Химические формулы относительные атомная и молекулярная массы 8 класс: Урок №12. Химические формулы. Относительная молекулярная масса. Качественный и количественный состав вещества

Содержание

Урок №12. Химические формулы. Относительная молекулярная масса. Качественный и количественный состав вещества

Химическая формула — это условная запись качественного и количественного состава вещества при помощи химических знаков и индексов.

Индекс — это цифра в химической формуле, которая ставится внизу после химического знака и обозначает число атомов данного вида.

Качественный состав молекулы показывает какие виды атомов входят в состав вещества.
Количественный состав показывает сколько атомов определённого вида входит в состав молекулы вещества.

Числа стоящие перед химическими формулами или химическими знаками называются коэффициентами. Коэффициенты показывают число атомов или молекул определённого вида.

Что обозначают записи?

H₂— это одна молекула водорода (аш-два), в её состав входят два атома водорода.

5O₂ — это пять молекул кислорода (пять-о-два), в состав одной молекулы входят два атома кислорода.

6Fe — это шесть атомов железа (шесть-феррум).

3H₂SO₄ — это три молекулы серной кислоты (три-аш-два-эс-о-четыре), в состав одной молекулы серной кислоты входят два атома водорода, один атом серы, четыре атома кислорода.

Относительная молекулярная масса

Относительная молекулярная масса (Mr)— безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода ¹²C.

Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.

Примеры:

Mr(B₂O₃) = 2 · Ar(B) + 3 · Ar(O) = 2 · 11 + 3 · 16 = 70

Mr(KAl(SO₄)₂) = 1 · Ar(K) + 1 · Ar(Al) + 1· 2 · Ar(S) + 2· 4 · Ar(O) =
= 1 · 39 + 1 · 27 + 1 · 2 · 32 + 2 · 4 ·16 = 258

УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТЕМЫ

№1. Вычислите относительные молекулярные массы следующих веществ: NaOH, CuCl₂, HNO₃

№2. Напишите, что обозначают следующие записи, в скобках указаны названия незнакомых веществ:

4S,
7H₂O,
4O₃ (озон),
2NaCl (поваренная соль),
3H₂CO₃ (угольная кислота).
6C₁₂H₂₂O₁₁ (сахар)?

№3. РАБОТАЙТЕ С ТРЕНАЖЁРАМИ

ТРЕНАЖЁР 1
ТРЕНАЖЁР 2
ТРЕНАЖЁР 3
ТРЕНАЖЁР 4
ТРЕНАЖЁР 5
ТРЕНАЖЁР 6

Урок в 8 классе по теме Химические формулы. Относительная атомная и молекулярные массы. | План-конспект урока по химии (8 класс) по теме:

Химические формулы. Относительная атомная и молекулярные массы.

Цели урока : — повторение написания и произношения знаков химических

элементов;

— рассмотреть понятие «химическая формула», «индекс»;

обучающие — рассмотреть понятия «относительная атомная» ,

«относительная молекулярная масса»;

— закрепление рассмотренных понятий при решении

упражнений .

развивающие — развитее памяти;

— развитие мышления;

— развитее внимания.

воспитывающие — формирование диалектико- материалистических

представлений.

Оборудование: — периодическая система химических элементов;

— Химия 8 класс учебник для общеобразовательных

учреждений О.С.Габриелян . — М:Дрофа, 2010

— Ким Е.П. Химия 8 класс. Рабочая тетрадь к учебнику

Габриеляна О.С. в 2ч.- Саратов , Лицей , 2008- Ч 1.

Условные обозначения: ☺- материал для записи;

☼- задания для самостоятельной работы;

Ход урока

І Орг. момент. Сообщение темы урока, целей и задач.

(Возможно проведение урока с полным или частичным использованием печатных тетрадей)

ІΙ. Для проверки домашнего задания , с целью актуализации полученных ранее знаний , необходимых для объяснения новой темы проводится химический диктант

☼ Химический диктант: (на доске)- проводится на отдельных листках . По желанию учителя возможно 1-2 учащихся вызвать к доске (эти ребята работают за закрытой частью доски), а по окончании диктанта открываем половинки доски и совместно с учителем ,проверяя этих учащихся , каждый ученик проверяет себя.

Задание 1.На доске произношение химического элемента — написать символ:

Це-

Аш-

Купрум

Эс-

Хлор-

Силициум-

Задание 2. Написать произношение химического символа и русское название химического элемента:

Задание 3: Написать символ и произношение химического элемента:

Натрий-

Железо-

Медь-

Кислород-

Кремний-

ΙІΙ .Объяснение нового материала. Печ. Тетрадь Ч1 Стр.6

1.☺ Химическая формула- условная запись количественного и качественного состава вещества

Nh4 — эн аш три (записываем и проговариваем)

CuSO4- купрум эс о четыре

2. цифра 2 после водорода и 4 после кислорода называется индекс.

☺ Индекс-число атомов химического элемента в формуле.

Задание 2 по Печ. тетр, стр 6:

FeBr3—

Ag3PO4—

AlCl3—

NaOH—

BaCO3—

3.3Н2О (проговариваем формулу). Число 3- коэффициент.

☺ Коэффициент показывает число молекул вещества.

Задание 3 Печ. тетр. стр. 7

2Н2-2 молекулы водорода

3S—

4h3O—

5O2—

2Fe—

8 P—

3 h3S—

8CO2—

4. Атом водорода имеет массу 1,674 ∙10-24г. Атомная единица массы (а.е.м.)- это величина , равная 1,66∙10-24 атома изотопа углерода (примерно массе атома водорода)- это 1/12 массы атома углерода.

☺Относительная атомная масса (Ar)-это отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода . Это безразмерная величина, которая показывает во сколько раз масса атома данного элемента больше 1 а.е.м.

Задание 5 стр. 8 П.Т.- фронтальная работа

Расположите элементы в порядке уменьшения их относительных атомных масс: кальций, фосфор, натрий , железо, медь, водород, сера, хлор

5. ☺ Относительная молекулярная масса вещества (Mr) – это отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода. Это безразмерная величина, которая показывает во сколько масса молекулы данного вещества больше 1 а.е.м.

Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс с учётом индексов (числа атомов)

Задание 7 П.Т.стр 8- фронтальная работа

Пользуясь ПСХЭ, вычислите относительные молекулярные массы веществ.

Mr (Cu2O)=

Mr (Na3PO4)=

Mr (AlCl3)=

Mr (Ba3N2)=

Mr (KNO3)=

Mr (Fe (OH)2)=

Mr (Mg(NO3)2)=

Mr (Al2(SO4)3)=

6. Подведение итогов урока, выставление оценок.

7. Домашнее задание : §5 (уч. Габриелян О.С.. 8 кл), П.Т.Ч1 стр. 9-10 задания 8-10.

Химические формулы. Относительная молекулярная масса

Цель урока:

Личностные:

Развитие ответственного отношения к учению, способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию.
Формирование целостного мировоззрения.

Метапредметные:

Развитие умений определять способы действий в рамках предложенных условий и требований.
Развитие умение осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата.

Развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий.

Предметные:

Формирование первоначальных представлений о веществах: понятия “химическая формула”, “индекс”, “коэффициент”, “относительные атомная и молекулярная массы”.
Овладение основами химической грамотности: умение писать и читать формулы веществ.
Формирование навыков расчёта относительной молекулярной массы вещества.

Тип урока:

урок введения нового материала с использованием электронно-образовательных ресурсов и самостоятельной исследовательской деятельности учащихся.

Формы работы учащихся: фронтальная, индивидуальная, мини-группы (в парах).

Оборудование: Таблица Д.И.Менделеева, ПК, экран, опорные схемы (приложение 1), карточка для организации игры “Химическое лото”, комплект шаростержневых моделей, лоток для моделей молекул, комплект цветных магнитов, магнитная доска.

ЭТАПЫ УРОКА

1. Актуализация знаний. Повторение символов химических элементов и их названий.

Учитель:

Начнём урок со строк Степана Щипачёва:

“В природе ничего другого нет,
Ни здесь, ни там, в космических глубинах.
Все от песчинок малых до планет
Из элементов состоит единых”

Все вещества окружающих нас тел живой и неживой природы состоят из химических элементов. Чтобы изучить свойства веществ и превращения одних веществ в другие, необходимо знать химический язык. Знаки химических элементов — это “буквы” химического языка. Проверим знания химических элементов.

За работу на уроке вы получаете “аурики” – показатель вашей активности. Название “Аурики” образовано от латинского названия химического элемента – драгоценного металла – Аурум (Золото). После урока вы вернёте их, в обмен на оценку.

Игра. “Химическое лото”. Работа по индивидуальным карточкам (приложение 2).

Зачеркните знак химического элемента, о котором идёт речь в строках стихотворения. (При чтении стихотворных строк ученик, выполнивший задание, держит руку на локте вместе с ручкой – сигнал выполнения работы).

Взаимопроверка (по слайду презентации), оценивание, подведение итогов игры.

Критерии оценивания:

16 – “5”
12 — 15 – “4”
9 – 11 – “3”

Карточки трёх учащихся (по желанию) - индивидуальная проверка учителем после урока.

Приложение 2

Na	H	K	Mg
О	Cu	Ag	P
N	Fe	Au	Сl
Hg	Ca	C	S

Унылая пора! Очей очарованье! Приятна мне твоя прощальная краса — Люблю я пышное природы увяданье, В багрец и в золото одетые леса.	А. С. Пушкин
В их стройно зыблемом строю Лоскутья сих знамен победных, Сиянье шапок этих медных, Насквозь простреленных в бою.	А. С. Пушкин
И квакуши, как шарики ртути, Голосами сцепляются в шар.	О. Мандельштам
И вспышками магния, кроя с балконов Смертельною известью лица, В агонии красных огней и вагонов В лице изменялась столица.	В. Катаев
О, если бы вы знали, Какой за ним уход! Он принимает калий, Ему дают азот.	Вера Инбер
Воды минеральные бьют из-под земли, Кальцием и натрием насыщены они.	Г. Колпакова
О, мощный властелин судьбы! Не так ли ты над самой бездной На высоте, уздой железной Россию поднял на дыбы?	А. С. Пушкин
Тогда услышал я (о диво!) запах скверный; Как будто тухлое разбилось яйцо. Иль карантинный страж курил жаровней серной.	А.С. Пушкин

Учитель: Назовите не закрашенные элементы (за правильный ответ — дополнительный балл).

Физ.минутка. Предлагаю немного отдохнуть и устроить “Стрельбу глазами” [ 1 ]

Задание:

В периодической системе найдите самый сильный элемент – неметалл – окислитель -7 группа, главная подгруппа, 2 период. (F)
Переведите свой взгляд влево, на элемент, стоящий в том же периоде в 3 группе.(B)
Переведите взгляд вниз, на самый сильный металл – 7 период. (Fr)
Переведите взгляд вверх и вправо, на элемент 6 группы, главной подгруппы, 2 период, образующий вещество, которое поддерживает горение. (O)

Переведите взгляд вниз и влево, на элемент, атомы которого образуют металл, содержащийся в градусниках. (Hg)
Переведите взгляд вверх и вправо, на элемент с относительной атомной массой 35,5. (Cl)
Переведите взгляд вниз и влево, на элемент, 2 группы, главной подгруппы, с порядковым номером 56. (Вa)
Переведите взгляд на элемент, который возглавляет группу инертных газов в периодической системе Менделеева. (Не)
Переведите свой взгляд вниз и влево, на элемент, атомы которого образуют драгоценный металл желтого цвета. (Au)

2. Введение новых знаний. Создание и решение проблемной ситуации. Исследовательское моделирование.

Учитель: Что означают знаки (символы) химических элементов?

Учащиеся: Символы химических элементов используют для обозначения атомов определённого вида; удобное международное сокращение греческих или латинских названий элементов.

Учитель: Знаки химических элементов - это знаковые модели. Давайте попробуем создать предметные модели частиц, из которых состоят вещества. Начнем с атомов. Чем отличаются друг от друга атомы разных видов, т.е. разных химических элементов?

Учащиеся: Атомы разных видов отличаются массой, размерами, строением.

Учитель: Вам выданы шаростержневые модели. Для того, чтобы показать отличие атомов друг от друга, шарики разного цвета. Это – цвет моделей, шариков, но не атомов. Атомы не окрашены. Рассмотрите их. Модели атомов кислорода красного (оранжевого) цвета. Модели атомов азота – синего цвета. Шарики чёрного цвета – обозначают атомы углерода.

Характеристика моделей атомов (инструкция на комплекте шаростержневых моделей).

водород белый
углерод чёрный
кислород красный (оранжевый)
азот синий
сера жёлтый
галогены зелёный
алюминий тёмно-серый

(На доске — магнитные модели, записи. Учащиеся, одновременно с учителем, делают рисунки и записи в опорном конспекте – выделенное поле для работы).

Учитель: Положите на лоток три шарика, обозначающие атомы элемента водорода. Какой символ можно использовать для обозначения?

Учащиеся: Н (аш)

Учитель: Как учесть их количество?

Учащиеся: Записать цифру три перед знаком элемента водорода.

Учитель: Вы за партой работаете в парах. Сколько атомов водорода в ваших моделях приходится на двоих? Как это обозначим в записи?

Учащиеся: Записать цифру шесть перед знаком элемента водорода.

Учитель: Выложите в лотке модели двух атомов кислорода.

Делаем рисунок и соответствующую запись (2О). Сколько атомов кислорода в ваших моделях приходится на двоих? Как это обозначим в записи?

Учащиеся: Записать цифру четыре перед химическим знаком элемента кислорода.

Учитель: Но во многих веществах атомы объединяются друг с другом.

Например, самый лёгкий газ водород, состоит из молекул. Каждая состоит из двух атомов элемента водорода. Создайте модель молекулы газа водорода, используя металлический стержень для соединения атомов.

1 молекула газа водорода, состоит из двух атомов (Н₂).

Выложите на лоток две молекулы газа водорода.

Две молекулы газа водорода, каждая состоит из двух атомов.

Как это записать, используя знаки? (2 Н₂)

индекс
коэффициент

Учитель: Давайте сосчитаем все молекулы газа водорода, созданные сегодня с помощью моделей? (Запись 12 Н₂ )

Цифры в данной записи называются: индекс, коэффициент. Попробуйте объяснить, что означает индекс? Коэффициент? Где записывается индекс? Коэффициент?

Работа по заполнению таблицы в опорной схеме.

Учащиеся: Индекс указывает на число атомов в молекуле, коэффициент – на число отдельных частиц.

Учитель: Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных под углом. Соберите модель на столах (на доске – магнитная модель, рисунок в тетради, запись) (Н₂О)

Сколько молекул воды в ваших моделях приходится на двоих? Как это обозначим в записи?

Учащиеся: Поставим коэффициент два перед записью.

Учитель: Как вы думаете, чем модели молекул похожи? Чем модели отличаются друг от друга?

Учащиеся: В одной группе – молекула состоят из одинаковых атомов, в другой – из разных.

Учитель: Вещества, которые состоят из одинаковых атомов одного химического элемента, называют простыми. Работа по заполнению таблицы.

Учитель: Дайте определение сложным веществам.

Учащиеся: Сложные вещества состоят из атомов разного вида.

Учитель: Итак, состав веществ записывается знаковыми моделями, т.е. химическими формулами.

О чем говорит нам химическая формула?

Учащиеся: О том, из каких атомов состоит вещество, в каком количестве атомы входят в состав вещества.

Учитель: Качественный состав вещества показывает, из атомов каких химических элементов оно состоит.

Количественный состав показывает число атомов каждого химического элемента в составе вещества.

Следовательно, химическая формула описывает КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ вещества.

3. Первичное закрепление знаний, умений, навыков (с использованием слайдов №3 — №13 презентации, при необходимости осуществляется проверка в виде голосового сопровождения к презентации при нажатии на значок).

Порядок действий:

Прочитать химическую формулу.
Дать характеристику состава сложного вещества (качественный и количественный состав).

Чтение химических формул, определение качественного и количественного состава сложных веществ. ДЛЯ СЛОЖНЫХ ВЕЩЕСТВ (За правильный ответ — “аурик”).

H₂O, AgNO₃, Al, HCl, Cu, C, NaCl, Mg, O₂, CO, CaCO₃

4. Игра. Будь внимателен!

Учитель: На какие группы можно разделить предложенные формулы веществ? (Слайд №14 презентации).

Учащиеся: Можно разделить на простые и сложные вещества.

Учитель: Определим, где простые, а где сложные вещества в этом перечне. Если показываемое вещество простое, 1 хлопок в ладоши (поднять одну руку), если сложное – 2 хлопка (поднять две руки, работает весь класс). Слайд №15 презентации к уроку.

H₂O, AgNO₃, Al, HCl, Cu, C, NaCl, Mg, O₂, CO, CaCO₃

Встречаемся ли мы с предложенными веществами в повседневной жизни?

Рассказ учащегося о применении предложенных веществ (учебный проект). Слайд №16 презентации к уроку.

Физ.минутка. Гимнастика для глаз с использованием кружков, расположенных на окне.

Посмотреть на круг, приклеенный на стекло, на счет 1–4, потом перевести взгляд вдаль на счет 1–6. Повторить 4–5 раз.

Крепко зажмурить глаза (считать до 3), открыть глаза и посмотреть вдаль (считать до 5). Повторить 4–5 раз.

Закрыть глаза и посидеть спокойно, медленно считая до 5.

Открыть глаза, потянуться, на счёт 1-4 медленно поднимаем руки вверх, на счёт 1-4 опускаем руки, кладём на парту. Повторить 3-4 раза.

5. Введение новых знаний. Вычисление относительной молекулярной массы.

Учитель: Одной из основных характеристик вещества является его относительная молекулярная масса Mr. Слайд №17 презентации к уроку (или работа с ЭОР в сети интернет).
http://fcior.edu.ru/card/13775/otnositelnaya-molekulyarnaya-massa-veshestva.html»>http://fcior.edu.ru/card/13775/otnositelnaya-molekulyarnaya-massa-veshestva.html»
Видеомодуль коллекции ЭОР http://fcior.edu.ru. 1,2 слайды.

Рисунок 1

Учитель: Молекулы также как и атомы, имеют массу, которая также очень мала, поэтому в расчётах используют относительную молекулярную массу.

Как вы считаете, как можно найти массу молекулы, зная массу атомов? Конечно, сложить атомные массы между собой, но при этом не надо забывать, что атомов в молекуле может быть не один и это тоже нужно учитывать.

Относительная молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода. Это безразмерная величина

Мы умеем определять относительную атомную массу ХЭ. Где можно найти и проверить цифровое значение относительной атомной массы?

Учащиеся: Можно найти в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.

Учитель: А как можно определить относительную массу молекулы?

Учащиеся: Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы с учетом их индексов.

AxByCz где A, B, C — знаки Эl x, y, z – количество атомов этих Эl

Mr = Ar(A)*X + Ar(B)*Y + Ar(C)*Z

6. Первичное закрепление изученного материала (работа с опорной схемой).

Последовательность действий при определении относительной молекулярной массы.

Алгоритм. Вычисление относительной молекулярной массы по химической формуле.

1. Найти значения относительных атомных масс элементов в периодической системе.

2. Умножить число атомов на значение относительной атомной массы для каждого элемента.

3. Сложить полученные значения.

Работа с тренажёром “Вычисление относительной молекулярной массы” (http://fcior.edu.ru/card/12971/trenazher-vychislenie-otnositelnoy-molekulyarnoy-massy-veshestv.html)

Слайд №18 презентации к уроку (или работа с ЭОР в сети интернет).

Рисунок 2

Определение относительной молекулярной массы веществ по предложенным формулам (работа с опорной схемой).

молекула	значение Мr
Н₂О	Мr(Н₂О)= 2Ar (Н) +1Ar(О)= 2·1 +1·16 = 18
H₂SO₄	Мr(H₂SO₄) = Ar( ) + Ar ( ) + Ar ( ) =
HNO₃	Мr(HNO₃) = Ar( ) + Ar( ) + Ar( ) =
Fe₂O₃	Мr(Fe₂O₃) = Ar + Ar =
SO3	Мr( ) =
NaOH	Мr( ) =
H₃PO₄	Мr ( ) =
N₂	Мr ( ) =
H₂O₂	Мr ( ) =

7. Закрепление знаний, умений, навыков. Cамостоятельная работа.

Сравнение относительных молекулярных масс. Вставьте знак, больше, меньше, равно, выполнив вычисления. Слайд №19 презентации к уроку.

Mr (Н₂SO₄)		Mr (Н₃РO₄)
Mr (SO₃)		Mr (MgO)
5 Mr (CH₄)		2 Mr (NaOH)
Mr (NH₃)		Mr (PH₃)

8. Итог. Рефлексия.

Учитель: С какими понятиями мы познакомились сегодня на уроке.

	Я узнал много нового.
2.	На уроке было над чем подумать.
3.	Мне это пригодиться в жизни.
4.	На все возникшие вопросы я получил(а) ответы.
5.	На уроке я поработал добросовестно.

9. Домашнее задание. П.12

Индивидуальное задание (по вариантам, приложение 3).

Сайт “Мир ХИМИИ” Раздел “Учащимся. 8 класс” Урок №14.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ (если на уроке остаётся несколько свободных минут):

1. Найдите и запишите значения относительных молекулярных масс:

1) хлорида меди (II), состоящей из одного атома меди и двух атомов хлора;

2) оксида фосфора(V), состоящего из двух атомов фосфора и пяти атомов кислорода;

3) двухатомной молекулы хлора.

молекула	значение Мr
	Мr( ) =
	Мr( ) =
	Мr( ) =

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Источники информации.

Е. П. Пак. Типы химических реакций. Игра-путешествие. 8 класс. “Первое сентября. Химия” N19 (761), 1-15.11.2008
Баженов А.А. Тренажер к уроку химии. 8 класс. “Чтение химических формул”

§ 6. Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы

Условие:

Что означают записи: 3H; 2h3O; 5O2?

Решение:

3H– 3 атома водорода

2h3O – 2 молекулы воды

5O2 – 5 молекул кислорода

Советы:

Число перед веществом указывает на количество молекул, а индекс показывает количество атомов элемента.

Условие:

Запишите формулу сахарозы, если известно, что в состав её молекулы входят двенадцать атомов углерода, двадцать два атома водорода и одиннадцать атомов кислорода.

Решение:

C12h32O11

Советы:

Состав молекулы: двенадцать атомов углерода, двадцать два атома водорода и одиннадцать атомов кислорода.

Условие:

Используя рисунок 2 (см. с. 5), запишите формулы веществ и рассчитайте их относительные молекулярные массы.

Решение:

Кислород: Mr(О2) = 2∙Ar(O) = 2∙16 = 32

Сера: Mr(S8) = 8∙Ar(S) = 8∙32 = 256

Гелий: Mr(He) = Ar(S) = 40

Этиловый спирт: Mr(C2H5OH) = 2∙Ar(C) + 6∙Ar(H) + Ar(O) = 2∙12 + 6∙1 + 16 = 46

Метан: Mr(Ch5) = Ar(C) + 4∙Ar(H) = 12 + 4∙1 = 16

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

Угарный газ: Mr(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28

Советы:

Относительная молекулярная масса рассчитывается как сумма всех относительных атомных масс элементов, которые входят в состав молекулы.

Условие:

Какой форме существования химического элемента кислорода соответствует каждая из следующих записей: 3O; 5O2; 4CO2?

Решение:

3O – 3 атома кислорода – атомарное состояние (свободные атомы)

5O2 – 5 молекул кислорода – простое вещество

4CO2 – 4 молекулы углекислого газа, в каждом из которых присутствуют 2 атома кислорода и 1 атом углерода – сложное вещество.

Советы:

Простое вещество состоит из одного вида атомов, а сложное из нескольких.

Условие:

Почему относительная атомная масса элемента и относительная молекулярная масса вещества не имеют единиц измерения?

Решение:

Относительная атомная масса элемента и относительная молекулярная масса вещества показывают, во сколько раз масса атома химического элемента или молекула вещества, больше, чем 1/12 массы атома изотопа углерода-12 (С12), т. е. это отношения массы атома или молекулы к одной двенадцатой массе атома углерода. По этой причине данные величины не имеют единицы измерения.

Советы:

Относительная атомная и относительная молекулярная массы – это отношение абсолютной массы данного вещества к абсолютной атомной массе водорода, при этом единицы измерения массы сокращаются. Относительные величины не имеют размерности.

Условие:

В каком из веществ, формулы которых SO2 и SO3, массовая доля серы больше? Ответ подтвердите расчётами.

Решение:

Советы:

Для ответа можете использовать измерения в долях единицы или в процентах. Но чаще используют все таки процентное выражение.

Условие:

Вычислите массовые доли элементов в азотной кислоте HNO3.

Решение:

Советы:

Относительную атомную массу элемента можно найти в периодической системе Менделеева.

Условие:

Дайте полную характеристику глюкозы C6h22O6, используя пример описания углекислого газа CO2 (см. с. 42).

Решение:

Конкретное вещество — глюкоза.

Качественный состав — состоит из трех элементов: углерода, водорода и кислорода.

Тип вещества — сложное вещество.

Количественный состав вещества — в молекуле содержатся 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.

Относительная молекулярная масса — Mr(C6h22O6) = 6∙12 + 12∙1 + 6∙16 = 180.

Соотношение масс элементов в этом веществе: m(H):m(C):m(O) = 12:72:96 = 1:6:8.

Массовые доли элементов в этом веществе:

ω(H)=n⋅Ar(H)/Mr(в-ва)=12⋅1/180=0.067 или 6.7%

ω(C)=n⋅Ar(C)/Mr(в-ва)=6⋅12/180=0.4 или 40%

ω(O)=n⋅Ar(O)/Mr(в-ва)=6⋅16/180=0.533 или 53.3%

Советы:

Массовая доля элемента в данном веществе (ω) — отношение относительной атомной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле к относительной молекулярной массе вещества

Технологическая карта урока «Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы». 8 класс

Объясняет новый материал, используя ЭОР и учебник.

— Что должно быть отражено в письменной записи о веществе? Какая характеристика вещества позволяет не путать одно вещество с другим? (состав, строение)

— Химические формулы отображают состав вещества. Выразим с помощью символов состав самого распространённого вещества на Земле – воды.

Осуществляет работу в группах.

Задание группам: рассмотрите модель молекулы воды, посоветуйтесь и изобразите химическую формулу данного вещества.

Подводит к формулированию понятия «химическая формула», «индекс».

— Какие элементы входят в состав молекулы воды?

— Как обозначаются эти элементы?

— Сколько атомов кислорода в молекуле воды?

— Сколько атомов водорода в молекуле воды?

— Как вы думаете, как показать, что в состав молекулы воды входит один атом кислорода и два атома водорода?

— Число атомов элемента принято обозначать с помощью индексов – цифр, которые ставятся внизу справа от химического знака. Индекс «1» в химических формулах не пишется. Если возле химического знака нет никаких индексов, это означает, что в состав молекулы входит один такой атом.

Н₂О – химическая формула воды.

Читается: «Аш-два-о».

Химическая формула – условная запись состава вещества при помощи химических знаков и индексов.

— Индекс – цифра, показывающая число атомов каждого химического элемента в молекуле.

— Знаки отражают качественный состав вещества, а индексы – количественный состав. Т.е. химическая формула показывает какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества.

Предлагает обучающимся записать три молекулы воды и на основании обсуждения различных вариантов записи подводит их к пониманию отличия коэффициента от индекса.

— 3Н₂О — три молекулы сложного вещества воды, каждая из которых состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Читается: «три-аш-два-о»

Коэффициент – число перед формулой, означающее число молекул данного вещества.

— Чем отличается индекс от коэффициента? (Индекс показывает число атомов данного элемента в составе молекулы, а коэффициент показывает число молекул)

— Аналогично записывают число свободных атомов:

5О – пять атомов кислорода

— Как вы думаете, чем отличаются атомы разных химических элементов? (прежде всего по массе)

— Предположите, в каких единицах измеряется масса атомов химических элементов?

— Масса атомов и молекул очень мала, поэтому ими пользоваться при решении задач очень неудобно. Невозможно взять 10 молекул кислорода и взвесить их на школьных весах. Масса атома кислорода в килограммах равна 26,667 ∙ 10^-27 кг, т.е. 25 нулей после запятой. Масса атома водорода – 0,1674 ∙ 10^-26 кг. Поэтому для микромира используют особую единицу измерения.

— Масса атомов химических элементов, указанная в ПСХЭ Д.И.Менделеева, называется относительной молекулярной массой Ar.

“r”- первая буква слова «relative», в переводе с англ. «относительный».

Рядом с этим обозначением в скобках записывается знак химического элемента: Ar(О).

— Для того чтобы определить массу, нужен эталон, гирька. За такую гирьку принят самый лёгкий атом — атом водорода, его масса условно взята за единицу. Относительные атомные массы показывают во сколько раз атом данного элемента тяжелее атома водорода.

Рассмотрим пример: на с.40 учебника.

— Скажите, будут ли единицы измерения у относительной атомной массы? (Нет)

— В каждой клетке ПСХЭ Д.И.Менделеева под порядковым номером элемента приведены значения относительных атомных масс элементов. Значения относительных атомных масс нужно округлять до целых чисел у всех элементов кроме хлора — Ar(Cl) = 35,5.

Организует коллективную проверку по уточнению и конкретизации понятий.

Формулирует задание.

— Найдите значения относительных атомных масс химических элементов из таблицы 1, с.35 учебника в ПСХЭ Д.И.Менделеева.

— Для расчёта массы молекул используется относительная молекулярная масса вещества Мr.

— Относительную молекулярную массу вычисляют путём сложения произведений относительных атомных масс химических элементов, входящих в состав вещества на соответствующие индексы в химической формуле (с учётом числа атомов).

Mr (H₂O) = 2Ar (H) + Ar(O) = 2∙1 + 16 = 2+16 = 18

Проводит релаксационные упражнения для обучающихся.

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем.

Выдвигают свои мнения.

Работают в группах.

Различают качественный состав вещества (какие химические элементы входят в состав молекулы) и количественный (сколько атомов химических элементов входит в состав молекулы). Делают вывод, что вещества целесообразно обозначать с помощью знаков химических элементов и цифр, которые отражают и качественный и количественный состав, формулируют определение понятий «химическая формула», «индекс» и записывают в тетрадях.

Выдвигают свои предположения.

Формулируют определение «коэффициент» и записывают в тетрадях

Высказывают свои мнения

Слушают вопросы учителя.

Участвуют в коллективной беседе

Выдвигают свои версии

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем.

Выдвигают предположения

Проговаривают по цепочке

Выполняют упражнения

План-конспект урока химические формулы относительная атомная и молекулярная массы

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА.
Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы.

	ФИО (полностью)	Петрова Марина Михайловна
	Место работы	МБОУ Деевская СОШ
	Должность	учитель
	Предмет	химия
	Класс	8
	Тема и номер урока в теме	Введение. Предмет химии. Урок №4
	Базовый учебник	О.С.Габриелян

Цель урока:

Личностные:

1.Развитие ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию.

2.Формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки.

Метапредметные:

1.Развитие умений самостоятельно ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности.

2.Развитие умений определять способы действий в рамках предложенных условий и требований.

3.Развитие умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата.

4.Развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий .

Предметные:

формирование первоначальных представлений о веществах: понятия «химическая формула», «индекс», «коэффициент», «относительные атомная и молекулярная массы».
овладение основами химической грамотности: умение писать и читать формулы веществ.
формирование навыков расчёта относительной молекулярной массы вещества.

Тип урока — урок введения нового материала с использованием электронно-образовательных ресурсов нового поколения и самостоятельной деятельности учащихся.

Формы работы учащихся: индивидуальная, в парах.
Необходимое техническое оборудование: персональный компьютер, интерактивная доска.

12.Структура и ход урока

Таблица 1.

СТРУКТУРА И ХОД УРОКА

№	Этап урока	Название используемых ЭОР (с указанием порядкового номера из Таблицы 2)	Деятельность учителя (с указанием действий с ЭОР, например, демонстрация)	Деятельность ученика	Время (в мин.)
1	2	3	5	6	7
11	Организационный момент. Проверка домашнего задания.		Доброжелательные слова приветствия. Объясняет задание: на доске знаки химических элементов (2 варианта), необходимо написать название и произношение каждого элемента. После выполнения работы на доске появляются ответы. Фиксирует результаты работы.	Выполняют задание. Взаимопроверка в парах: анализируют ответы, оценивают работу друг друга.	6
22	Активация познавательной деятельности.		Учитель: «Мы живём в мире веществ и знаем как с помощью букв записать слова «вода», «соль», «сахар», но каждое вещество можно выразить химическим языком. Как слова записываются с помощью букв, так каждое вещество можно выразить с помощью химических знаков и символов». Формулирует цели урока.	Записывают в тетради тему урока.	3
3	Изучение нового материала: а) понятие «химическая формула» (рассказ учителя с элементами беседы).		Учитель предлагает выразить состав самого распространённого вещества на земле – воды с помощью химических знаков. Вопрос: какие элементы входят в состав воды и как они записываются? Записывает знаки на доске. Число атомов элемента принято обозначать с помощью цифр-индексов. Вывод: знаки отражают качественный состав вещества, а индексы — количественный. Вместе с детьми учитель формулирует определение химической формулы. Если необходимо отобразить несколько одинаковых молекул, тогда следует поставить соответствующую цифру перед формулой. Учитель вводит понятие «коэффициент». Задание: записать три молекулы серной кислоты , если известно, что в состав молекулы входят 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода. Проверяет выполнение у доски, отрабатывают навыки произношения формул.	Отвечают на вопросы, записывают в тетрадь определение и примеры формул веществ. Выполняют задание в тетради и у доски.	12
	б) относительная атомная масса в) относительная молекулярная масса.	Модуль №1. Относительная атомная масса. Модуль №2. Относительная молекулярная масса.	Учитель демонстрирует ЭОР, делает комментарии к фрагментам, обращает особое внимание на обозначения.	Просмотр фрагментов ЭОР, запись в тетради обозначений относительной атомной и молекулярной масс.
4.	Формулирование вопросов к изученному материалу.		Задаёт вопросы: -как обозначаются относительная атомная и молекулярная массы? -почему они называются относительными? -как найти относительную молекулярную массу вещества?	Отвечают на вопросы.	4
55	Закрепление изученного материала	Модуль №3. Тренажер «Вычисление относительной молекулярной массы веществ».	Учитель объясняет задание, контролирует его выполнение.	Знакомятся с заданием, задают вопросы по его выполнению. Отрабатывают навыки по вычислению относительной молекулярной массы веществ.	8
6	Формулирование выводов урока. Домашнее задание.		Вместе с учащимися формулирует выводы урока. Комментирует домашнее задание: параграф 5, стр.20. упр. №4	С помощью учителя формулируют выводы урока. Записывают домашнее задание.	4
7	Рефлексия.		Учитель предлагает учащимся закончить предложения: сегодня на уроке я узнал …, я понял…, я научился….	Заканчивают предложения. Делятся своими впечатлениями.	3

Приложение к плану-конспекту урока

Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы.

Таблица 2.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ДАННОМ УРОКЕ ЭОР

№

Название ресурса

Тип, вид ресурса

Форма предъявления информации (иллюстрация, презентация, видеофрагменты, тест, модель и т.д.)

Гиперссылка на ресурс, обеспечивающий доступ к ЭОР

Относительная атомная масса

Относительная молекулярная масса вещества

Тренажер «Вычисление относительной молекулярной массы веществ»

Инфомационный. лекция

Информационный лекция

Практика, упражнение

Текст, звук, таблица, формулы

Относительная атомная масса

Относительная молекулярная масса вещества

Тренажер «Вычисление относительной молекулярной массы веществ»

Программа вступительных испытаний по химии

Программа по химии для поступающих в Московский государственный университет состоит из двух разделов. В первом разделе представлены основные теоретические понятия химии, которыми должен владеть абитуриент с тем, чтобы уметь обосновывать химические и физические свойства веществ, перечисленных во втором разделе, посвященном элементам и их соединениям.

Экзаменационный билет может содержать до 10 заданий с дифференцированной оценкой, охватывающих все разделы программы для поступающих. Примеры экзаменационных заданий последних лет помещены в сборниках [3,4,8] (см. список рекомендуемой литературы в конце программы). На экзамене можно пользоваться микрокалькуляторами и справочными таблицами, такими как «Периодическая система химических элементов», «Растворимость оснований, кислот и солей в воде», «Ряд стандартных электродных потенциалов».

Часть I. Основы теоретической химии

Предмет химии. Место химии в естествознании. Масса и энергия. Основные понятия химии. Вещество. Молекула. Атом. Электрон. Ион. Химический элемент. Химическая формула. Относительная атомная и молекулярная масса. Моль. Молярная масса.

Химические превращения. Закон сохранения массы и энергии. Закон постоянства состава. Стехиометрия.

Строение атома. Атомное ядро. Изотопы. Стабильные и нестабильные ядра. Радиоактивные превращения, деление ядер и ядерный синтез. Уравнение радиоактивного распада. Период полураспада.

Двойственная природа электрона. Строение электронных оболочек атомов. Квантовые числа. Атомные орбитали. Электронные конфигурации атомов в основном и возбужденном состояниях, принцип Паули, правило Хунда.

Периодический закон Д.И.Менделеева и его обоснование с точки зрения электронного строения атомов. Периодическая система элементов.

Химическая связь. Типы химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная. Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный. Энергия связи. Потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Полярность связи, индуктивный эффект. Кратные связи. Модель гибридизации орбиталей. Связь электронной структуры молекул с их геометрическим строением (на примере соединений элементов 2-го периода). Делокализация электронов в сопряженных системах, мезомерный эффект. Понятие о молекулярных орбиталях.

Валентность и степень окисления. Структурные формулы. Изомерия. Виды изомерии, структурная и пространственная изомерия.

Агрегатные состояния вещества и переходы между ними в зависимости от температуры и давления. Газы. Газовые законы. Уравнение Клайперона-Менделеева. Закон Авогадро, молярный объем. Жидкости. Ассоциация молекул в жидкостях. Твердые тела. Основные типы кристаллических решеток: кубические и гексагональные.

Классификация и номенклатура химических веществ. Индивидуальные вещества, смеси, растворы. Простые вещества, аллотропия. Металлы и неметаллы. Сложные вещества. Основные классы неорганических веществ: оксиды, основания, кислоты, соли. Комплексные соединения. Основные классы органических веществ: углеводороды, галоген-, кислород- и азотосодержащие вещества. Карбо- и гетероциклы. Полимеры и макромолекулы.

Химические реакции и их классификация. Типы разрыва химических связей. Гомо- и гетеролитические реакции. Окислительно-восстановительные реакции.

Тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения. Теплота образования химических соединений. Закон Гесса и его следствия.

Скорость химической реакции. Представление о механизмах химических реакций. Элементарная стадия реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Зависимость скорости гомогенных реакций от концентрации (закон действующих масс). Константа скорости химической реакции, ее зависимость от температуры. Энергия активации.

Явление катализа. Катализаторы. Примеры каталитических процессов. Представление о механизмах гомогенного и гетерогенного катализа.

Обратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия, степень превращения. Смещение химического равновесия под действием температуры и давления (концентрации). Принцип Ле Шателье.

Дисперсные системы. Коллоидные системы. Растворы. Механизм образования растворов. Растворимость веществ и ее зависимость от температуры и природы растворителя. Способы выражения концентрации растворов: массовая доля, мольная доля, молярная концентрация, объемная доля. Отличие физических свойств раствора от свойств растворителя. Твердые растворы. Сплавы.

Электролиты. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация кислот, оснований и солей. Кислотно-основные взаимодействия в растворах. Протонные кислоты, кислоты Льюиса. Амфотерность. Константа диссоциации. Степень диссоциации. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей. Равновесие между ионами в растворе и твердой фазой. Произведение растворимости. Образование простейших комплексов в растворах. Координационное число. Константа устойчивости комплексов. Ионные уравнения реакций.

Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Определение стехиометрических коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Стандартные потенциалы окислительно-восстановительных реакций. Ряд стандартных электродных потенциалов. Электролиз растворов и расплавов. Законы электролиза Фарадея.

Часть II. Элементы и их соединения.

Неорганическая химия

Абитуриенты должны на основании Периодического закона давать сравнительную характеристику элементов в группах и периодах. Характеристика элементов включает: электронные конфигурации атома; возможные валентности и степени окисления элемента в соединениях; формы простых веществ и основные типы соединений, их физические и химические свойства, лабораторные и промышленные способы получения; распространенность элемента и его соединений в природе, практическое значение и области применения соединений. При описании химических свойств должны быть отражены реакции с участием неорганических и органических соединений (кислотно-основные и окислительно-восстановительные превращения), а также качественные реакции.

Водород. Изотопы водорода. Соединения водорода с металлами и неметаллами. Вода. Пероксид водорода.

Галогены. Галогеноводороды. Галогениды. Кислородсодержащие соединения хлора.

Кислород. Оксиды и пероксиды. Озон.

Сера. Сероводород, сульфиды, полисульфиды. Оксиды серы (IV) и (VI). Сернистая и серная кислоты и их соли. Эфиры серной кислоты. Тиосульфат натрия.

Азот. Аммиак, соли аммония, амиды металлов, нитриды. Оксиды азота. Азотистая и азотная кислоты и их соли. Эфиры азотной кислоты.

Фосфор. Фосфин, фосфиды. Окисды фосфора (III) и (V). Галогениды фосфора. Орто-, мета- и дифосфорная кислоты. Ортофосфаты. Эфиры фосфорной кислоты.

Углерод. Изотопы углерода. Простейшие углеводороды: метан, этилен, ацетилен. Карбиды кальция, алюминия и железа. Оксиды углерода (II) и (IV). Карбонилы переходных металлов. Угольная кислота и ее соли.

Кремний. Силан. Силицид магния. Оксид кремния (IV). Кремнивые кислоты, силикаты.

Бор. Трифторид бора. Орто- и тетраборная кислоты. Тетраборат натрия.

Благородные газы. Примеры соединений криптона и ксенона.

Щелочные металлы. Оксиды, пероксиды, гидроксиды и соли щелочных металлов.

Щелочноземельные металлы, бериллий, магний: их оксиды, гидроксиды и соли. Представление о магнийорганических соединениях (реактив Гриньяра).

Алюминий. Оксид, гидроксид и соли алюминия. Комплексные соединения алюминия. Представления об алюмосиликатах.

Медь, серебро. Оксиды меди (I) и (II), оксид серебра (I). Гидрооксид меди (II). Соли серебра и меди. Комплексные соединения серебра и меди.

Цинк, ртуть. Оксиды цинка и ртути. Гидроксид цинка и его соли.

Хром. Оксиды хрома (II), (III) и (VI). Гидрооксиды и соли хрома (II) и (III). Хроматы и дихроматы (VI). Комплексные соединения хрома (III).

Марганец. Оксиды марганца (II) и (IV). Гидрооксид и соли марганца (II). Манганат и перманганат калия.

Железо, кобальт, никель. Оксиды железа (II), (II)-(III) и (III). Гидроксиды и соли железа (II) и (III). Ферраты (III) и (VI). Комплексные соединения железа. Соли и комплексные соединения кобальта (II) и никеля (II).

Органическая химия

Характеристика каждого класса органических соединений включает: особенности электронного и пространственного строения соединений данного класса, закономерности изменения физических и химических свойств в гомологическом ряду, номенклатуру, виды изомерии, основные типы химических реакций и их механизмы. Характеристика конкретных соединений включает физические и химические свойства, лабораторные и промышленные способы получения, области применения. При описании химических свойств необходимо учитывать реакции с участием как радикала, так и функциональной группы.

Структурная теория как основа органической химии. Углеродный скелет. Функциональная группа. Гомологические ряды. Изомерия: структурная и пространственная. Представление об оптической изомерии. Взаимное влияние атомов в молекуле. Классификация органических реакций по механизму и заряду активных частиц.

Алканы и циклоалканы. Конформеры.

Алкены и циклоалкены. Сопряженные диены.

Алкины. Кислотные свойства алкинов.

Ароматические углеводороды (арены). Бензол и его гомологи. Стирол. Реакции ароматической системы и углеводородного радикала. Ориентирующее действие заместителей в бензольном кольце (ориентанты I и II рода). Понятие о конденсированных ароматических углеводородах.

Галогенопроизводные углеводородов: алкил-, арил-, и винилгалогениды. Реакции замещения и отщепления.

Спирты простые и многоатомные. Первичные, вторичные и третичные спирты. Фенолы. Простые эфиры.

Карбонильные соединения: альдегиды и кетоны. Предельные, непредельные и ароматические альдегиды. Понятие о кето-енольной таутомерии.

Карбоновые кислоты. Предельные, непредельные и ароматические кислоты. Моно- и дикарбоновые кислоты. Производные карбоновых кислот: соли, ангидриды, галогенангидриды, сложные эфиры, амиды. Жиры.

Нитросоединения: нитрометан, нитробензол.

Амины. Алифатические и ароматические амины. Первичные, вторичные и третичные амины. Основность аминов. Четвертичные аммониевые соли и основания.

Галогензамещенные кислоты. Оксикислоты: молочная, винная и салициловая кислоты. Аминокислоты: глицин, аланин, цистеин, серин, фенилаланин, тирозин, лизин, глутаминовая кислота. Пептиды. Представление о структуре белков.

Углеводы. Моносахариды: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза. Циклические формы моносахаридов. Понятие о пространственных изомерах углеводов. Дисахариды: целлобиоза, мальтоза, сахароза. Полисахариды: крахмал, целлюлоза.

Пиррол. Пиридин. Пиримидиновые и пуриновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Представление о структуре нуклеиновых кислот.

Реакции полимеризации и поликонденсации. Отдельные типы высокомолекулярных соединений: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, каучуки, сополимеры, фенол-формальдегидные смолы, искусственные и синтетические волокна.

3,2: Формула и молекулярная масса

Цели обучения

Для определения эмпирической формулы соединения по его массовому составу.
Вывести молекулярную формулу соединения на основе его эмпирической формулы.

Когда новое химическое соединение, такое как потенциально новое лекарство, синтезируется в лаборатории или выделяется из природного источника, химики определяют его элементный состав, его эмпирическую формулу и структуру, чтобы понять его свойства.В этом разделе основное внимание уделяется тому, как определить эмпирическую формулу соединения, а затем использовать ее для определения молекулярной формулы, если молярная масса соединения известна.

Формула и молекулярная масса

По формуле вес вещества представляет собой сумму атомных масс каждого атома в его химической формуле . Например, вода (H ₂ O) имеет вес по формуле:

\ [2 \ times (1.0079 \; а.е.м.) + 1 \ times (15.9994 \; amu) = 18.01528 \; amu \]

Если вещество существует в виде дискретных молекул (как с атомами, которые химически связаны между собой ), то химическая формула — это молекулярная формула , а масса формулы — молекулярная масса .Например, углерод, водород и кислород могут химически связываться с образованием молекулы сахара , глюкозы с химической и молекулярной формулой C ₆ H ₁₂ O ₆. Формульный вес и молекулярный вес глюкозы составляют:

\ [6 \ раз (12 \; amu) + 12 \ times (1.00794 \; amu) + 6 \ times (15.9994 \; amu) = 180.0 \; amu \]

Ионные вещества не связаны химически и не существуют в виде отдельных молекул. Однако они действительно объединяются в дискретных соотношениях ионов.Таким образом, мы можем описать их формулы веса, но не их молекулярные веса . Например, столовая соль (\ (\ ce {NaCl} \)) имеет формульный вес:

\ [23,0 \; amu + 35,5 \; amu = 58,5 \; amu \]

Процентный состав формулы

В некоторых типах анализов важно знать процентное содержание по массе каждого типа элемента в соединении. Закон определенных пропорций гласит, что химическое соединение всегда содержит одинаковую пропорцию элементов по массе; то есть процентный состав — процентное содержание каждого элемента, присутствующего в чистом веществе — составляет , константа (хотя есть исключения из этого закона).Возьмем, например, метан (\ (CH_4 \)) с формулой и молекулярной массой:

\ [1 \ times (12.011 \; amu) + 4 \ times (1.008) = 16.043 \; amu \]

относительные (массовые) проценты углерода и водорода равны

\ [\% C = \ dfrac {1 \ times (12.011 \; amu)} {16.043 amu} = 0,749 = 74.9 \% \]

\ [\% H = \ dfrac {4 \ times (1.008 \; amu)} {16.043 \; amu} = 0,251 = 25,1 \% \]

Более сложным примером является сахароза (столовый сахар), которая содержит 42,11% углерода, 6,48% водорода и 51%.41% кислорода по массе. Это означает, что 100,00 г сахарозы всегда содержат 42,11 г углерода, 6,48 г водорода и 51,41 г кислорода. Сначала молекулярная формула сахарозы (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁) используется для расчета массового процента составляющих элементов; затем массовый процент можно использовать для определения эмпирической формулы .

Согласно молекулярной формуле каждая молекула сахарозы содержит 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода.Следовательно, моль молекул сахарозы содержит 12 моль атомов углерода, 22 моль атомов водорода и 11 моль атомов кислорода. Эта информация может использоваться для расчета массы каждого элемента в 1 моль сахарозы, что дает молярную массу сахарозы. Эти массы затем можно использовать для расчета процентного состава сахарозы. С точностью до трех десятичных разрядов вычисления следующие:

\ [\ text {масса C / моль сахарозы} = 12 \, моль \, C \ times {12.011 \, г \, C \ over 1 \, mol \, C} = 144.132 \, g \, C \ label {3.1.1a} \]

\ [\ text {масса H / моль сахарозы} = 22 \, моль \, H \ times {1,008 \, г \, H \ over 1 \, mol \, H} = 22,176 \, г \, H \ label {3.1.1b} \]

\ [\ text {масса O / моль сахарозы} = 11 \, моль \, O \ times {15.999 \, g \, O \ over 1 \, mol \, O} = 175.989 \, g \, O \ label {3.1.1c} \]

Таким образом, 1 моль сахарозы имеет массу 342,297 г; Обратите внимание, что более половины массы (175,989 г) составляет кислород, а почти половина массы (144,132 г) — углерод.

Массовый процент каждого элемента в сахарозе — это масса элемента, присутствующего в 1 моль сахарозы, деленная на молярную массу сахарозы, умноженную на 100, чтобы получить процентное значение. Результат отображается с двумя десятичными знаками:

\ [\ text {мас.% C в сахарозе} = {\ text {масса C / моль сахарозы} \ over \ text {молярная масса сахарозы}} \ times 100 = {144,132 \, г \, C \ более 342,297 \, г / моль} \ раз 100 = 42,11 \% \]

\ [\ text {мас.% H в сахарозе} = {\ text {масса H / моль сахарозы} \ over \ text {молярная масса сахарозы}} \ times 100 = {22.176 \, г \, H \ более 342,297 \, г / моль} \ раз 100 = 6,48 \% \]

\ [\ text {мас.% O в сахарозе} = {\ text {масса O / моль сахарозы} \ over \ text {молярная масса сахарозы}} \ times 100 = {175.989 \, g \, O \ over 342.297 \, г / моль} \ раз 100 = 51,41 \% \]

Это можно проверить, убедившись, что сумма процентов всех элементов в составе составляет 100%:

\ [42,11 \% + 6,48 \% + 51,41 \% = 100,00 \% \]

Если сумма не 100%, в расчетах допущена ошибка.(Однако округление до правильного числа десятичных знаков может привести к тому, что общее количество будет немного отличаться от 100%.) Таким образом, 100,00 г сахарозы содержат 42,11 г углерода, 6,48 г водорода и 51,41 г кислорода; с точностью до двух знаков после запятой процентный состав сахарозы действительно составляет 42,11% углерода, 6,48% водорода и 51,41% кислорода.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): процентный и абсолютный состав сахарозы

Также можно рассчитать массовые проценты, используя атомные массы и молекулярные массы с атомными единицами массы.Поскольку ответ представляет собой соотношение, выраженное в процентах, единицы массы отменяют, являются ли они граммами (с использованием молярных масс) или атомными единицами массы (с использованием атомных и молекулярных масс).

Пример \ (\ PageIndex {1} \): NutraSweet

Аспартам — это искусственный подсластитель, продаваемый как NutraSweet and Equal. Его молекулярная формула \ (\ ce {C14h28N2O5} \).

Молекулярная структура аспартама. (CC BY-NC-SA 3.0; анонимно)

Рассчитайте массовый процент каждого элемента в аспартаме.
Рассчитайте массу углерода в пакете Equal по 1,00 г, предполагая, что это чистый аспартам.

Дано : молекулярная формула и масса образца

Запрошенный : массовый процент всех элементов и масса одного элемента в образце

Стратегия :

Используйте атомные массы из периодической таблицы, чтобы вычислить молярную массу аспартама.
Разделите массу каждого элемента на молярную массу аспартама; затем умножьте на 100, чтобы получить проценты.
Чтобы найти массу элемента, содержащегося в заданной массе аспартама, умножьте массу аспартама на массовый процент этого элемента, выраженный в десятичной дроби.

Решение :

а.

A Мы вычисляем массу каждого элемента в 1 моль аспартама и молярную массу аспартама, здесь с точностью до трех знаков после запятой:

\ [14 \, C (14 \, моль \, C) (12.011 \, г / моль \, C) = 168.154 \, г \]

\ [18 \, H (18 \, моль \, H) (1.008 \, г / моль \, H) = 18,114 \, г \]

\ [2 \, N (2 \, моль \, N) (14.007 \, г / моль \, N) = 28.014 \, г \]

\ [+5 \, O (5 \, моль \, O) (15.999 \, г / моль \, O) = 79.995 \, г \]

\ [C_ {14} H_ {18} N_2O_5 \ text {молярная масса аспартама} = 294,277 \, г / моль \]

Таким образом, более половины массы 1 моля аспартама (294,277 г) составляет углерод (168,154 г).

B Чтобы вычислить массовый процент каждого элемента, мы разделим массу каждого элемента в соединении на молярную массу аспартама, а затем умножим на 100, чтобы получить проценты, которые здесь указаны с двумя десятичными знаками:

\ [масса \% \, C = {168.154 \, г \, С \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 57,14 \% С \]

\ [масса \% \, H = {18,114 \, г \, H \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 6,16 \% H \]

\ [масса \% \, N = {28,014 \, г \, N \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 9,52 \% \]

\ [масса \% \, O = {79,995 \, г \, O \ более 294,277 \, г \, аспартам} \ раз 100 = 27,18 \% \]

Для проверки мы можем сложить проценты:

\ [57,14 \% + 6,16 \% + 9.52 \% + 27,18 \% = 100,00 \% \]

Если вы получили итоговое значение, которое отличается от 100% более чем примерно на ± 1%, то в вычислении должна быть ошибка.

г. C Масса углерода в 1,00 г аспартама рассчитывается следующим образом:

\ [\ text {масса C} = 1,00 \, г \, аспартам \ times {57,14 \, г \, C \ более 100 \, г \, аспартам} = 0,571 \, г \, C \]

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \): оксид алюминия

Рассчитайте массовый процент каждого элемента в оксиде алюминия (Al ₂ O ₃).Затем рассчитайте массу алюминия в 3,62 г образца чистого оксида алюминия.

Ответ: 52,93% алюминия; 47,08% кислорода; 1,92 г Al

Определение эмпирической формулы пенициллина

Так же, как эмпирическая формула вещества может использоваться для определения его процентного состава, процентный состав образца может использоваться для определения его эмпирической формулы, которая затем может использоваться для определения его молекулярной формулы.Такая процедура фактически использовалась для определения эмпирических и молекулярных формул первого открытого антибиотика: пенициллина.

Антибиотики — это химические соединения, которые избирательно убивают микроорганизмы, многие из которых вызывают заболевания. Хотя сегодня антибиотики часто воспринимаются как должное, пенициллин был открыт всего около 80 лет назад. Последующая разработка широкого спектра других антибиотиков для лечения многих распространенных заболеваний в значительной степени способствовала значительному увеличению продолжительности жизни за последние 50 лет.Открытие пенициллина — это исторический детектив, в котором ключевую роль сыграло использование массовых процентов для определения эмпирических формул.

В 1928 году Александр Флеминг, молодой микробиолог из Лондонского университета, работал с обычной бактерией, вызывающей фурункулы и другие инфекции, такие как заражение крови. Для лабораторных исследований бактерии обычно выращивают на поверхности геля, содержащего питательные вещества, в небольших плоских чашках для культивирования. Однажды Флеминг заметил, что одна из его культур была заражена голубовато-зеленой плесенью, похожей на плесень, обнаруженную на испорченном хлебе или фруктах.Такие несчастные случаи довольно часты, и большинство лабораторных работников просто выбросили бы культуры. Флеминг, однако, заметил, что бактерии растут на геле повсюду, кроме контаминационной плесени (часть (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)), и предположил, что плесень должна производить вещество, которое либо убил бактерии или предотвратил их рост. Чтобы проверить эту гипотезу, он вырастил плесень в жидкости, а затем отфильтровал жидкость и добавил ее к различным культурам бактерий.Жидкость убила не только бактерии, которые первоначально изучал Флеминг, но и множество других болезнетворных бактерий. Поскольку плесень была членом семейства Penicillium (названного по имени их карандашообразных ветвей под микроскопом) (часть (b) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)), Флеминг назвал активный ингредиент в бульоне пенициллином.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Penicillium. (а) плесень Penicillium растет в культуральной посуде; на фото показано его влияние на рост бактерий. (b) На этой микрофотографии Penicillium видны его палочкообразные и карандашные ветви.Название происходит от латинского penicillus, что означает «кисть».

Хотя Флемингу не удалось выделить пенициллин в чистом виде, медицинское значение его открытия стимулировало исследователей в других лабораториях. Наконец, в 1940 году два химика из Оксфордского университета, Говард Флори (1898–1968) и Эрнст Чейн (1906–1979), смогли выделить активный продукт, который они назвали пенициллин G. В течение трех лет пенициллин G получил широкое распространение. его использовали для лечения пневмонии, гангрены, гонореи и других болезней, и его использование значительно увеличило выживаемость раненых солдат во время Второй мировой войны.В результате своей работы Флеминг, Флори и Чейн разделили Нобелевскую премию по медицине в 1945 году.

Как только им удалось выделить чистый пенициллин G, Флори и Чейн подвергли это соединение процедуре, называемой анализом горения (описанной далее в этом разделе), чтобы определить, какие элементы присутствовали и в каких количествах. Результаты таких анализов обычно выражаются в массовых процентах. Они обнаружили, что типичный образец пенициллина G содержит 53,9% углерода, 4.8% водорода, 7,9% азота, 9,0% серы и 6,5% натрия по массе. Сумма этих чисел составляет всего 82,1%, а не 100,0%, что означает, что должен быть один или несколько дополнительных элементов. Разумным кандидатом является кислород, который является обычным компонентом соединений, содержащих углерод и водород; не думайте, что «недостающая» масса всегда связана с кислородом. Это может быть любой другой элемент. Однако по техническим причинам непосредственный анализ кислорода затруднен. Если предположить, что вся недостающая масса обусловлена кислородом, тогда пенициллин G содержит (100.0% — 82,1%) = 17,9% кислорода. Из этих массовых процентов можно определить эмпирическую формулу и, в конечном итоге, молекулярную формулу соединения.

Чтобы определить эмпирическую формулу из массовых процентов элементов в таком соединении, как пенициллин G, массовые проценты должны быть преобразованы в относительное количество атомов. Для удобства предположим, что образец соединения составляет 100,0 г, хотя размеры образцов, используемых для анализа, обычно намного меньше, обычно в миллиграммах.Это предположение упрощает арифметику, поскольку массовый процент углерода 53,9% соответствует 53,9 г углерода в 100,0 г образца пенициллина G; аналогично 4,8% водорода соответствует 4,8 г водорода в 100,0 г пенициллина G; и так далее для других элементов. Затем каждую массу делят на молярную массу элемента, чтобы определить, сколько молей каждого элемента присутствует в пробе 100,0 г:

\ [{масса \, (г) \ по молярной \, \, массе \, \, (г / моль)} = (г) \ влево ({моль \ по г} \ справа) = моль \ метка {3 .3.2a} \]

\ [53.9 \, g \, C \ left ({1 \, mol \, C \ over 12.011 \, g \, C} \ right) = 4.49 \, mol \, C \ label {3.3.2b} \ ]

\ [4.8 \, g \, H \ left ({1 \, mol \, H \ over 1.008 g \, H} \ right) = 4.8 \, mol \, H \ label {3.3.2c} \]

\ [7.9 \, g \, N \ left ({1 \, mol \, N \ over 14.007 \, g \, N} \ right) = 0.56 \, mol \, N \ label {3.3.2d} \ ]

\ [9 \, g \, S \ left ({1 \, mol \, S \ over 32.065 \, g \, S} \ right) = 0.28 \, mol \, S \ label {3.3.2e} \ ]

\ [6.5 \, g \, Na \ left ({1 \, mol \, Na \ over 22.990 \, g \, Na} \ right) = 0.28 \, mol \, Na \ label {3.3.2f} \]

Таким образом, 100,0 г пенициллина G содержит 4,49 моль углерода, 4,8 моль водорода, 0,56 моль азота, 0,28 моль серы, 0,28 моль натрия и 1,12 моль кислорода (при условии, что вся недостающая масса составляла кислород). Число значащих цифр в количестве молей элементов варьируется от двух до трех, потому что некоторые аналитические данные были представлены только двумя значащими цифрами.

Эти результаты дают отношения молей различных элементов в образце (4,49 моль углерода к 4,8 моль водорода и 0,56 моль азота и т. Д.), Но они не являются целочисленными отношениями, необходимыми для эмпирического расчета. формула — эмпирическая формула выражает относительное количество атомов в наименьших возможных целых числах. Чтобы получить целые числа, разделите количество молей всех элементов в образце на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем относительном количестве, которым в этом примере является сера или натрий.Результатом будут индексы элементов в эмпирической формуле. С двумя значащими цифрами результаты таковы:

\ [C: {4.49 \ over 0.28} = 16 \, \, \, \, \, H: {4.8 \ over 0.28} = 17 \, \, \, \, \, N: {0.56 \ over 0.28 } = 2.0 \ label {3.3.3a} \]

\ [S: {0,28 \ более 0,28} = 1,0 \, \, \, \, \, Na: {0,28 \ более 0,28} = 1,0 \, \, \, \, \, O: {1,12 \ более 0,28 } = 4.0 \ label {3.3.3b} \]

Таким образом, эмпирическая формула пенициллина G имеет вид C ₁₆ H ₁₇ N ₂ NaO ₄ S.Другие эксперименты показали, что пенициллин G на самом деле является ионным соединением, которое содержит катионы Na ⁺ и анионы [C ₁₆ H ₁₇ N ₂ O ₄ S] ^— в соотношении 1: 1. Сложная структура пенициллина G (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) не была определена до 1948 года.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Структурная формула и шариковая модель аниона пенициллина G

. В некоторых случаях один или несколько индексов в формуле, вычисляемой с помощью этой процедуры, могут не быть целыми числами.Означает ли это, что интересующее нас соединение содержит нецелое число атомов? Нет; Ошибки округления в расчетах, а также экспериментальные ошибки в данных могут привести к нецелым отношениям. Когда это происходит, необходимо принимать решения при интерпретации результатов, как показано в примере 6. В частности, отношения 1,50, 1,33 или 1,25 предполагают, что вам следует умножить все индексы в формуле на 2, 3 или 4 соответственно. Только если отношение находится в пределах 5% от целого значения, следует рассмотреть возможность округления до ближайшего целого числа.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): фосфат кальция в зубной пасте

Рассчитайте эмпирическую формулу ионного соединения фосфата кальция, основного компонента удобрений и полирующего агента в зубных пастах. Элементный анализ показывает, что он содержит 38,77% кальция, 19,97% фосфора и 41,27% кислорода.

Дано : процентное соотношение

Запрошено : эмпирическая формула

Стратегия :

Возьмем образец весом 100 г и вычислим количество молей каждого элемента в этом образце.
Получите относительное количество атомов каждого элемента в соединении, разделив количество молей каждого элемента в 100-граммовой пробе на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем количестве.
Если отношения не целые, умножьте все индексы на одно и то же число, чтобы получить целые значения.
Поскольку это ионное соединение, определите анион и катион и запишите формулу, чтобы заряды были сбалансированы.

Решение :

A В 100 г образца фосфата кальция содержится 38.77 г кальция, 19,97 г фосфора и 41,27 г кислорода. Разделив массу каждого элемента в образце 100 г на его молярную массу, можно получить количество молей каждого элемента в образце:

\ [\ text {моль Ca} = 38,77 \, г \, Ca \ times {1 \, моль \, Ca \ более 40,078 \, г \, Ca} = 0,9674 \, моль \, Ca \]

\ [\ text {моль P} = 19,97 \, г \, P \ times {1 \, моль \, P \ более 30,9738 \, г \, P} = 0,6447 \, моль \, Ca \]

\ [\ text {молей O} = 41,27 \, g \, O \ times {1 \, mol \, O \ более 15.9994 \, г \, О} = 2,5800 \, моль \, О \]

B Чтобы получить относительное количество атомов каждого элемента в соединении, разделите количество молей каждого элемента в 100-граммовой пробе на количество молей элемента в наименьшем количестве, в данном случае фосфора:

\ [P: {0,6447 \, моль \, P \ более 0,6447 \, моль \, P} = 1.000 \, \, \, \, Ca: {0,9674 \, более 0,6447} = 1,501 \, \, \, \ , O: {2,5800 \ более 0,6447} = 4,002 \]

C Мы могли бы записать эмпирическую формулу фосфата кальция как Ca _1.501 P _1.000 O _4.002, но эмпирическая формула должна показывать отношения элементов в виде небольших целых чисел. Чтобы преобразовать результат в интегральную форму, умножьте все нижние индексы на 2, чтобы получить Ca _3,002 P _2,000 O _8,004. Отклонение от интегральных атомных отношений невелико и может быть объяснено незначительными экспериментальными ошибками; следовательно, эмпирическая формула Ca ₃ P ₂ O ₈.

D Ион кальция (Ca ² ⁺) является катионом, поэтому для сохранения электрической нейтральности фосфор и кислород должны образовывать многоатомный анион.Из главы 2 «Молекулы, ионы и химические формулы» мы знаем, что фосфор и кислород образуют фосфат-ион (PO ₄ ^3-; см. Таблицу 2.4). Поскольку в эмпирической формуле присутствуют два атома фосфора, должны присутствовать два иона фосфата. Итак, запишем формулу фосфата кальция как Ca ₃ (PO ₄) ₂.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \): нитрат аммония

Вычислите эмпирическую формулу нитрата аммония, ионного соединения, содержащего 35.00% азота, 5,04% водорода и 59,96% кислорода по массе. Хотя нитрат аммония широко используется в качестве удобрения, он может быть взрывоопасным. Например, он был основным компонентом взрывчатки, использованной во время взрыва в Оклахома-Сити в 1995 году.

Федеральное здание Альфреда П. Мурры было разрушено в результате бомбардировки Оклахома-Сити с помощью химических взрывчатых веществ (быстрые химические реакции, в результате которых образуется огромное количество газов).

Ответ: N ₂ H ₄ O ₃ — это NH ₄ ⁺ NO ₃ ^—, записывается как NH ₄ NO ₃

От эмпирической формулы к молекулярной формуле

Эмпирическая формула дает только относительное число атомов в веществе в минимально возможном соотношении.Для ковалентного вещества химики обычно больше интересуются молекулярной формулой, которая дает фактическое количество атомов каждого типа, присутствующих в молекуле. Однако без дополнительной информации невозможно узнать, является ли формула пенициллина G, например, C ₁₆ H ₁₇ N ₂ NaO ₄ S или целым кратным, таким как C ₃₂ H ₃₄ N ₄ Na ₂ O ₈ S ₂, C ₄₈ H ₅₁ N ₆ Na ₃ O ₁₂ S ₃, или (C ₁₆ H ₁₇ N ₂ NaO ₄ S) _n, где n — целое число.(Фактическая структура пенициллина G показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \)).

Рассмотрим глюкозу, сахар, который циркулирует в нашей крови, обеспечивая топливо для тела и мозга. Результаты анализа горения глюкозы показывают, что глюкоза содержит 39,68% углерода и 6,58% водорода. Поскольку горение происходит в присутствии кислорода, невозможно напрямую определить процентное содержание кислорода в соединении с помощью анализа горения; необходимы другие более сложные методы. Если предположить, что оставшийся процент приходится на кислород, тогда глюкоза будет содержать 53.79% кислорода. Таким образом, образец глюкозы весом 100,0 г будет содержать 39,68 г углерода, 6,58 г водорода и 53,79 г кислорода. Чтобы рассчитать количество молей каждого элемента в пробе 100,0 г, разделите массу каждого элемента на его молярную массу:

\ [моль \, C = 39,68 \, g \, C \ times {1 \, mol \, C \ over 12.011 \, g \, C} = 3.304 \, mol \, C \ label {3.3.4a} \]

\ [моль \, H = 6.58 \, g \, H \ times {1 \, mol \, H \ over 1.0079 \, g \, H} = 6.53 \, mol \, H \ label {3.3.4b} \]

\ [молей \, O = 53,79 \, g \, O \ times {1 \, mol \, O \ over 15.9994 \, g \, O} = 3.362 \, mol \, O \ label {3.3.4c} \]

Еще раз, индексы элементов в эмпирической формуле находятся путем деления количества молей каждого элемента на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем количестве:

\ [C: {3.304 \ over 3.304} = 1.000 \, \, \, \, H: {6.53 \ over 3.304} = 1.98 \, \, \, \, O: {3.362 \ over 3.304} = 1.018 \ ]

Отношение кислород: углерод равно 1.018, или приблизительно 1, а соотношение водород: углерод составляет приблизительно 2. Эмпирическая формула глюкозы, следовательно, CH ₂ O, но какова ее молекулярная формула?

Многие известные соединения имеют эмпирическую формулу CH ₂ O, включая формальдегид, который используется для сохранения биологических образцов и имеет свойства, которые сильно отличаются от сахара, циркулирующего в крови. На данный момент невозможно узнать, является ли глюкоза CH ₂ O, C ₂ H ₄ O ₂ или любой другой (CH ₂ O) _n.Однако экспериментально определенная молярная масса глюкозы (180 г / моль) может быть использована для решения этой дилеммы.

Сначала вычислите формульную массу, молярную массу формульной единицы, которая представляет собой сумму атомных масс элементов в эмпирической формуле, умноженную на их соответствующие индексы. Для глюкозы,

\ [\ text {формула массы} CH_2O = \ left [1 \, моль C \ left ({12.011 \, g \ over 1 \, mol \, C} \ right) \ right] + \ left [2 \ , mol \, H \ left ({1.0079 \, g \ over 1 \, mol \, H} \ right) \ right] + \ left [1 \, mol \, O \ left ({15.5994 \, mol \, O \ over 1 \, mol \, O} \ right) \ right] = 30,026 г \ label {3.3.5} \]

Это намного меньше наблюдаемой молярной массы 180 г / моль.

Во-вторых, определите количество формульных единиц на моль. Для глюкозы рассчитайте количество единиц (CH ₂ O), то есть n в (CH ₂ O) _n, разделив молярную массу глюкозы на формульную массу CH ₂ O :

\ [n = {180 \, г \ более 30,026 \, г / CH_2O} = 5,99 \ приблизительно 6 CH_2O \, \ text {формульные единицы} \ label {3.3.6} \]

Каждая глюкоза содержит шесть формульных единиц CH ₂ O, что дает молекулярную формулу глюкозы (CH ₂ O) ₆, которая чаще записывается как C ₆ H ₁₂ O ₆ . Молекулярные структуры формальдегида и глюкозы, оба из которых имеют эмпирическую формулу CH ₂ O, показаны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Структурные формулы и шаровые модели для (а) формальдегида и (б) глюкозы

Пример \ (\ PageIndex {3} \): Кофеин

Рассчитайте молекулярную формулу кофеина, соединения, содержащегося в кофе, чае и напитках колы, которое оказывает заметное стимулирующее действие на млекопитающих.Химический анализ кофеина показывает, что он содержит 49,18% углерода, 5,39% водорода, 28,65% азота и 16,68% кислорода по массе, а его экспериментально определенная молярная масса составляет 196 г / моль.

Дано : процентный состав и молярная масса

Запрошено : молекулярная формула

Стратегия :

Допустим, 100 г кофеина. Из приведенных процентных соотношений используйте процедуру, приведенную в примере 6, для расчета эмпирической формулы кофеина.
Рассчитайте массу по формуле, а затем разделите полученную экспериментально молярную массу на массу по формуле. Это дает количество присутствующих формульных единиц.
Умножьте каждый индекс в эмпирической формуле на количество формульных единиц, чтобы получить молекулярную формулу.

Решение :

A Начнем с деления массы каждого элемента в 100,0 г кофеина (49,18 г углерода, 5,39 г водорода, 28,65 г азота, 16,68 г кислорода) на его молярную массу.Это дает количество молей каждого элемента в 100 г кофеина.

\ [моль \, C = 49,18 \, г \, C \ раз {1 \, моль \, C \ более 12,011 \, г \, C} = 4,095 \, моль \, C \]

\ [моль \, H = 5,39 \, г \, H \ раз {1 \, моль \, H \ более 1,0079 \, г \, H} = 5,35 \, моль \, H \]

\ [моль \, N = 28,65 \, г \, N \ раз {1 \, моль \, N \ более 14,0067 \, г \, N} = 2,045 \, моль \, N \]

\ [молей \, O = 16.68 \, g \, O \ times {1 \, mol \, O \ over 15.9994 \, g \, O} = 1.043 \, моль \, О \]

Чтобы получить относительное количество атомов каждого присутствующего элемента, разделите количество молей каждого элемента на количество молей элемента, присутствующего в наименьшем количестве:

\ [O: {1.043 \ over 1.043} = 1.000 \, \, \, \, C: {4.095 \ over 1.043} = 3.926 \, \, \, \, H: {5.35 \ over 1.043} = 5.13 \ , \, \, \, N: {2.045 \ over 1.043} = 1.960 \]

Эти результаты достаточно типичны для реальных экспериментальных данных. Ни одно из атомных соотношений не является точно целым, но все они находятся в пределах 5% от целых значений.Как и в примере 6, разумно предположить, что такие небольшие отклонения от целых значений вызваны небольшими экспериментальными ошибками, поэтому округлите их до ближайшего целого числа. Таким образом, эмпирическая формула кофеина: C ₄ H ₅ N ₂ O.

B Молекулярная формула кофеина может быть C ₄ H ₅ N ₂ O, но это также может быть любое целое кратное этого числа. Чтобы определить действительную молекулярную формулу, мы должны разделить экспериментально определенную молярную массу на формульную массу.Формула массы рассчитывается следующим образом:

\ [4C \, \, \, (4 \, атомы \, C) (12,011 \, г / атом \, C) = 48,044 \, г \]

\ [5H \, \, \, (5 \, атомы \, H) (1.0079 \, г / атом \, H) = 5,0395 \, г \]

\ [2N \, \, \, (2 \, атомы \, N) (14,0067 \, г / атом \, N) = 28,0134 \, г \]

\ [+ 1O \, \, \, (1 \, атом \, O) (15.9994 \, г / атом \, O) = 15.9994 \, г \]

\ [C_4H_5N_2O \, \, \, \, \ text {формула массы кофеина} = 97,096 \, г \]

Разделив измеренную молярную массу кофеина (196 г / моль) на расчетную массу по формуле, получим

\ [{196 г / моль \ более 97.096 г / C_4H_5N_2O} = 2,02 \ приблизительно 2 \, C_4H_5N_2O \, \ text {единицы эмпирической формулы} \]

C В кофеине две формулы C ₄ H ₅ N ₂ O, поэтому молекулярная формула должна быть (C ₄ H ₅ N ₂ O) ₂ = C ₈ H ₁₀ N ₄ O ₂. Состав кофеина следующий:

Упражнение \ (\ PageIndex {3} \): Хладон-114

Рассчитайте молекулярную формулу фреона-114, который имеет 13.85% углерода, 41,89% хлора и 44,06% фтора. Экспериментально измеренная молярная масса этого соединения составляет 171 г / моль. Как и фреон-11, фреон-114 является широко используемым хладагентом, который участвует в разрушении озонового слоя.

Ответ

\ [C_2Cl_2F_4 \ nonumber \]

Сводка

Эмпирическая формула вещества может быть рассчитана на основе его процентного состава, а молекулярная формула может быть определена на основе эмпирической формулы и молярной массы соединения.Эмпирическая формула вещества может быть рассчитана на основе экспериментально определенного процентного состава, процентного содержания каждого элемента, присутствующего в чистом веществе по массе. Во многих случаях эти проценты можно определить анализом горения. Если молярная масса соединения известна, молекулярная формула может быть определена по эмпирической формуле.

Авторы и авторства

Масса атомов и молекул — Введение в химию — 1-е канадское издание

Цель обучения

1.Выразите массы атомов и молекул.

Поскольку материя определяется как все, что имеет массу и занимает пространство, неудивительно, что атомы и молекулы обладают массой.

Однако отдельные атомы и молекулы очень малы, и массы отдельных атомов и молекул также очень малы. Для макроскопических объектов мы используем такие единицы, как граммы и килограммы, для обозначения их масс, но эти единицы слишком велики, чтобы удобно описывать массы отдельных атомов и молекул.Нужен другой масштаб.

Атомная единица массы (u; в некоторых текстах используется amu, но этот старый стиль больше не принимается) определяется как одна двенадцатая массы атома углерода-12, изотопа углерода, который имеет шесть протонов и шесть нейтронов в его ядро. По этой шкале масса протона составляет 1,00728 ед., Масса нейтрона 1,00866 ед. И масса электрона 0,000549 ед. Не будет большой ошибки, если вы оцените массу атома, просто подсчитав общее количество протонов и нейтронов в ядре (т.е. определите его массовое число) и не обращайте внимания на электроны. Таким образом, масса углерода-12 составляет около 12 единиц, масса кислорода-16 составляет около 16 единиц, а масса урана-238 составляет около 238 единиц. Более точные массы можно найти в научных справочниках — например, точная масса урана-238 составляет 238,050788 ед., Так что вы можете видеть, что мы не далеко, используя целочисленное значение в качестве массы атома.

Какова масса элемента? Это несколько сложнее, потому что большинство элементов существует в виде смеси изотопов, каждый из которых имеет свою массу.Таким образом, хотя легко говорить о массе атома, говоря о массе элемента, мы должны учитывать смесь изотопов.

Атомная масса элемента — это средневзвешенное значение масс изотопов, составляющих элемент. Что мы подразумеваем под средневзвешенным значением? Хорошо, рассмотрим элемент, который состоит из двух изотопов, 50% с массой 10 u и 50% с массой 11 u. Средневзвешенное значение находится путем умножения каждой массы на ее дробное количество (в десятичной форме) и последующего сложения всех продуктов.Сумма представляет собой средневзвешенное значение и служит формальной атомной массой элемента. В этом примере мы имеем следующее:

0,50 × 10 единиц	= 5,0 ×
0,50 × 11 u	= 5,5 мк
Сумма	= 10,5 u = атомная масса нашего элемента

Обратите внимание, что ни один атом в нашем гипотетическом элементе не имеет массы 10,5 u; скорее, это средняя масса атомов, взвешенная по проценту их появления.

Этот пример похож на реальный элемент. Бор существует в виде примерно 20% бора-10 (пять протонов и пять нейтронов в ядрах) и примерно 80% бора-11 (пять протонов и шесть нейтронов в ядрах). Атомная масса бора рассчитывается аналогично тому, что мы делали для нашего гипотетического примера, но процентное соотношение другое:

0,20 × 10 мкм	= 2,0 u
0,80 × 11 u	= 8,8 мкм
Сумма	= 10.8 u = атомная масса бора

Таким образом, мы принимаем атомную массу бора 10,8 ед.

Практически все элементы существуют в виде смесей изотопов, поэтому атомные массы могут значительно отличаться от целых чисел. В Таблице 3.5 «Избранные атомные массы некоторых элементов» перечислены атомные массы некоторых элементов; более обширная таблица находится в главе 17 «Приложение: Периодическая таблица элементов». Атомные массы в Таблице 3.5 «Избранные атомные массы некоторых элементов» указаны с точностью до трех десятичных знаков, где это возможно, но в большинстве случаев необходимы только один или два десятичных знака.Обратите внимание, что многие атомные массы, особенно большие, не очень близки к целым числам. Отчасти это связано с увеличением количества изотопов по мере увеличения размера атомов. (Рекордное число — 10 изотопов для олова.)

Таблица 3.5. Выбранные атомные массы некоторых элементов

Имя элемента	Атомная масса (u)	Имя элемента	Атомная масса (u)
Алюминий	26.981	молибден	95,94
Аргон	39,948	Неон	20,180
Мышьяк	74,922	Никель	58.693
Барий	137,327	Азот	14.007
Бериллий	9.012	Кислород	15,999
Висмут	208.980	Палладий	106,42
Бор	10,811	фосфор	30,974
Бром	79,904	Платина	195.084
Кальций	40.078	Калий	39.098
Углерод	12.011	Радий	н / д
Хлор	35.453	Радон	н / д
Кобальт	58,933	Рубидий	85,468
Медь	63,546	Скандий	44,956
Фтор	18,998	Селен	78,96
Галлий	69,723	Кремний	28.086
Германий	72,64	Серебро	107.868
Золото	196.967	Натрий	22,990
Гелий	4,003	Стронций	87,62
Водород	1,008	сера	32.065
Йод	126,904	Тантал	180,948
Иридий	192.217	Олово	118,710
Утюг	55.845	Титан	47,867
Криптон	83,798	Вольфрам	183,84
Свинец	207,2	Уран	238.029
Литий	6,941	Ксенон	131,293
Магний	24.305	цинк	65,409
Марганец	54,938	Цирконий	91.224
Меркурий	200,59	молибден	95,94
Примечание. Атомная масса дается с точностью до трех десятичных знаков, если она известна.

Теперь, когда мы понимаем, что атомы обладают массой, легко распространить это понятие на массу молекул. Молекулярная масса — это сумма масс атомов в молекуле. Это может показаться тривиальным расширением концепции, но важно подсчитать количество атомов каждого типа в молекулярной формуле.Кроме того, хотя каждый атом в молекуле является определенным изотопом, мы используем средневзвешенное значение или атомную массу для каждого атома в молекуле.

Например, если бы мы определяли молекулярную массу триоксида диазота, N ₂ O ₃, нам нужно было бы дважды сложить атомную массу азота с атомной массой кислорода трижды:

2 N масс = 2 × 14,007 u	= 28,014 u
3 массы O = 3 × 15.999 u	= 47,997 u
Всего	= 76,011 u = молекулярная масса N ₂ O ₃

Мы были бы не за горами, если бы ограничили наши числа одним или даже двумя десятичными знаками.

Пример 5

Какова молекулярная масса каждого вещества?

NBr ₃
С ₂ В ₆

Решение

Добавьте одну атомную массу азота и три атомные массы брома:
1 N масса = 14.007 u
3 массы Br = 3 × 79,904 u = 239,712 х
Всего = 253,719 u = молекулярная масса NBr ₃
Добавьте две атомные массы углерода и шесть атомных масс водорода:
2 массы C = 2 × 12,011 u = 24,022 u
6 масс H = 6 × 1,008 u = 6.048 или
Всего = 30.070 u = молекулярная масса C ₂ H ₆
Соединение C ₂ H ₆ также имеет общее название — этан.

Проверьте себя

Какова молекулярная масса каждого вещества?

СО ₂
ПФ ₃

Ответы

64.063 u
87.968 u

Химия везде: гексафторид серы

20 марта 1995 года японская террористическая группа «Аум Синрикё» (санскрит означает «высшая истина») выпустила зарин в системе метро Токио; двенадцать человек погибли и тысячи получили ранения (часть (а) на прилагаемом рисунке).Зарин (молекулярная формула C ₄ H ₁₀ FPO ₂) — это нервный токсин, который был впервые синтезирован в 1938 году. Он считается одним из самых смертоносных известных токсинов, примерно в 500 раз более сильным, чем цианид. . Ученые и инженеры, изучающие распространение химического оружия, такого как зарин (да, такие ученые есть), хотели бы иметь менее опасное химическое вещество, действительно нетоксичное, чтобы они сами не подвергались риску.

Гексафторид серы используется в качестве модельного соединения для зарина.SF ₆ (молекулярная модель которого показана в части (b) на сопроводительном рисунке) имеет такую же молекулярную массу (около 146 единиц), что и зарин (около 140 единиц), поэтому он имеет аналогичные физические свойства в паровой фазе. . Гексафторид серы также очень легко точно определить даже при низких уровнях, и он не является нормальной частью атмосферы, поэтому вероятность загрязнения из естественных источников незначительна. Следовательно, SF ₆ также используется как воздушный индикатор для систем вентиляции в зданиях.Он нетоксичен и очень химически инертен, поэтому рабочим не нужно принимать никаких специальных мер, кроме наблюдения за удушьем.

Гексафторид серы также имеет еще одно интересное применение: искрогаситель в высоковольтном электрооборудовании. Газ высокого давления SF ₆ используется вместо более старых масел, которые могут содержать вредные для окружающей среды загрязнители (часть (c) на сопроводительном рисунке).

Что такое относительная атомная масса и относительная молекулярная масса элемента?

Формула относительной атомной массы

Более раннее развитие относительной атомной массы

Атом очень крошечный.Поэтому определить его массу путем взвешивания невозможно. Итак, химики сравнивают массу атома со стандартным атомом.
Масса атома по сравнению со стандартным атомом известна как его относительная атомная масса (Ar). У него нет единицы.
Сначала химики использовали атом водорода как стандартный атом, потому что он самый легкий. Масса одного атома водорода была принята за 1 единицу.
Например, атом гелия в 4 раза тяжелее атома водорода, поэтому относительная атомная масса гелия равна 4.
Однако многие элементы не могут реагировать с водородом. Таким образом, относительные массы этих элементов не могут быть определены экспериментально. Кроме того, наличие водорода в виде газа при комнатной температуре затрудняет обращение с ним.
Итак, атом кислорода заменил водород как стандартный атом.
Однако проблемы возникли, когда было обнаружено существование трех изотопов кислорода. Химики использовали в качестве стандарта природный кислород, содержащий все три изотопа, тогда как физики использовали изотоп кислород-16 в качестве стандарта.

Люди тоже спрашивают

Относительная атомная масса (A

_r) на основе углерода-12

Наконец, в 1961 году новый единый стандарт, атом углерода-12, был согласован на международном уровне.

Масса одного атома углерода-12 была присвоена ровно 12 единицам.
Carbon-12 был выбран по нескольким причинам.
(a) Углерод-12 уже использовался в качестве эталона в масс-спектрометрах.
(б) Многие элементы могут сочетаться с углеродом -12.
(c) Углерод-12 существует в твердом виде при комнатной температуре, поэтому с ним легко обращаться.
(d) Углерод-12 — самый распространенный изотоп углерода, его содержание составляет около 98,89%. Таким образом, масса ровно 12 единиц, приписываемая одному атому углерода-12, является точным значением.
На основе шкалы углерода-12 относительная атомная масса (A _r) элемента определяется как средняя масса одного атома элемента по сравнению с одной двенадцатой массой атома углерода-12.
Например, средняя масса одного атома натрия в 23 раза больше, чем масса одной двенадцатой атома углерода-12.Следовательно, относительная атомная масса натрия равна 23.
Настоящие относительные атомные массы элементов основаны на шкале углерода-12 и могут быть найдены в Периодической таблице элементов.

Примечание:

Почему относительная атомная масса элемента не имеет единицы?
Ответ:
Относительная атомная масса не является реальной массой атома. Это только сравнительное значение. Следовательно, относительная атомная масса не имеет единицы.
Относительные атомные массы для большинства элементов являются целыми числами.Однако относительная атомная масса хлора принята равной 35,5 и не является целым числом. Почему?
Ответ:
Обратите внимание, что относительная атомная масса определяется на основе средней массы элементов. Для большинства элементов только один из их изотопов встречается в большом количестве. Следовательно, их относительные атомные массы очень близки к целым числам и, следовательно, могут быть округлены в большую сторону. Природный хлор в значительных количествах состоит из двух изотопов — 75% хлора-35 и 25% хлора-37. Следовательно, относительная атомная масса оказывается равной 35.5 и поэтому не может быть округлен.

Задачи относительной атомной массы и решения

1. Подсчитайте, во сколько раз 3 атома кальция тяжелее 5 атомов углерода.
[Относительная атомная масса: C, 12; Ca, 40]
Раствор:

2. Сколько атомов магния будут иметь ту же массу, что и два атома серебра?
[Относительная атомная масса: Mg, 24; Ag, 108]
Раствор:

Относительная молекулярная масса (M

_r) и относительная формульная масса (F _r)

Относительная молекулярная масса вещества — это средняя масса молекулы вещества по сравнению с одной двенадцатой массой одного атома углерода-12.
Например, относительная молекулярная масса воды равна 18. Это означает, что средняя масса одной молекулы воды в 18 раз больше, чем масса одной двенадцатой атома углерода-12.
Молекула состоит из нескольких атомов. Следовательно, относительная молекулярная масса вещества рассчитывается путем сложения относительных атомных масс всех атомов, присутствующих в молекуле вещества.
По этой причине важно сначала знать молекулярную формулу вещества.

В таблице ниже показано, как рассчитать относительные молекулярные массы некоторых веществ.

Вещество	Молекулярная формула	Относительная молекулярная масса, M _r
Газообразный водород	H ₂	2 (1) = 2
Кислород	О ₂	2 (16) = 32
Вода	H ₂ O	2 (1) + 16 = 18
Пропан	С ₃ В ₈	3 (12) + 8 (1) = 44
Этанол	С ₂ H ₅ ОН	2 (12) + 5 (1) + 16 + 1 = 46

Таблица: Относительные молекулярные массы некоторых веществ
[Относительная атомная масса: H, 1; С, 12; О, 16]

Термин «относительная молекулярная масса» может использоваться только для веществ, состоящих из молекул.Для ионных соединений вместо этого используется термин « относительная формула масса » или F _r .
Подобно относительной молекулярной массе, относительная формульная масса ионного соединения рассчитывается путем сложения относительных атомных масс всех атомов, указанных в его формуле.

В таблице ниже показан расчет относительных формульных масс некоторых ионных соединений.
Таблица: Относительные формулы масс некоторых ионных соединений

Вещество	Молекулярная формула	Относительная формула массы, F _r
Хлорид натрия	NaCl	23 + 35.5 = 58,5
Оксид калия	К ₂ О	2 (39) + 16 = 94
Медь (II) хлорид	CuCl ₂	64 + 2 (35,5) = 135
Нитрат цинка	Zn (НЕТ ₃) ₂	65+ 2 [14 +3 (16)] = 189
Сульфат алюминия	AI ₂ (SO ₄) ₃	2 (27) + 3 [32 +4 (16)] = 342
Гидратированная медь (II) сульфат	CuSO ₄.5H ₂ O	64 + 32 + 4 (16) + 5 [2 (1) + 16] = 250

Относительная атомная масса: H, 1; N 14; О, 16; Na, 23; Аl, 27; S, 32; Cl, 35,5; К, 39; Cu, 64; Zn, 65]

Если мы знаем относительную молекулярную или формульную массу соединения, мы можем узнать относительную атомную массу любого неизвестного элемента в соединении.

Относительная молекулярная масса и относительная формула массы Задачи с решениями

1. Рассчитайте относительную молекулярную массу аммиака.
[Относительная атомная масса: H, 1; N, 14]
Раствор:
Молекулярная формула аммиака NH ₃.
Относительная молекулярная масса аммиака
= A _r азота + (3 x A _r водорода)
= 14 + 3 (1)
= 17

2. Относительная формульная масса соединения с формулой Y ₂ SO ₄ равна 142. Вычислите относительную атомную массу элемента Y.
[Относительная атомная масса: O, 16; S, 32]
Решение:
Пусть относительная атомная масса элемента Y = y
Учитывая, что относительная формула массы Y ₂ SO ₄ = 142
Следовательно, 2y + 32 + 4 (16) = 142
2y + 96 = 142
2y = 46
y = 46/2
= 23
Итак, относительная атомная масса элемента Y равна 23.

Определение относительной атомной массы и относительной молекулярной массы элемента

Цель: Исследовать понятия относительной атомной массы и относительной молекулярной массы, используя аналогию.
Материалы: Болты 5 см, гайки и кнопки.
Аппарат: Весы с двумя чашами.
Процедура:
1. Болт помещается на одну чашу весов, как показано на рисунке ниже.
2. На другой противень помещено достаточно кнопок, чтобы уравновесить две сковороды.
3. Подсчитывается и записывается количество использованных кнопок.
4. Шаги с 1 по 3 повторяются с использованием гайки, болта с гайкой и болта с двумя гайками, по одной вместо болта.
Результаты:

Объект	Количество используемых кнопок	Относительная масса объекта (по сравнению с канцелярской кнопкой)
Болт	20	20
Гайка	5	5
Болт с гайкой	25	25
Болт с двумя гайками	30	30

Обсуждение:

В этом упражнении
(a) кнопка, болт и гайка представляют собой атомы трех элементов.Кнопка
(б) принята за эталон для сравнения масс. Масса одной канцелярской кнопки приписывается 1 единице.
(c) болт с гайкой и болт с двумя гайками представляют собой две молекулы, состоящие из «элементов» болта и гайки.
Так как масса одного болта эквивалентна массе 20 канцелярских кнопок, масса одного болта составляет 20 единиц. Следовательно,
Таким же образом относительная атомная масса ореха равна 5.
Было обнаружено, что:
(a) относительная молекулярная масса болта с одной гайкой
= относительная атомная масса болта + относительная атомная масса гайки = 20 + 5 = 25
(b) относительная молекулярная масса болта с двумя гайками
= относительная атомная масса болта + (2 x относительная атомная масса гайки)
= 20 + 2 (5)
= 30
Точно так же относительная молекулярная масса вещества эквивалентна сумме относительных атомных масс всех атомов, составляющих одну молекулу вещества.
Этим упражнением доказано, что нам не нужно знать фактическую массу атомов или молекул, чтобы определить их относительные массы.

Заключение:
Относительную атомную или молекулярную массу можно определить путем сравнения массы одного атома или молекулы с массой стандартного атома соответственно.

Как найти молекулярную массу соединения

Молекулярная масса или молекулярная масса — это общая масса соединения. Он равен сумме индивидуальных атомных масс каждого атома в молекуле.Определить молекулярную массу соединения легко, выполнив следующие действия:

Определите молекулярную формулу молекулы.
Используйте таблицу Менделеева, чтобы определить атомную массу каждого элемента в молекуле.
Умножьте атомную массу каждого элемента на количество атомов этого элемента в молекуле. Это число представлено нижним индексом рядом с символом элемента в молекулярной формуле.
Сложите эти значения для каждого отдельного атома в молекуле.

Итого будет молекулярная масса соединения.

Пример расчета простой молекулярной массы

Например, чтобы найти молекулярную массу NH ₃, первым делом нужно найти атомные массы азота (N) и водорода (H).

H = 1,00794
N = 14,0067

Затем умножьте атомную массу каждого атома на количество атомов в соединении. Имеется один атом азота (для одного атома индекс не дается).Есть три атома водорода, как указано нижним индексом.

молекулярная масса = (1 x 14,0067) + (3 x 1,00794)
молекулярная масса = 14,0067 + 3,02382
молекулярная масса = 17,0305

Обратите внимание, что калькулятор выдаст ответ 17.03052, но полученный ответ содержит меньше значащих цифр, потому что в значениях атомной массы, используемых в вычислениях, есть шесть значащих цифр.

Пример расчета комплексной молекулярной массы

Вот более сложный пример: найдите молекулярную массу (молекулярную массу) Ca ₃ (PO ₄) ₂.

Из периодической таблицы атомные массы каждого элемента равны:

Ca = 40,078
P = 30,973761
O = 15,9994

Сложная часть — выяснить, сколько атомов каждого атома присутствует в соединении. Есть три атома кальция, два атома фосфора и восемь атомов кислорода. Как ты это получил? Если часть соединения заключена в круглые скобки, умножьте нижний индекс, следующий сразу за символом элемента, на нижний индекс, закрывающий круглые скобки.

молекулярная масса = (40.078 x 3) + (30,97361 x 2) + (15,9994 x 8)
молекулярная масса = 120,234 + 61,94722 + 127,9952 Молекулярная масса
= 310,17642 (из калькулятора)
молекулярная масса = 310,18

В окончательном ответе используется правильное количество значащих цифр. В данном случае это пять цифр (от атомной массы кальция).

Советы для успеха

Помните, что если после символа элемента не указан нижний индекс, это означает, что имеется один атом.
Нижний индекс применяется к следующему символу атома.Умножьте индекс на атомный вес атома.
Сообщите свой ответ, используя правильное количество значащих цифр. Это будет наименьшее количество значащих цифр в значениях атомных масс. Следите за правилами округления и усечения, которые зависят от ситуации.

атомный вес | Определение, единицы и таблица

Атомная масса , также называемая относительной атомной массой , отношение средней массы атомов химического элемента к некоторому стандарту.С 1961 года стандартной единицей атомной массы является одна двенадцатая массы атома изотопа углерода-12. Изотоп — это один из двух или более видов атомов одного и того же химического элемента, которые имеют разные атомные массовые числа (протоны + нейтроны). Атомный вес гелия составляет 4,002602, среднее значение, которое отражает типичное соотношение естественного содержания его изотопов. Атомный вес измеряется в атомных единицах массы (а.е.м.), также называемых дальтонами. См. Ниже для списка химических элементов и их атомных весов.

Понятие атомного веса является фундаментальным в химии, потому что большинство химических реакций протекает в соответствии с простыми числовыми соотношениями между атомами. Поскольку почти всегда невозможно напрямую подсчитать задействованные атомы, химики измеряют реагенты и продукты путем взвешивания и приходят к своим выводам путем расчетов с использованием атомных весов. Поиски определения атомного веса элементов занимали величайших химиков 19 и начала 20 веков.Их тщательная экспериментальная работа стала ключом к химической науке и технологиям.

Надежные значения атомных весов служат важной цели совершенно иным образом, когда химические товары покупаются и продаются на основе содержания одного или нескольких указанных компонентов. Примерами являются руды дорогих металлов, таких как хром или тантал, и промышленная кальцинированная сода. Содержание указанного компонента необходимо определять количественным анализом. Расчетная стоимость материала зависит от атомных весов, используемых в расчетах.

Первоначальным стандартом атомной массы, установленным в 19 веке, был водород со значением 1. Примерно с 1900 по 1961 год кислород использовался в качестве эталона с заданным значением 16. Единица атомной массы таким образом была определена как ¹/₁₆ масса атома кислорода. В 1929 году было обнаружено, что природный кислород содержит небольшое количество двух изотопов, немного тяжелее самого распространенного, и что число 16 представляет собой средневзвешенное значение трех изотопных форм кислорода, встречающихся в природе.Эта ситуация считалась нежелательной по нескольким причинам, и, поскольку можно определить относительные массы атомов отдельных изотопных частиц, вскоре была установлена вторая шкала с 16 как значение основного изотопа кислорода, а не значение натуральная смесь. Эта вторая шкала, предпочитаемая физиками, стала известна как физическая шкала, а более ранняя шкала продолжала использоваться как химическая шкала, которую предпочитали химики, которые обычно работали с природными смесями изотопов, а не с чистыми изотопами.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Хотя эти две шкалы различались лишь незначительно, соотношение между ними не может быть точно зафиксировано из-за незначительных вариаций изотопного состава природного кислорода из разных источников. Также считалось нежелательным иметь две разные, но тесно связанные шкалы, относящиеся к одним и тем же величинам. По обеим этим причинам в 1961 году химики и физики установили новую шкалу.Эта шкала, основанная на углероде-12, требовала лишь минимальных изменений значений, которые использовались для химических атомных весов.

Поскольку образцы элементов, встречающихся в природе, содержат смеси изотопов с разным атомным весом, Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) начал публиковать атомные веса с неопределенностями. Первым элементом, получившим неопределенность в своем атомном весе, была сера в 1951 году. К 2007 году 18 элементов имели связанные неопределенности, а в 2009 году ИЮПАК начал публиковать диапазоны атомных масс некоторых элементов.Например, атомный вес углерода задается как [12.0096, 12.0116].

В таблице приведен список химических элементов и их атомный вес.

Химические элементы
элемент	символ	атомный номер	атомный вес
Элементы с атомным весом, указанным в квадратных скобках, имеют атомный вес, указанный в диапазоне.В элементах с атомным весом в скобках указан вес изотопа с наибольшим периодом полураспада.
Источники: Комиссия по изотопному содержанию и атомным весам, «Атомные веса элементов 2015»; и Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория, NuDat 2.6.
водород	ЧАС	1	[1.00784, 1.00811]
гелий	Он	2	4,002602
литий	Ли	3	[6.938, 6.997]
бериллий	Быть	4	9.0121831
бор	B	5	[10,806, 10,821]
углерод	C	6	[12.0096, 12.0116]
азот	N	7	[14.00643, 14.00728]
кислород	О	8	[15.99903, 15.99977]
фтор	F	9	18.998403163
неон	Ne	10	20.1797
натрий	Na	11	22,98976928
магний	Mg	12	[24.304, 24.307]
алюминий (алюминий)	Al	13	26.9815385
кремний	Si	14	[28.084, 28.086]
фосфор	п	15	30.973761998
сера (сера)	S	16	[32.059, 32.076]
хлор	Cl	17	[35,446, 35,457]
аргон	Ar	18	39,948
калий	K	19	39.0983
кальций	Ca	20	40,078
скандий	Sc	21 год	44,955908
титан	Ti	22	47.867
ванадий	V	23	50,9415
хром	Cr	24	51,9961
марганец	Mn	25	54.938044
утюг	Fe	26	55,845
кобальт	Co	27	58,933194
никель	Ni	28 год	58.6934
медь	Cu	29	63,546
цинк	Zn	30	65,38
галлий	Ga	31 год	69.723
германий	Ge	32	72,630
мышьяк	В виде	33	74,
селен	Se	34	78.971
бром	Br	35 год	[79.901, 79.907]
криптон	Kr	36	83,798
рубидий	Руб.	37	85.4678
стронций	Sr	38	87,62
иттрий	Y	39	88,
цирконий	Zr	40	91.224
ниобий	Nb	41 год	92,
молибден	Пн	42	95,95
технеций	Tc	43 год	(97)
рутений	RU	44 год	101.07
родий	Rh	45	102,
палладий	Pd	46	106,42
серебро	Ag	47	107.8682
кадмий	CD	48	112,414
индий	В	49	114,818
банка	Sn	50	118.710
сурьма	Sb	51	121,760
теллур	Te	52	127,60
йод	я	53	126.
ксенон	Xe	54	131,293
цезий (цезий)	CS	55	132,₁₉₆
барий	Ба	56	137.327
лантан	Ла	57	138,
церий	Ce	58	140,116
празеодим	Pr	59	140.
неодим	Nd	60	144,242
прометий	Вечера	61	(145)
самарий	См	62	150.36
европий	Евросоюз	63	151,964
гадолиний	Б-г	64	157,25
тербий	Tb	65	158.
диспрозий	Dy	66	162 500
гольмий	Хо	67	164,
эрбий	Э	68	167.259
тулий	Тм	69	168,93422
иттербий	Yb	70	173,045
лютеций	Лу	71	174.9668
гафний	Hf	72	178,49
тантал	Та	73	180,94788
вольфрам (вольфрам)	W	74	183.84
рений	Re	75	186,207
осмий	Операционные системы	76	190,23
иридий	Ir	77	192.217
платина	Pt	78	195,084
золото	Au	79	196.966569
Меркурий	Hg	80	200.592
таллий	Tl	81 год	[204,382, 204,385]
Свинец	Pb	82	207,2
висмут	Би	83	208.98040
полоний	По	84	(209)
астатин	В	85	(210)
радон	Rn	86	(222)
франций	Пт	87	(223)
радий	Ра	88	(226)
актиний	Ac	89	(227)
торий	Чт	90	232.0377
протактиний	Па	91	231.03588
уран	U	92	238.02891
нептуний	Np	93	(237)
плутоний	Пу	94	(244)
америций	Являюсь	95	(243)
кюрий	См	96	(247)
берклий	Bk	97	(247)
калифорний	Cf	98	(251)
эйнштейний	Es	99	(252)
фермий	FM	100	(257)
менделевий	Мкр	101	(258)
нобелий	Нет	102	(259)
лоуренсий	Lr	103	(262)
резерфордий	Rf	104	(263)
дубний	Db	105	(268)
сиборгий	Sg	106	(271)
бориум	Bh	107	(270)
хасиум	Hs	108	(270)
мейтнерий	Mt	109	(278)
Дармштадтиум	Ds	110	(281)
рентгений	Rg	111	(281)
Copernicium	Cn	112	(285)
Ununtrium	Уут	113	(286)
флеровий	Fl	114	(289)
унунпентиум	Uup	115	(289)
ливерморий	Ур.	116	(293)
ununseptium	Uus	117	(294)
ununoctium	Ууо	118	(294)

Относительная атомная масса

— обзор

1.2 Периодическая таблица

Периодическая таблица Менделеева представляет собой бесценную классификацию всех химических элементов, причем элемент представляет собой совокупность атомов одного типа. Типичный вариант показан в Таблице 1.2. Из 107 элементов, которые появляются, около 90 встречаются в природе; остальные производятся в ядерных реакторах или ускорителях частиц. Атомный номер ( Z ) каждого элемента указан вместе с его химическим символом и может рассматриваться либо как число протонов в ядре, либо как число электронов, вращающихся на орбите в атоме.Элементы, естественно, классифицируются на периоды (горизонтальные строки), в зависимости от того, какая электронная оболочка заполняется, и группы (вертикальные столбцы). Элементы в любой одной группе имеют электроны в своей внешней оболочке в одинаковой конфигурации и, как прямой результат, имеют аналогичные химические свойства.

Таблица 1.2. Периодическая таблица элементов

Принцип построения ( Aufbauprinzip ) таблицы основан на двух правилах. Во-первых, принцип исключения Паули (раздел 1.1.1) необходимо соблюдать. Во-вторых, в соответствии с правилом максимальной множественности Хунда основное состояние всегда должно развивать максимальный спин. Этот эффект схематически продемонстрирован на рисунке 1.2. Предположим, что мы подаем три электрона на три «пустые» орбитали 2 p . Они будут строить паттерн из параллельных вращений (Рисунок 1.2 (a)), а не из парных вращений (Рисунок 1.2 (b)). Четвертый электрон вызовет спаривание Рис. 1.2 (c). Иногда в последовательности «заполнения» энергетических состояний возникают неоднородности, поскольку электроны всегда переходят в состояние с наименьшей доступной энергией.Таким образом, 4 s -состояний, находящихся на более низком уровне энергии, заполняются до 3 d -состояний.

Рисунок 1.2. Применение правила множественности Хунда к электронному заполнению энергетических состояний.

Периодическая таблица строится, электрон за электроном, с постепенным заполнением энергетических состояний. За этим можно проследить в Приложении 3. Первый период начинается с простого атома водорода, который имеет единственный протон в ядре и один вращающийся электрон ( Z = 1).Следовательно, атом электрически нейтрален, и для состояния с наименьшей энергией электрон будет в состоянии 1 s . В гелии, следующем элементе, заряд ядра увеличивается на один протон, а дополнительный электрон сохраняет нейтральность ( Z = 2). Эти два электрона заполняют состояние 1 s и обязательно будут иметь противоположные спины. Ядро гелия содержит два нейтрона, а также два протона; следовательно, его масса в четыре раза больше, чем у водорода. Следующий атом, литий, имеет ядерный заряд 3 ( Z = 3), и, поскольку первая оболочка заполнена, электрон должен войти в состояние 2 s , которое имеет несколько более высокую энергию.Электрон в состоянии 2 s , обычно называемый валентным электроном, «экранирован» внутренними электронами от притягивающего ядра и, следовательно, менее прочно связан. В результате этот валентный электрон относительно легко отделить. «Электронное ядро», которое содержит два прочно связанных электрона и, поскольку оно несет один суммарный положительный заряд, называется одновалентным катионом. Общий процесс потери или получения электронов известен как ионизация.

При развитии первого короткого периода от лития ( Z = 3) до неона ( Z = 10) наборы состояний, соответствующие двум главным квантовым числам ( n = 1, n = 2) заполнены, и говорят, что электроны в этих состояниях образовали замкнутые оболочки. Это следствие квантовой механики, что после заполнения оболочки энергия этой оболочки падает до очень низкого значения, и в результате электронная конфигурация становится очень стабильной. Таким образом, гелий, неон, аргон и криптон связаны с закрытыми оболочками и, будучи по своей природе стабильными и химически инертными, вместе известны как инертные газы.

Второй короткий период, от натрия ( Z = 11) до аргона ( Z = 18), начинается с заселения орбитали 3 s и заканчивается, когда орбитали 3 p заполнятся. . Последующий длительный период простирается от калия ( Z = 19) до криптона ( Z = 36) и, как упоминалось ранее, имеет необычную особенность заполнения состояния 4 s до 3 d . -государственный. Таким образом, калий имеет сходство с натрием и литием в том, что электрон с наивысшей энергией находится в состоянии s ; как следствие, они имеют очень похожую химическую активность, образуя группу, известную как элементы щелочного металла.После кальция ( Z = 20) начинается заполнение состояния 3 d .

-состояние 4 s заполнено кальцием ( Z = 20), и заполнение состояния 3 d становится энергетически выгодным для образования скандия ( Z = 21). Это запоздалое заполнение пяти 3 d -орбиталей от скандия до его завершения в меди ( Z = 29) охватывает первую серию переходных элементов. Один из членов этого ряда, хром ( Z = 24), очевидно, ведет себя необычным образом.Применяя правило Хунда, мы можем заключить, что максимизация параллельного спина достигается размещением шести электронов с одинаковым спином, так что пять заполняют 3 d -состояний, а один входит в 4 s -состояние. Этот режим полного заполнения состояний 3 d значительно снижает энергию электронов в этой оболочке. Опять же, в меди ( Z = 29), последнем члене этого переходного ряда, полное заполнение всех 3 d -орбиталей также приводит к значительному снижению энергии.Из этих объяснений следует, что уровни энергии 3 d и 4 s очень близки друг к другу. После меди энергетические состояния заполняются просто, и первый длительный период заканчивается криптоном ( Z = 36). Следует отметить, что лантаноиды ( Z = 57–71) и актиниды ( Z = 89–103) из-за их последовательности заполнения состояний были выделены из основной части таблицы 1.2. Продемонстрировав способ применения квантовых правил к построению периодической таблицы для первых 36 элементов, теперь мы можем изучить некоторые общие аспекты классификации.

Если учесть небольшую разницу в шаге одного электрона между соседними элементами в периодической таблице, не удивительно обнаружить, что различие между металлическими и неметаллическими элементами неточно. На самом деле существует промежуточный ряд элементов, металлоидов, которые обладают свойствами как металлов, так и неметаллов. Однако мы можем рассматривать элементы, которые могут легко потерять электрон в результате ионизации или образования связи, как сильно металлические по своему характеру (например,грамм. щелочных металлов). И наоборот, элементы, которые имеют сильную тенденцию приобретать электрон и тем самым образуют стабильную конфигурацию из двух или восьми электронов во внешней оболочке, являются неметаллическими (например, галогены фтор, хлор, бром, йод). Таким образом, электроположительные металлические элементы и электроотрицательные неметаллические элементы находятся в левой и правой частях периодической таблицы, соответственно. Поведение внешних (валентных) электронов оказывает глубокое и определяющее влияние на связывание и, следовательно, на электрические, магнитные и оптические свойства.

До осознания того, что часто наблюдаемые периодичности химического поведения могут быть выражены в терминах электронных конфигураций, упор делался на «атомный вес». Эта величина, которая теперь называется относительной атомной массой, неуклонно увеличивается по всей периодической таблице по мере добавления протонов и нейтронов к ядрам. Атомная масса ² определяет такие физические свойства, как плотность, удельная теплоемкость и способность поглощать электромагнитное излучение.

Рабочий пример

Запишите ожидаемую электронную конфигурацию для Ni и Cu. Комментарий по наполнению оболочки 3 d .

Решение

Для Ni Z = 28, и поскольку оболочка 4 s должна быть заполнена до оболочки 3 d , его электронная конфигурация составляет [Ar] 4 s ² 3 д ⁸.

Для Cu Z = 29, и поэтому его электронная конфигурация будет иметь вид [Ar] 4 s ² 3 d ⁹.Однако в этом случае дополнительную стабильность можно получить, заполнив оболочку 3 d , оставив 4 s с одним электроном. Правильная конфигурация: [Ar] 4 s ¹ 3 d ¹⁰.

Расчет молекулярной массы

— Центр Гельфанда

Химическая формула воды — h3O, что означает, что эта молекула имеет 3 атома: 2 атома водорода (H) и 1 атом кислорода (O). Используя периодическую таблицу элементов, чтобы найти атомные веса, мы находим, что водород имеет атомный вес 1, а кислород — 16.Чтобы вычислить молекулярную массу одной молекулы воды, мы складываем вклады от каждого атома; то есть 2 (1) + 1 (16) = 18 грамм / моль.
Химическая формула мономера этилена — (Ch3-Ch3) -. Всего в нем 6 атомов: 2 атома углерода (C) и 4 атома водорода (H). Атомный вес углерода 12; а водород равен 1, поэтому один мер этилена имеет вес 2 (12) + 4 (1) = 28. Мы объединяем (реагируем) многие меры этилена вместе, образуя полиэтиленовую цепь. Одна тысяча мер, соединенных вместе, в сумме даст вес 28000 граммов / моль и будет иметь 6000 атомов.

моль — это стандартный химический метод определения количества присутствующего вещества. моль — это единица измерения количества вещества. Один моль «чего-то» содержит 6,022 x 1023 объекта. Например, в одном моль химического соединения содержится 6,022 x 1023 молекул.

Рассчитаем молекулярную массу некоторых распространенных соединений. Используйте приведенную ниже таблицу, чтобы найти атомный вес каждого атома (элемента), или обратитесь к Периодической таблице элементов. Подсказка : Подсчитайте количество атомов каждого элемента, а затем умножьте это число на атомный вес элемента.

Элемент	Атомный Вес
H (водород)	1
C (углерод)	12
N (азот)	14
O (кислород)	16
Na (натрий)	23
Cl (хлор)	35

Поваренная соль — NaCl
Ответ: 23 (1) +35 (1) = 58
Аммиак — Nh4
Ответ: 1 (3) +14 (1) = 3 + 14 = 17
Уксус (уксусная кислота) — Ch4COOH
Ответ: 1 (4) +12 (2) +16 (2) = 4 + 24 + 32 = 60

водород	белый
углерод	чёрный
кислород	красный (оранжевый)
азот	синий
сера	жёлтый
галогены	зелёный
алюминий	тёмно-серый

1 N масса	= 14.007 u
3 массы Br = 3 × 79,904 u	= 239,712 х
Всего	= 253,719 u = молекулярная масса NBr ₃

2 массы C = 2 × 12,011 u	= 24,022 u
6 масс H = 6 × 1,008 u	= 6.048 или
Всего	= 30.070 u = молекулярная масса C ₂ H ₆

Урок №12. Химические формулы. Относительная молекулярная масса. Качественный и количественный состав вещества

Урок в 8 классе по теме Химические формулы. Относительная атомная и молекулярные массы. | План-конспект урока по химии (8 класс) по теме:

Химические формулы. Относительная молекулярная масса

§ 6. Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы

Технологическая карта урока «Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы». 8 класс

План-конспект урока химические формулы относительная атомная и молекулярная массы

Относительная атомная масса

Относительная молекулярная масса вещества

Тренажер «Вычисление относительной молекулярной массы веществ»

Относительная молекулярная масса вещества

Тренажер «Вычисление относительной молекулярной массы веществ»

Программа вступительных испытаний по химии

Часть I. Основы теоретической химии

Часть II. Элементы и их соединения.

Неорганическая химия

Органическая химия

Рекомендуемая литература

3,2: Формула и молекулярная масса

Формула и молекулярная масса

Процентный состав формулы

Определение эмпирической формулы пенициллина

От эмпирической формулы к молекулярной формуле

Сводка

Авторы и авторства

Масса атомов и молекул — Введение в химию — 1-е канадское издание

Цель обучения

Пример 5

Химия везде: гексафторид серы

Что такое относительная атомная масса и относительная молекулярная масса элемента?

Что такое относительная атомная масса и относительная молекулярная масса элемента?

Формула относительной атомной массы

Относительная атомная масса (A

Задачи относительной атомной массы и решения

Относительная молекулярная масса (M

Относительная молекулярная масса и относительная формула массы Задачи с решениями

Определение относительной атомной массы и относительной молекулярной массы элемента

Как найти молекулярную массу соединения

Пример расчета простой молекулярной массы

Пример расчета комплексной молекулярной массы

Советы для успеха

атомный вес | Определение, единицы и таблица

— обзор

1.2 Периодическая таблица

Рабочий пример

Решение

— Центр Гельфанда

Добавить комментарий Отменить ответ