Ustalanie wzorów związków chemicznych

Jak to rozwiązać — skład procentowy → wzór

Krok 1. Procent azotu: 100 − 50 − 15 = 35 %.

Krok 2. Stosunek molowy (dzielimy % przez masy atomowe): $n_{Ca}:n_C:n_N=\dfrac{50}{40}:\dfrac{15}{12}:\dfrac{35}{14}=1{,}25:1{,}25:2{,}5=\mathbf{1:1:2}$.

Krok 3. Wzór: CaCN₂ (cyjanamid wapnia).

Krok 4. Anion CN₂²⁻ jest izoelektronowy z CO₂ (liniowy, 16 elektronów walencyjnych) → wzór elektronowy: [N=C=N]²⁻ z wolnymi parami na atomach azotu (można też zapisać [:N≡C–N:]²⁻).

✔ Zgodne z kluczem: CaCN₂; anion [N=C=N]²⁻.

Dane: tlenek jodu, w którym masa tlenu stanowi 20,14% masy tlenku. Liczba atomów jodu we wzorze rzeczywistym jest dwa razy większa niż we wzorze empirycznym.

1. Wyznaczenie składu procentowego i stosunku molowego atomów

   Skoro tlen stanowi 20,14% masy tlenku, to jod stanowi:

   $$100\% - 20{,}14\% = 79{,}86\%$$

   Dane masowe (przyjmując 100 g tlenku):

   • masa jodu: $m_{\text{I}} = 79{,}86\ \text{g}$
   • masa tlenu: $m_{\text{O}} = 20{,}14\ \text{g}$

   Masy molarne: $M_{\text{I}} = 126{,}90\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}$, $M_{\text{O}} = 16{,}00\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}$

   Liczba moli atomów każdego pierwiastka:

   $$n_{\text{I}} = \frac{79{,}86\ \text{g}}{126{,}90\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} \approx 0{,}6293\ \text{mol}$$ $$n_{\text{O}} = \frac{20{,}14\ \text{g}}{16{,}00\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} \approx 1{,}2588\ \text{mol}$$

2. Wyznaczenie stosunku atomów I : O

   Dzielimy przez mniejszą liczbę moli:

   $$\frac{n_{\text{I}}}{n_{\text{I}}} : \frac{n_{\text{O}}}{n_{\text{I}}} = \frac{0{,}6293}{0{,}6293} : \frac{1{,}2588}{0{,}6293} = 1 : 2$$

   Stosunek atomów jodu do tlenu wynosi $1 : 2$.

3. Ustalenie wzoru empirycznego

   Na podstawie stosunku $\text{I} : \text{O} = 1 : 2$ wzór empiryczny tlenku to:

   $$\boxed{\text{IO}_2}$$

4. Ustalenie wzoru rzeczywistego

   Wzór rzeczywisty ma postać $(\text{IO}_2)_n$. Zgodnie z treścią zadania liczba atomów jodu we wzorze rzeczywistym jest dwa razy większa niż we wzorze empirycznym:

   $$n = 2$$

   Wzór rzeczywisty to $(\text{IO}_2)_2$, czyli:

   $$\boxed{\text{I}_2\text{O}_4}$$

   Sprawdzenie: $M(\text{I}_2\text{O}_4) = 2 \cdot 126{,}90 + 4 \cdot 16{,}00 = 253{,}80 + 64{,}00 = 317{,}80\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}$

   $$\% \text{O} = \frac{64{,}00}{317{,}80} \cdot 100\% \approx 20{,}14\%\ \checkmark$$

Wynik końcowy:

• Wzór empiryczny: $\text{IO}_2$
• Wzór rzeczywisty: $\text{I}_2\text{O}_4$