第二節 計算實驗式
根據實驗數據,確定化合物的實驗式

實驗式,顯示的是化合物內各種原子或離子數目的最簡整數比。由於粒子的數目比等於它們的摩爾比,且摩爾可由質量與摩爾質量計算得到,因此,利用摩爾概念,可確定新化合物的實驗式。其一般步驟如下:

  1. 確定化合物內含有的各種元素。
  2. 根據各元素的質量百分比或其他實驗數據,找出它們的質量比。
  3. 將各元素的質量除以其摩爾質量,計算出粒子的摩爾比。
  4. 將摩爾比化簡為最簡整數比。
  5. 根據最簡整數比,寫出實驗式。
例題一

經實驗測定,\(1.308 \text{ g}\) 某化合物樣本中,含有 \(0.348 \text{ g}\) 鉀和 \(0.462 \text{ g}\) 鉻,其餘均是氧。找出該化合物的實驗式。


題解:

\(\ce{O}\) 的質量 \(= 1.308 \text{ g}- 0.348 \text{ g}- 0.462 \text{ g} = 0.498\text{ g}\)

1. 確定化合物中的各種元素。 \(\ce{K}\) \(:\) \(\ce{Cr}\) \(:\) \(\ce{O}\)
2. 找出質量比。 \(0.348 \text{ g}\) \(:\) \(0.462 \text{ g}\) \(:\) \(0.498 \text{ g}\)
3. 將質量比換算為摩爾比。 \(\frac{0.348 \text{ g}}{39.1 \text{ g mol}^{-1}}\) \(:\) \(\frac{0.462 \text{ g}}{52.0 \text{ g mol}^{-1}}\) \(:\) \(\frac{0.498 \text{ g}}{16.0 \text{ g mol}^{-1}}\)
\(0.00890 \text{ mol}\) \(:\) \(0.00888 \text{ mol}\) \(:\) \(0.0311 \text{ mol}\)
4. 將摩爾比,化簡成最簡整數比。 \(2\) \(:\) \(2\) \(:\) \(7\)
5. 根據最簡整數比,寫出實驗式。 \(\therefore\) 該化合物的實驗式是 \(\ce{K2Cr2O7}\)。
根據化合物內各種元素的質量百分比,確定化合物的實驗式

由於化合物內各種元素是按固定比例存在的,因此,在確定未知化合物的實驗式時,我們並不需要測定化合物內各種元素的確切質量,而只需要測定各種元素的質量百分比。屆時,只需假設該化合物的質量為 \(100 \text{ g}\),就可以將元素的質量百分比轉化為質量,再進行計算。

例題二

經實驗測定,某化合物中,碳的質量百分比是 \(40.0\%\),氫的質量百分比是 \(6.70\%\),其餘均是氧。求出該化合物的實驗式。


題解

假設化合物的質量為 \(100 \text{ g}\),那麼,於化合物內,碳的質量 \(= 40.0 \text{ g}\),氫的質量 \(= 6.70 \text{ g}\),
氧的質量 \(= 100 \text{ g} - 40.0 \text{ g} - 6.70 \text{ g} = 53.3 \text{ g}\)。

1. 確定化合物中的各種元素。 \(\ce{C}\) \(:\) \(\ce{H}\) \(:\) \(\ce{O}\)
2. 找出質量比。 \(40.0 \text{ g}\) \(:\) \(6.70 \text{ g}\) \(:\) \(53.3 \text{ g}\)
3. 將質量比換算為摩爾比。 \(\frac{40.0 \text{ g}}{12.0 \text{ g mol}^{-1}}\) \(:\) \(\frac{6.70 \text{ g}}{1.0 \text{ g mol}^{-1}}\) \(:\) \(\frac{53.3 \text{ g}}{16.0 \text{ g mol}^{-1}}\)
4. 將摩爾比,化簡成最簡整數比。 \(3.33 \text{ mol}\) \(:\) \(6.70 \text{ mol}\) \(:\) \(3.33 \text{ mol}\)
\(1\) \(:\) \(2\) \(:\) \(1\)
5. 根據最簡整數比,寫出實驗式。 \(\therefore\) 該化合物的實驗式是 \(\ce{CH2O}\)。
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