00794 + 1,00794), один атомний вага вуглецю (12,0107) і два атомних ваги кисню (15,9994 + 15,9994). В результаті вийде 102,05 м
9
Поділіть обчислений раніше молекулярна вага газу на суму атомних ваг. Таким чином ви дізнаєтеся кількість атомів N4H2CO2 в суміші.
- 218,2 / 102,05 = 2,13
- Це означає, що кількість атомів N4H2CO2 приблизно вдвічі більше.
10
Запишіть кінцеву молекулярну формулу. Підсумкова формула буде відрізнятися від емпіричної. Кінцева молекулярна формула: N8H4C2O4.