9. Определите химическую формулу вещества, в котором: а) массовые доли железа и кислорода соответственно равны 72.4 % и 27.6 %; б) соотношение масс кальция, азота и кислорода равно 10 : 7 : 24; в) на 1.83 г оксида хлора приходится 0.71 г хлора; г) массовые доли натрия, серы и кислорода равны 0.365, 0.254 и 0.381 соответственно.

а) Дано:

ω(Fe)=72.4%;\omega(\ce{Fe})=72.4\%;

ω(O)=27.6%.\omega(\ce{O})=27.6\%.

Найти:

FeXxOXy.\ce{Fe_xO_y}.

Решение:

Формулу вещества (оксида железа) можно представить в виде FeXxOXy,\ce{Fe_xO_y}, где x=n(Fe),y=n(O).x= n(\ce{Fe}), y= n(\ce{O}).

Массовую долю элемента в веществе рассчитаем по формуле:

ω(элемента)=m(элемента)m(вещества)⋅100%;\omega(элемента)=\dfrac{m(элемента)}{m(вещества)}\cdot 100\%;

m(эл.)=n(эл.)⋅M(эл.);m(эл.)=n(эл.)\cdot M(эл.);

m(в−ва)=n(в−ва)⋅M(в−ва).m(в-ва)=n(в-ва)\cdot M(в-ва).

Подставляем в исходную формулу:

ω(эл.)=n(эл.)⋅M(эл.)n(в−ва)⋅M(в−ва)⋅100%;\omega(эл.)=\dfrac{n(эл.)\cdot M(эл.)}{n(в-ва)\cdot M(в-ва)}\cdot 100\%;

n(эл.)=ω(эл.)⋅n(в−ва)⋅M(в−ва)M(эл.)⋅100%.n(эл.)=\dfrac{\omega(эл.)\cdot n(в-ва)\cdot M(в-ва)}{M(эл.)}\cdot 100\%.

Найдем отношение количества вещества элементов в искомом веществе:

n(Fe):n(O)=ω(Fe)⋅n(в−ва)⋅M(в−ва)M(Fe)⋅100%:ω(O)⋅n(в−ва)⋅M(в−ва)M(O)⋅100%=ω(Fe)M(Fe):ω)O)M(O).n(\ce{Fe}):n(\ce{O})=\dfrac{\omega(\ce{Fe})\cdot n(в-ва)\cdot M(в-ва)}{M(\ce{Fe})\cdot 100\%}:\dfrac{\omega(\ce{O})\cdot n(в-ва)\cdot M(в-ва)}{M(\ce{O})\cdot 100\%}=\dfrac{\omega(\ce{Fe})}{M(\ce{Fe})}:\dfrac{\omega)\ce{O})}{M(\ce{O})}.

M(Fe)=55.845 г/моль;M(\ce{Fe})=55.845\,г/моль;

M(O)=16 г/моль;M(\ce{O})=16\,г/моль;

N(Fe):n(O)=72.455.845:27.616=1.296:1.725.N(\ce{Fe}):n(\ce{O})=\dfrac{72.4}{55.845}:\dfrac{27.6}{16}=1.296:1.725.

Разделим на 1.725:

n(Fe):n(O)=0.75:1.n(\ce{Fe}):n(\ce{O})=0.75:1.

Умножим на 3:

n(Fe):n(O)=3:4.n(\ce{Fe}):n(\ce{O})=3:4.

Получаем формулу вещества FeX3OX4.\ce{Fe3O4}.

б) Дано:

m(Ca):m(N):m(O)=10:7:24.m(\ce{Ca}):m(\ce{N}):m(\ce{O})=10:7:24.

Найти:

CaXxNXyOXz.\ce{Ca_xN_yO_z}.

Решение:

Для того, чтобы определить формулу вещества, нужно знать отношения молей элементов в его составе. Чтобы перейти от массы к количеству вещества, используем формулу:

n=mM;n=\dfrac{m}{M};

M(Ca)=40 г/моль;M(\ce{Ca})=40\,г/моль;

M(N)=14 г/моль;M(\ce{N})=14\,г/моль;

M(O)=16 г/моль;M(\ce{O})=16\,г/моль;

n(Ca):n(N):n(O)=1040:714:2416;n(\ce{Ca}):n(\ce{N}):n(\ce{O})=\dfrac{10}{40}:\dfrac{7}{14}:\dfrac{24}{16};

n(Ca):n(N):n(O)=0.25:0.5:1.5=1:2:6.n(\ce{Ca}):n(\ce{N}):n(\ce{O})=0.25:0.5:1.5=1:2:6.

Получаем формулу CaNX2OX6,\ce{CaN2O6}, которую правильнее записать Ca(NOX3)X2.\ce{Ca(NO3)2}.

в) Дано:

m(ClXxOXy)=1.83 г;m(\ce{Cl_xO_y})=1.83\,г;

m(Cl)=0.71 г.m(\ce{Cl})=0.71\,г.

Найти:

ClXxOXy.\ce{Cl_xO_y}.

Решение:

Определим массовые доли элементов в веществе:

ω(эл.)=m(эл.)m(в−ва)⋅100%;\omega(эл.)=\dfrac{m(эл.)}{m(в-ва)}\cdot 100\%;

ω(Cl)=0.711.83⋅100%=0.388⋅100%=38.8%;\omega(\ce{Cl})=\dfrac{0.71}{1.83}\cdot 100\%=0.388\cdot 100\%=38.8\%;

ω(O)=(1−0.388)⋅100%=61.2%.\omega(\ce{O})=(1-0.388)\cdot 100\%=61.2\%.

По формуле, выведенной в пункте а):

n(Cl):n(O)=ω(Cl)M(Cl):ω(O)M(O);n(\ce{Cl}):n(\ce{O})=\dfrac{\omega(\ce{Cl})}{M(\ce{Cl})}:\dfrac{\omega(\ce{O})}{M(\ce{O})};

M(O)=16 г/моль;M(\ce{O})=16\,г/моль;

M(Cl)=35.45 г/моль;M(\ce{Cl})=35.45\,г/моль;

n(Cl):n(O)=38.835.45:61.216;n(\ce{Cl}):n(\ce{O})=\dfrac{38.8}{35.45}:\dfrac{61.2}{16};

разделим на 1.093 и умножим на 2:

n(Cl):n(O)=1.093:3.825=1:3.5=2:7.n(\ce{Cl}):n(\ce{O})=1.093:3.825=1:3.5=2:7.

Получаем формулу ClX2OX7.\ce{Cl2O7}.

г) Дано:

ω(Na)=0.365=36.5%;\omega(\ce{Na})=0.365=36.5\%;

ω(S)=0.254=25.4%;\omega(\ce{S})=0.254=25.4\%;

ω(O)=0.381=38.1%.\omega(\ce{O})=0.381=38.1\%.

Найти:

NaXxSXyOXz.\ce{Na_xS_yO_z}.

Решение:

Зная атомные массы элементов, определим соотношение элементов в молекуле по формуле:

n(Na):n(S):n(O)=ω(Na)M(Na):ω(S)M(S):ω(O)M(O);n(\ce{Na}):n(\ce{S}):n(\ce{O})=\dfrac{\omega(\ce{Na})}{M(\ce{Na})}:\dfrac{\omega(\ce{S})}{M(\ce{S})}:\dfrac{\omega(\ce{O})}{M(\ce{O})};

M(Na)=23 г/моль;M(\ce{Na})=23\,г/моль;

M(S)=32 г/моль;M(\ce{S})=32\,г/моль;

M(O)=16 г/моль.M(\ce{O})=16\,г/моль.

Тогда:

n(Na):n(S):n(O)=36.523:25.432:38.116;n(\ce{Na}):n(\ce{S}):n(\ce{O})=\dfrac{36.5}{23}:\dfrac{25.4}{32}:\dfrac{38.1}{16};

Вычислим и разделим на 0.8:

n(Na):n(S):n(O)=1.6:0.8:2.4=2:1:3.n(\ce{Na}):n(\ce{S}):n(\ce{O})=1.6:0.8:2.4=2:1:3.

Получаем формулу NaX2SOX3.\ce{Na2SO3}.

Ответ: а) FeX3OX4;\ce{Fe3O4}; б) Ca(NOX3)X2; \ce{Ca(NO3)2;} в) CaX2OX7;\ce{Ca2O7}; г) NaX2SOX3.\ce{Na2SO3}.