Глава I.7 Химические формулы

🎧 Аудио сопровождение

Если в «химической письменности» роль букв играют символы химических элементов, что представляют собой «химические слова»?

С помощью символов химических элементов переведём в «химическое слово» предложение: «Одна молекула углекислого газа включает в свой состав один атом углерода и два атома кислорода». Очевидно, что числительные «одна» и «один» лишние в этом предложении. Лаконичнее оно звучит так: «Молекула углекислого газа состоит из атома углерода и двух атомов кислорода». Это предложение переведём в «химическое слово» – химическую формулу.

Запишем рядом символы элементов углерода и кислорода – СО. После символа кислорода внизу справа укажем число его атомов в молекуле углекислого газа с помощью цифры – индекса: СО2 (цифру 1 не пишут). Это и есть формула углекислого газа. Если требуется обозначить не одну, а, например, пять молекул вещества, используют цифру перед формулой – коэффициент: 5СО2.

Химической формулой называют обозначение состава вещества с помощью символов химических элементов и индексов.

Приведём примеры произношения химических формул некоторых веществ:

В формулах некоторых веществ индекс указывает не только число одинаковых атомов, но и число одинаковых групп атомов. Например, формула Ca(OH)2 показывает, что на один атом кальция в данном веществе приходится две группы –ОН. В веществе с формулой Al(NO3)3 на каждый атом алюминия приходится три группы атомов –NO3. При чтении формул индексы за скобками произносят уже по-другому:

39

Химическая формула – основная знаковая модель в химии. Она несёт очень важную информацию. Химическая формула показывает:
1) индивидуальное вещество;
2) тип вещества (простое или сложное);
3) одну молекулу вещества (для веществ, имеющих молекулярное строение), формульную единицу (для веществ, имеющих немолекулярное строение);
4) качественный состав вещества, т. е. какие химические элементы входят в его состав;
5) количественный состав вещества, т. е. число атомов каждого химического элемента в составе его одной формульной единицы.

Химическая формула также позволяет рассчитать относительную молекулярную массу вещества, массовую долю каждого элемента в составе сложного вещества.

Что такое относительная молекулярная масса вещества и массовая доля химического элемента в составе сложного вещества?

Очевидно, что масса молекулы равна сумме масс образующих её атомов.

Чтобы рассчитать относительную молекулярную массу (её обозначают Mr), необходимо суммировать относительные атомные массы атомов всех химических элементов, входящих в состав молекулы, с учётом их числа (индекса), например для углекислого газа:

Mr(CO2) = Ar(C) + 2 ∙ Ar(O) = 12 + 2 ∙ 16 = 44

Найденную величину называют относительной молекулярной массой углекислого газа.

Правильнее было бы назвать эту величину относительной формульной массой.   Во-первых, не все вещества состоят из молекул. Во-вторых, при расчёте величины нужно внимательно смотреть на формулу вещества и не забывать про индексы, показывающие число атомов каждого элемента.

Приведём примеры расчёта относительных молекулярных масс некоторых веществ:

1) сернистого газа SO2:

Mr(SO2) = Ar(S) + 2 ∙ Ar(O) = 32 + 2 ∙ 16 = 64

2) серной кислоты H2SO4:

Mr(H2SO4) = 2 ∙ Ar(Н) + Ar(S) + 4 ∙ Ar(O) = 2 ∙ 1 + 32 + 4 ∙ 16 = 98

3) кальциевой селитры Ca(NO3)2:

Mr(Ca(NO3)2) = Ar(Са) + 2 ∙ Ar(N) + 2 ∙ 3 ∙ Ar(O) = 40 + 2 ∙ 14 + 6 ∙ 16 = 164

Химическая формула также позволяет рассчитать массовые доли элементов, образующих данное вещество.

Массовую долю элемента в сложном веществе находят по формуле

Запомните

ω(Э) = Аr(Э) · n(Э)Mr(вещества) ∙ 100%,

где ω(Э) – массовая доля химического элемента в сложном веществе; Ar(Э) – относительная атомная масса химического элемента Э; n(Э) – число атомов элемента в составе формульной единицы сложного вещества; Mr(вещества) – относительная молекулярная масса вещества.

40

Массовая доля элемента в сложном веществе обозначается буквой ω (лат. «дубль вэ») и показывает долю (часть массы), приходящуюся на данный химический элемент в общей массе вещества.

Решим несложную задачу.

Рассчитайте массовые доли элементов в сернистом газе SO2.

Дано:

SO2

Решение:

  1. Запишем формулу сернистого газа и рассчитаем его относительную молекулярную массу:

Mr(SO2) = Ar(S) + 2 ∙ Ar(O) = 32 + 2 ∙ 16 = 64

ω(S) − ?

ω(O) − ?
  1. Найдём массовую долю серы в веществе:

ω(S) = Ar(S)Mr(SO2) ∙ 100% = 3264 ∙ 100% = 50%

  1. Вычислим массовую долю кислорода в сернистом газе:

ω(O) = 100% − ω(S) = 50%

Ответ: ω(S) = 50%, ω(O) = 50%.

Химическая формула. Индекс. Коэффициент. Относительная молекулярная масса вещества. Массовая доля элемента в сложном веществе

Проверьте свои знания

  1. Что представляет собой химическая формула? Чем различаются индексы и коэффициенты?
  2. Что называют относительной атомной массой и относительной молекулярной массой?
  3. Какую информацию несёт химическая формула?

Примените свои знания

  1. Составьте химическую формулу сахарозы, зная, что в состав её молекулы входят 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода. Рассчитайте относительную молекулярную массу этого вещества и массовые доли образующих его элементов.
  2. Рассчитайте относительные молекулярные массы веществ, формулы которых: H2S, SO3, Na2CO3, Cu(OH)2, P2O5, AlCl3, Ba(NO3)2.
  3. Укажите формулы веществ, имеющих одинаковые относительные молекулярные массы: CO2, N2, CH2Cl2, NO, CO, C2H4, H2S, O2.
41

Задания

  1. Рассчитайте, во сколько раз молекула водорода легче молекулы сернистого газа. Формула водорода – Н2, сернистого газа – SO2.
  2. Найдите ошибки, допущенные в вычислениях относительных молекулярных масс веществ:
    а) Mr(HNO3) = 63
    б) Mr(H2SO4) = 98
    в) Mr(H3PO4) = 96
    г) Mr(CaCO3) = 98
    д) Mr(CuSO4) = 160
    е) Mr(Al(OH)3) = 78
  3. Рассчитайте массовые доли элементов в карбонате кальция, формула которого СаСО3.
  4. Расположите названия азотных удобрений, формулы которых приведены ниже, в порядке возрастания массовой доли азота в них: натриевая селитра NaNO3, кальциевая селитра Ca(NO3)2, аммиачная селитра NH4NO3.

Используйте дополнительную информацию

  1. Подготовьте сообщение по теме «Из истории измерения атомных масс химических элементов».
42