Составление формул, расчёт количества соединения ( материалы вебинара )

Составление формул соединений из заданного набора элементов Упражнение 10. Представьте в общепринятом виде и назовите соединения.Определите к какому классу они принадлежат. Вариант 1. H 20 B 4 O 17 Na 2 ; Вариант 2. H 14 O 2 N 4 Cu; Вариант 3. H 6 C 4 ZnO 4; Вариант 4. S 4 N 2 H 56 O 40 Al 2 ; Вариант 5. H 8 ClO 6 Ca; Вариант 6. H 6 P 1 N 1 O 5 Cd; Вариант 7. H 28 N 1 S 2 O 20 Fe 1 ; Вариант 8. H 20 N 2 S 2 O 1 4S 1 ; Вариант 9. C 4 N 4 KAu; Вариант 10. H 39 C 18 O 30 U 3 Zn 1 Li; Вариант 11. H 8 N 2 F 6 Si; Вариант 12. N 6 O 12 CuPbNa 2 Вариант 13. H 8 O 6 Sn; Вариант 14. C 6 Ag 3 N 6 Fe; Вариант 15. H 18 N 3 O 18 Al; Вариант 16. P 2 O 13 U 3.

ПРИМЕР 1. H 20 B 4 O 17 Na 2 - выявляем гидратную воду Н 20 О 10 ; остаётся B 4 O 7 Na 2. Расставляем элементы в порядке возрастания электроотрицательностей и получаем Na 2 B 4 O 7 * 10H 2 O – декагидрат тетрабората натрия, средняя соль, кристаллогидрат. ПРИМЕР 2. H 6 C 4 ZnO 4 –содержит большие количества атомов Н, С и О,что может говорить о наличии кислотного остатка органической кислоты у катиона цинка. Рассматриваем вариант одноосновной кислоты, аниона которой у цинка должно стоять 2, то есть 4 углерода приходятся на два аниона, следовательно один анион кислоты содержит 2 атома углерода – проверяем версию уксусной кислоты 2CH 3 COO- - как раз эти 2 остатка содержат 4С,6Н и 4О. Итак, формула соединения Zn(CH 3 COO) 2 - ацетат цинка, средняя соль.

ПРИМЕР 3. S 4 N 2 H 56 O 40 Al 2 – присутствие значительных количеств Н и О свидетельствует о наличии кристаллогидратной воды – выявляем гидратную воду. Кроме того, присутствие N и Н может свидетельствовать о наличии аммиачной группы – либо 2NH 3, либо 2 NH 4 +. Два электроотрицательных элемента S и О вероятно образуют анион кислородсодержащей кислоты: SO 3 2- илиSO 4 2- и др. Степени окисления Н +, О 2- и Al 3+ известны, нужно определить степени окисления азота и серы. Подсчитываем число положительных (+62) и отрицательных (-80) степеней окисления. Разницу 80 – 62 = 18 минусов компенсируют S и N,следовательно на долю серы может приходиться либо 4*4=16+, тогда на долю азота остаются 2+, т.е. азот должен иметь степень окисления +1,что вряд ли вероятно.

Если же присвоить сере степень окисления +6, мы получим 4S+6 – 24 плюса и тогда на долю 2N будет приходиться 24 – 18 = 6 минусов, т.е. азот будет со степенью окисления -3. Наличие катионов и аниона S +6 указывает на соль. Проставляем катионы и анионы. Al 2 (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 4 * n Н 2 О. Количество молекул воды определяем по кислороду: атомов О ( в формуле) - атомов О(в соли) = атомов О ( в молекулах воды) = 40 – 16 = 24 H 2 O. Ответ: (NH 4 ) 2 Al 2 (SO 4 ) 3 * 24 H 2 O или (NH 4 ) 2 SO 4 *Al 2 (SO 4 ) 3 *24H 2 O – алюмоаммонийные квасцы или кристаллогидрат двойной соли сульфатов алюминия и аммония.

Ответы на задания упражнения Na 2 B 4 O 7 * 10H 2 O – декагидрат тетрабората натрия, соль, кристаллогидрат; 2. [Cu(NH 3 ) 4 ](OH) 2 – гидроксид тетрааммин- меди (II), комплексное основание; 3. Zn(CH 3 COO) 2 – ацетат цинка, средняя соль; 4. (NH 4 ) 2 SO 4 *Al 2 (SO 4 ) 3 *24H 2 O – алюмоаммонийные квасцы или кристаллогидрат двойной соли сульфатов алюминия и аммония. 5. Ca(ClO) 2 * 4H 2 O – тетрагидрат гипохлорита кальция, соль, кристаллогидрат; 6. CdNH 4 PO 4 * H 2 O – моногидрат фосфата кадмия и аммония, двойная соль, гидрат магний аммоний фосфата;

7. FeNH 4 (SO 4 ) 2 * 12H 2 O – додекагидрат сульфатов железа (III) и аммония или железоаммонийные квасцы, двойная соль; 8. Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 * 6H 2 O – гексагидрат сульфатов железа (II) и аммония или железисто аммонийные квасцы или соль Мора, кристаллогидрат двойной соли; 9. K[Au(CN) 4 – тетрацианаурат (III) калия, комплексная соль; 10. LiZn(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 9 * 6H 2 O – гексагидрат ацетата лития,цинка и уранила или гидрат литий- цинк-уранил ацетата, тройная соль; 11. (NH 4 ) 2 SiF 6 – гексафторсиликат аммония, комплексная соль; 12. Na 2 Pb[Cu(NO 2 ) 6 ] – гексанитрокупрат (II) натрия и свинца, комплексная соль;

13. H 2 [Sn(OH) 6 ] – гексагидроксостаннат диводорода или гексагидроксооловянная кислота, комплексная кислота; 14. Ag 3 [Fe(CN) 6 ] – гексацианоферрат (III) серебра, комплексная соль; 15. Al(NO 3 ) 3 * 9H 2 O – моногидрат нитрата алюминия, кристаллогидрат средней соли; 16. (UO 2 ) 3 P 2 O 7 – пирофосфат диоксоурана (V) или пирофосфат уранила (V), оксосоль. При составлении названий соединений основным критерием правильности является возможность написания адекватной формулы по этому названию.

Упражнение 11. Из указанных элементов составьте формулы возможных молекул кислот, оснований и солей, приведите их графические формулы и дайте названия этих соединений по систематической и тривиальной номенклатурам. Учитывая заданные количества элементов определите, сколько моль каждого из веществ можно получить. Запишите уравнения реакций получения солей из образованных Вами кислот и оснований. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ: 1. Ca -8 г,H-1,2*10 23 атомов, Cl- 0,125 дм 3, O-0,5 моль ; 2. Cr-2,4*10 23 ат.,H-0,1 моль, O-3,36 дм 3, K-9,75 г; 3. Bi-0,1 моль,H- 6,72 дм 3,O ат, Na-4,6 г.; 4.V-12,7 г.,H-2,24 дм 3,O- 0,3 моль,K-6,02*10 22 ат.; 5.Cd-11,24 г.,C-2*10 23 ат.,O- 4,4 дм 3,H-0,5 моль; 6. Pb-20,72 г.,S- 2,4*10 23 ат.,O-16,8 дм 3,H-0,1 моль.

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ Дано: алюминия -5,4 г., кислорода – 3,01 * атомов, Водорода – 5,6 дм 3 (н.у.), хлора – 0,25 моль газа. Решение. Составляем формулу кислоты – HCl, графическая формула HCl, хлороводородная или соляная кислота. Рассчитываем количества моль атомов заданных элементов, необходимые для образования HCl. n(H) = объём (Н 2 ) / 22,4 = 5,6 / 22,4 = 0,25 * 2 = 0,5 моль атомов; n(Cl) = n(Cl 2 ) * 2 = 0,25 * 2 = 0,5 моль атомов. Соотношение атомов элементов в формуле 1Н : 1Cl. В нашем случае это соотношение составляет 0,5 Н : 0,5 Cl, следовательно, количество моль HCl будет равно 0,5. Ответ: 0,5 моль молекул HCl.

Составляем формулу основания – Al(OH) 3, - гидроксид алюминия (III), графическая формула HOAlOH Рассчитываем количества моль атомов заданных элементов, необходимые OH для образования молекулы Al(OH) 3. n(Al) = масса (Al) / М (Al) = 5,4 / 27 = 0,2 моль атомов; n(О) = число атомов (О) / N A = 3,01*10 23 / 6,02*10 23 = = 0,5 моль атомов; n(Н) = 0,5 моль атомов. Соотношение атомов элементов в формуле Al(OH)3 = 1Al : 3O : 3H. В нашем случае это соотношение составляет 0,2 Al : 0,5 O : 0,5 H. Делим наше соотношение на 0,2, чтобы получить 1Al И получаем 1 Al : 2,5 O : 2,5 H, то есть водород и кислород находятся в наименьшем количестве и будут определять количество гидроксида алюминия,т.е. 2,5/3 = 0,83 моль Ответ: Количество Al(OH)3 - 0,83 моль молекул.

Кроме соляной кислоты возможно образование кислот: HClO, HClO 2, HClO 3, HCl.O 4 В результате реакций кислот и оснований могут образоваться соли: AlCl 3, AlOHCl 2, Al(OH) 2 Cl, AlOCl, Образование солей кислородсодержащих хлорных кислот достаточно проблематично. Соли Al(ClO) 3 и Al(ClO 2 ) 3, во-первых, вследствие большого объёма анионов, которые просто не разместятся около достаточно малого атома алюминия; во-вторых, соль, образованная слабой кислотой и слабым основанием будет полностью гидролизоваться в водных растворах. Соли Al(ClO 3 ) 3 и Al(ClO 4 ) 3 не смогут образоваться вследствие пространственных затруднений. Al(OH) 3 + HCl = Al(OH) 2 Cl + H 2 O; Al(OH) 3 +2 HCl = Al(OH) Cl 2 +2 H 2 O и так далее….

Несмотря на достаточную простоту этих заданий, они требуют знания ряда разделов, таких как: 1) Закон Авогадро и следствия из него; 2) Правила составления формул согласно электроотрицательностям атомов и степеням окисления элементов в молекулах и ионах; 3) Основные классы неорганических соединений; 4.) Номенклатура неорганических соединений; 5) Правила построения графических формул веществ; 6) Принципы расчёта выхода продуктов реакции при нестехиометрических соотношениях реагирующих веществ (расчёты по избытку и недостатку); 7) Классификация солей и способы их получения. Задание развивает навыки комбинаторики на примерах составления формул.