Как найти массу кислотного остатка

Способы определения молекулярной формулы соли, если известна степень окисления металла

Задача 114. 
В 20 г сульфата некоторого металла содержится 4,5 г атомов серы. Определите формулу соли, если известно, что металл проявляет в этом соединении степень окисления (+1).
Дано: масса образца сульфата некоторого металла: m(соли) = 20 г; масса серы в образце: m(S) = 4,5 г; степень окисления неизвестного металла: +1.
Найти: формулу сульфата.
Решение:
Для идентификации металла необходимо определить его молярную массу. Здесь возможны 2 способа решения. 

I способ (последовательно-разветвленный алгоритм).

Схематично алгоритм данного способа можно записать следующим образом:

 Применим предложенный алгоритм.

1) m(S) → m(SО₄)^2–

По степени окисления металла в сульфате определяем общую формулу искомого вещества Ме²⁺(SO₄)^2–. В кислотном остатке серной кислоты (SО₄)^2– соотношение атомов строго определено уже известными индексами. Поэтому мы легко сможем определить массу кислотного остатка в 20 г сульфата металла по массе серы:

 М(SО₄)^2– = М(S) ^. 1 + М(О) ^. 4 = 32 ^. 1 + 16 ^. 4 = 96 г/моль.

Масса 1 моль кислотного остатка (SО₄)^2– составляет 96 г¹.

Составим пропорцию:

вклад серы в 96 г ионов (SО₄)^2– составляет 32 г (по молярной массе)
вклад серы в х г ионов (SО₄)^2– составляет 4,5 г (по условию) 

2) m(SО₄)^2– → n(SО₄)^2–

Находим количество вещества ионов (SО₄)^2–

 3) n(SО₄)^2– → n(Me⁺)

Находим количество вещества ионов Ме⁺, соответствующее содержанию ионов кислотного остатка n(SО₄)^2– = 0,141 моль. Используя формулу Ме₂⁺(SО₄)^2–, составим пропорцию:

на 2 моль ионов Ме⁺ приходится 1 моль ионов (SО₄)^2– _{(по индексам в формуле)}
на х моль ионов Ме⁺, приходится 0,141 моль ионов (SО₄)^2– _{(по условию)}

4) m(SО₄)^2– → m(Me)⁺

Находим массу металла в 20 г соли Ме₂SО₄.

m(Ме⁺) = m Ме₂⁺(SО₄)^2– –  m(SО₄)^2– = 20 – 13,5 = 6,5 г.

5) Находим молярную массу атомов металла

 В данном случае молярную массу ионов металла можно приравнять к молярной массе незаряженных атомов:

 М(Ме⁺) = М(Ме) = 23 г/моль.

По таблице Д.И. Менделеева находим элемент, имеющий молярную массу 23г/моль. Подходит натрий. Этот элемент действительно проявляет степень окисления (+1) и образует сульфат Nа₂SО4.

II способ (встречный алгоритм).

Схематично алгоритм данного способа можно записать следующим образом:

 Применим данный алгоритм.

 1) По степени окисления металла в сульфате определяем общую формулу искомого вещества Ме₂⁺(SО₄)^2–

2) По массе серы в образце определяем ее количество вещества: 

 3) По записи формулы сульфата Ме₂⁺моль ионов Ме⁺ содержится в 20 г соли Ме₂SO₄ видно, что количество вещества серы равно количеству вещества соли:

 n(S) = nМе₂⁺(SО₄)^2–. = 0,141 моль.

 4) По значениям количества вещества и массы образца сульфата определяем значение молярной массы соли:

 5) Записываем выражение для определения молярной массы для сульфата металла, исходя из значений молярных масс элементов:

 М(Ме₂⁺(SО₄)^2–) = М(Ме) ^. 2 + М(S) ^. 1 + М(О) ^. 4 =
= М(Ме) ^. 2 + 32 ^. 1 + 16 ^. 4 = [М(Ме) ^. 2 + 96] г/моль.

 6) Приравниваем полученное выражение к значению молярной массы соли, полученному в четвертом действии:

 М(Ме) ^. 2 + 96 = 142.

Получили одно математическое уравнение с одним неизвестным. Его решение дает нам молярную массу искомого металла: М(Ме) = 23 г/моль.

По таблице Д. И. Менделеева находим элемент, имеющий молярную массу 23 г/моль. Подходит натрий. Этот элемент действительно проявляет степень окисления (+1) и образует сульфат Nа₂SО₄.

III способ (встречный алгоритм).

Графический алгоритм данного способа будет следующим:

 Применим данный алгоритм.

1) По степени окисления металла в сульфате определяем общую формулу искомого вещества Ме₂+(SО₄)^2–. Записываем значение молярной массы для этого вещества:

 М(Ме₂+(SО₄)^2–) = М(Ме) ^. 2 + М(S) ^. 1 + М(О) ^.4 =
= М(Ме) ^. 2 + 32 ^. 1 + 64 ^. 4 = (М(Ме) ^. 2 + 96) г/моль.

 Вклад серы в общую массу 1 моль Ме2⁺(SО₄)^2– составляет: 

М(S) ^. 1 = 32 ^. 1 = 32 г.

  Выбираем в качестве образца массу 1 моль Ме₂⁺(SО₄)^2–:

 M(Ме₂⁺(SО₄)^2–) = (М(Ме) ^. 2 + 96) г

  Масса серы в этом выбранном образце: m(S) = 32 г.

  2) Составляем пропорцию:

  (М(Ме) ^. 2 + 96) г Ме₂⁺(SО₄)^2– содержит 32 г (S) _{(по молярной массе)}
                         20 г Ме₂+(SО₄)^2– содержит 4,5 г (S) _{(по условию)}

3) Из пропорции получаем уравнение с одним неизвестным:

 (M(Ме) ^. 2 + 96) ^. 4,5 = 20 ^. 32

 4) Решая уравнение, получаем значение молярной массы искомого металла: 

М(Ме) = 23,1 г/моль.

По таблице Д.И. Менделеева находим элемент, имеющий молярную массу 23,1 г/моль. Подходит натрий. Этот элемент действительно проявляет степень окисления (+1) и образует сульфат Nа₂SО₄.

Ответ: Nа₂SО4.

---

Комментарии:
¹ Молярную массу любых ионов можно считать точно так, как и молярную массу нейтральных частиц. Молярная масса любого иона отличается от молярной массы такой же незаряженной частицы на массу нескольких электронов. Если заряд иона «+n», то М_(иона) < М_{(незаряженной частицы)} на массу n электронов, если заряд иона «-n», то M_(иона) > М_{(незаряженной частицы)}  на массу n электронов. Так как масса электрона значительно меньше (в 1840 раз) массы даже самого легкого атома водорода, не говоря уже о более тяжелых атомах других металлов, то массой электронов при подсчете молярной массы можно пренебречь и считать условно, что M_(иона) = М_{(незаряженной частицы)}.  

---

При взаимодействии основных оксидов с водой получаются основания. А вот при взаимодействии с водой кислотных оксидов получаются кислоты.

Кислоты – это большой класс химических соединений, в которых есть атом водорода и так называемый кислотный остаток.

Правильно определять кислотные остатки и понимать, как определяется их валентность, просто необходимо, иначе будет сложно составлять формулы солей. Ниже мы поговорим о классификации кислот и узнаём побольше о кислотных остатках.

Классификация кислот

Делить кислоты на группы можно по разным признакам, но нас сейчас будут интересовать два: содержание кислорода и основность.

Классификация кислот по содержанию кислорода

Тут всё просто: в составе некоторых кислот кислород есть (и они называются кислородсодержащими), в составе других кислорода нет (и эти кислоты называют бескислородными).

Примеры кислородсодержащих кислот: серная Н2SO4, фосфорная H3PO4, азотная HNO3.

Примеры бескислородных кислот: сероводородная H2S, соляная HCl, плавиковая HF.

Классификация кислот по основности

Тут мы должны остановиться более подробно.

Основность определяется числом атомов водорода в составе кислоты.

Для того, чтобы узнать основность, нужно взглянуть на формулу. Например, соляная кислота HCl одноосновная, потому что здесь только один атом водорода, сернистая кислота H2SO3 – двухосновная (здесь два атома водорода), а фосфорная H3PO4 – трёхосновная (в формуле три атома водорода). Запомните, как определять основность, тогда вам будет значительно проще составлять формулы солей при составлении химических уравнений.

Теперь давайте уделим внимание второй составной части кислоты – кислотному остатку.

Кислотный остаток – это то, что останется от кислоты, если убрать водород.

То есть, в азотной кислоте HNO3 кислотный остаток -NO3, в сероводородной Н2S кислотный остаток -S, в фосфорной кислоте H3PO4 кислотный остаток – PO4. Обратите внимание, что в кислородсодержащей кислоте остаток кислород содержит, а в бескислородной не содержит.

Валентность кислотного остатка

Говорить о валентности кислотного остатка не совсем корректно, поскольку валентность – это способность атомов образовывать химические связи. Если же речь идёт о кислотном остатке кислородсодержащей кислоты, то у нас имеется группа атомов (например, кислотный остаток –NO3). Но мы всё равно будем говорить о валентности, чтобы проще было составлять формулы.

Итак,

валентность кислотного остатка определяется числом атомов водорода.

Фактически валентность равна основности. Например, у двухосновной серной кислоты H2SO4 есть кислотный остаток –SO4, валентность которого II. И для чего же нам нужно это знание? Давайте рассмотрим примеры.

Пример 1.

Составьте формулу сульфида натрия.

Натрий – металл первой группы с валентностью I. Сульфид – соль сероводородной кислоты H2S. Когда образуется соль (в данной ситуации сульфид натрия), металл замещает водород в кислоте, то есть соль состоит из металла и кислотного остатка. Тогда в сульфиде натрия будут натрий и сера. Сероводородная кислота – двухосновная, поскольку в ней два атома водорода. Следовательно, у кислотного остатка –S валентность II. Составляем формулу, используя знания о валентности:

Ответ: формула сульфида натрия H2S.

Пример 2.

Составьте формулу сульфита калия.

Этот пример посложнее: в нём фигурирует кислородсодержащая двухосновная сернистая кислота H2SO3. Из формулы видно, что валентность кислотного остатка –SO3 будет II. Калий же – металл первой группы, его валентность I. Составляем формулу:

Ответ: формула сульфита калия К2SO3.

Пример 3.

Составьте формулу нитрата кальция.

Итак, нитрат – соль азотной кислоты HNO3. Это одноосновная кислота, поэтому кислотный остаток -NO3 имеет валентность I. Кальций – металл второй группы с валентностью II. Составляем формулу:

Ответ: формула нитрата кальция Ca(NO3)2.

Обратите внимание на очень важный момент! Мы взяли кислотный остаток NO3 в скобки и внизу поставили индекс 2. Это показывает, что в формуле два кислотных остатка! Не забывайте ставить скобки, иначе это будет ошибкой. Фактически в соединении Ca(NO3)2 один атом кальция, два атома азота и шесть атомов кислорода (если раскрыть скобки), но написание CaN2O6 ничего не показывает, а вот из формулы Ca(NO3)2 сразу видно, что у нас имеется атом кальция и два кислотных остатка азотной кислоты.

Пример 4.

В заключение самый сложный пример от репетитора по химии. Нужно составить формулу фосфата магния.

Магний – металл второй группы, его валентность II. Фосфат – соль фосфорной кислоты H3PO4. Здесь кислотный остаток PO4 и его валентность III. Составляем формулу:

Формула выглядит громоздко, но она всё предельно точно рассказывает о составе вещества: в фосфате магния имеется три атома магния и два кислотных остатка фосфорной кислоты.

Ответ: формула фосфата магния Мg3(PO4)2.

Кстати, кислоты реагируют с металлами, но не всеми. Об этом читайте в тексте «Химические свойства кислот».

Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

Таблица кислот и кислотных остатков.

Таблица кислот и кислотных остатков (1 часть):

Формула кислоты	Название кислоты	Формула кислотного остатка	Название кислотного остатка
HN3	Азотистоводородная (Азоимид, Азидоводород)	N3–	Азид
HNO2	Азотистая	NO2–	Нитрит
HNO3	Азотная	NO3–	Нитрат
HBrO2	Бромистая	BrO2–	Бромит
HBrO3	Бромноватая	BrO3–	Бромат
HBrO	Бромноватистая (Гипобромистая кислота)	BrO–	Гипобромит
HBr	Бромоводород (Бромистоводородная кислота)	Br–	Бромид
HVO3	Ванадиевая	VO3–	Ванадат
H2WO4	Вольфрамовая	WO42–	Вольфрамат
H4GeO4 или Ge(OH)4	Германиевая кислота (Гидроксид германия (IV))	GeO44–	Германат
H2S2O7	Дисерная	S2O72–	Дисульфат
H4P2O7	Дифосфорная	P2O74–	Пирофосфат или дифосфат (по номенклатуре IUPAC)
H2Cr2O7	Дихромовая	Cr2O72–	Дихромат
HIO4	Йодная	IO4–	Периодат
HIO	Йодноватистая	IO–	Гипоиодит
HI	Йодоводород (Йодоводородная кислота)	I–	Йодид
H2SiO3	Кремниевая	SiO32–	Силикат
H2MnO4	Марганцовистая	MnO42–	Манганат
HMnO4	Марганцовая	MnO4–	Перманганат
HCOOH	Метановая (Муравьиная кислота)	HCOO–	Формиат
HBO	Метаборная	BO–	Метаборат
HAsO2	Метамышьяковистая	AsO2–	Метаарсенит
H2TiO3 или TiO(OH)2	Метатитановая (β-титановая кислота)	TiO32–	Титанат
HPO3	Метафосфорная	PO3–	Метафосфат

Таблица кислот и кислотных остатков (2 часть):

H2MoO4	Молибденовая	MoO42–	Молибдат
H3BO3	Ортоборная (Борная кислота)	BO33–	Борат
H3AsO4	Ортомышьяковая	AsO43–	Арсенат
H3AsO3	Ортомышьяковистая	AsO33–	Ортоарсенит
H2PbO4	Ортосвинцовая кислота	PbO42–	Ортоплюмбат или плюмбат
H3PO4	Ортофосфорная (Фосфорная кислота)	PO43–	Фосфат
H2SO5	Кислота Каро (пероксомоносерная кислота, мононадсерная кислота)	SO52–	Пероксомоносульфат или кароат
HNCS	Роданистоводородная (Тиоциановая кислота)	SCN–	Тиоцианат
C7H6O3	Салициловая	C7H6O3–	Салицилат
H2SO4	Серная	SO42–	Сульфат
H2SO3	Сернистая	SO32–	Сульфит
H2S	Сероводород (Сероводородная кислота)	S2–	Сульфид
H2SO3S	Тиосерная	SO3S2–	Тиосульфат
H2CO3	Угольная	CO32–	Карбонат
HF	Фтороводород (Плавиковая кислота)	F–	Фторид
HCl	Хлороводород (Соляная кислота)	Cl–	Хлорид
H2CrO4	Хромовая	CrO42–	Хромат
HClO2	Хлористая	ClO2–	Хлорит
HClO4	Хлорная	ClO4–	Перхлорат
HClO3	Хлорноватая	ClO3–	Хлорат
HClO	Хлорноватистая	ClO–	Гипохлорит
HCN	Циановодород (Синильная кислота)	CN—	Цианид
H2C2O4	Этандиовая (Щавелевая кислота)	C2O42–	Оксалат
CH3COOH	Этановая (Уксусная кислота)	CH3COO–	Ацетат
C4H6O5	Яблочная (Оксиянтарная, Гидроксибутандиовая кислота)	C4H4O52–	Малат

Коэффициент востребованности
19 729