「某化合物按质量含40.0%碳、6.7%氢、53.3%氧。求它的实验式。
」如果这样一道题让你僵住,好消息是它每一次都遵循同一套固定程序。这篇指南从摩尔概念出发教你这套程序,做三道例题,包括那些别扭的「小数」情况,并教你在考题要求时怎样继续求出分子式。
什么是实验式
实验式是化合物里各元素原子的最简整数比。它不一定是真实的分子:葡萄糖真正是C₆H₁₂O₆,但它的实验式是CH₂O,因为6 : 12 : 6化简成1 : 2 : 1。
百分组成题几乎总是先问实验式,因为百分比只告诉你质量的比,而不是一个分子里原子的实际数目。
五步法
整个计算就是同样五个步骤、同样的顺序。把你的过程摆成一张表,每种元素一行。
- 把百分比当作质量。 假设你有100 g样品,于是百分比就变成那么多克。40.0%的碳就变成40.0 g碳。
- 把每个质量除以该元素的相对原子质量(Ar)。 这把质量换成摩尔,因为摩尔 = 质量 ÷ Ar。用题目给的Ar值(C = 12,H = 1,O = 16,等等)。
- 找出最小的摩尔值,然后把每个摩尔值都除以那个最小的数。 这样把比缩放到最小的变成1。
- 把结果变成整数。 如果已经很接近整数,就四舍五入。如果某个以明显的分数结尾,比如.5、.33或.25,就把每个值乘以2、3或4来把它去掉。
- 写出实验式,用那些整数当下标。
例题一:干净的情况
*某化合物按质量含40.0% C、6.7% H、53.3% O。求它的实验式。
| 元素 | 质量 (g) | ÷ Ar | 摩尔 | ÷ 最小 (3.33) |
|---|---|---|---|---|
| C | 40.0 | ÷ 12 | 3.33 | 1 |
| H | 6.7 | ÷ 1 | 6.7 | 2.01 ≈ 2 |
| O | 53.3 | ÷ 16 | 3.33 | 1 |
C : H : O 的比是1 : 2 : 1,所以实验式是CH₂O。注意氢那个小小的四舍五入(2.01到2),由数据四舍五入带来的小差异是意料之中的,所以看到1.98或2.02不必慌。
例题二:清掉一个「.5」
*某铁的氧化物按质量含70.0% Fe、30.0% O。求它的实验式。
*(Ar:Fe = 56,O = 16。)
- Fe:70.0 ÷ 56 = 1.25
- O:30.0 ÷ 16 = 1.875
除以较小的值1.25:
- Fe:1.25 ÷ 1.25 = 1
- O:1.875 ÷ 1.25 = 1.5
1 : 1.5 不是整数比,所以把两个都乘以2,得到2 : 3。实验式是Fe₂O₃,氧化铁(III)。
这一步是学生最常做错的:绝不要把1.5四舍五入成2。看到明显的.5,就把所有值翻倍。
例题三:从质量而不是百分比出发
题目直接给你质量时,同样的方法也管用,你只是跳过第1步。*4.8 g镁与3.2 g氧结合。
求它的实验式。*(Ar:Mg = 24,O = 16。
)
- Mg:4.8 ÷ 24 = 0.2
- O:3.2 ÷ 16 = 0.2
除以0.2:两个都得1,所以比是1 : 1,实验式是MgO。这正是经典的氧化镁实验背后的推理,你通过燃烧一份已知质量的镁来求出化学式。
完整的计算套路可以到我们的实验式页面复习。
继续求分子式
有时候题目还会给出相对分子质量(Mr),要你求分子式,一个分子里原子的实际数目。再两步就搞定:
- 算出一个实验式单元的质量。对CH₂O来说就是12 + (2 × 1) + 16 = 30。
- 把给出的Mr除以这个实验式质量,求出n,然后把每个下标乘以n。
如果CH₂O的Mr是180,那么n = 180 ÷ 30 = 6,所以分子式是(CH₂O)₆ = C₆H₁₂O₆(葡萄糖)。永远先求实验式,再放大。
要避开的常见错误
- 第2步里除以Mr而不是Ar。 你是在把每种元素的质量换成摩尔,所以要除以那种元素的原子质量。
- 太早把.5或.33四舍五入。 应当把整个比放大,把分数清掉。
- 忘了除以最小值。 原始的摩尔值在你缩放之前很少是漂亮的比。
- 把实验式和分子式搞混。 实验式是最简的比;分子式还需要Mr。
练到这张表成为本能
每一道百分组成题都是同一张表:质量、除以Ar、除以最小、清掉分数、写出化学式。练几道,练到不用想就能把表摆出来,再加上求分子式那一步。
学的时候你可以用我们的实验式计算器核对答案,但目标是不靠它也能做,因为考场里没有计算器替你做推理。如果「.5」和「.33」的情况老是绊住你,那是老师五分钟就能解决的事。
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