ФотоМозгФормулы по химии
Две разные вещи под одним названием: расчётные формулы, по которым решают задачи, и записи веществ, по которым читают состав. Здесь и то и другое, с молярными массами и разбором восьми типовых задач.
Расчёты
Формулы по химии для решения задач
Расчётная часть школьной химии держится на одной величине — количестве вещества. Моли связывают между собой навеску в граммах, литры газа и число частиц: нашли моли — дальше пересчитывается всё. Поэтому в задаче первым делом ищут, что можно перевести в моли, а уже потом смотрят на уравнение реакции.
| Запись | Что считает |
|---|---|
| n = m / M | сколько молей в навеске: масса на молярную массу |
| m = n · M | обратный ход: моли в граммы |
| M = m / n | молярная масса по массе и количеству |
| n = N / NA | моли через число частиц |
| N = n · NA | сколько молекул в навеске |
| Запись | Что считает |
|---|---|
| n = V / Vm | моли газа через объём: молярный объём равен 22,4 л/моль при н. у. |
| V = n · Vm | объём газа при нормальных условиях |
| D = M1 / M2 | относительная плотность одного газа по другому |
| M = DH₂ · 2 | молярная масса через плотность по водороду |
| M = Dвозд · 29 | то же по воздуху: 29 г/моль — его средняя молярная масса |
| ρ = M / Vm | плотность газа при н. у. |
| Запись | Что считает |
|---|---|
| ω = m(в-ва) / m(р-ра) | массовая доля: сколько вещества в растворе |
| m(в-ва) = ω · m(р-ра) | масса вещества по доле |
| m(р-ра) = m(в-ва) + m(H₂O) | раствор — это вещество плюс растворитель |
| m(р-ра) = ρ · V(р-ра) | масса раствора через плотность и объём |
| C = n / V | молярная концентрация, моль/л |
| C = m / (M · V) | та же концентрация сразу из массы |
| Запись | Что считает |
|---|---|
| ω(Э) = n · Ar / Mr | массовая доля элемента: его вклад в молярную массу |
| n(Э) = m · ω(Э) / Ar | отсюда находят состав вещества по массовым долям |
| Mr = Σ ni · Ar(Эi) | молярная масса — сумма атомных масс с индексами |
| Запись | Что считает |
|---|---|
| Q = q · n | тепловой эффект по количеству вещества |
| η = m(практ) / m(теор) | выход продукта — доля от теоретического |
Двадцать две записи. У каждой при сборке страницы сверяются размерности обеих частей: слева и справа обязаны получиться одни и те же единицы, а у суммы — каждое слагаемое по отдельности. Это ловит перевёрнутую дробь и потерянный множитель, но учебник не заменяет: совпадение единиц ещё не делает запись верной.
Обозначения
Что за какой буквой стоит
Половина неверных ответов в расчётных задачах — не в логике, а в единицах. Молярная масса считается в граммах на моль, поэтому массу берут в граммах, а не в килограммах. Объём газа — в литрах, потому что молярный объём 22,4 тоже в литрах на моль. Плотность раствора обычно дают в граммах на миллилитр, и объём тогда нужен в миллилитрах.
| Величина | В чём измеряется |
|---|---|
| масса m | грамм, г |
| количество вещества n | моль |
| молярная масса M | г/моль |
| объём V | литр, л |
| молярный объём Vm | л/моль — при н. у. равен 22,4 |
| число частиц N | штук, безразмерно |
| постоянная Авогадро NA | 1/моль — это 6,02·10²³ |
| плотность ρ | г/мл для растворов, г/л для газов |
| молярная концентрация C | моль/л |
| массовая доля ω | доля или проценты, безразмерна |
| тепловой эффект Q | кДж |
Две буквы путают чаще прочих. Строчная m — это масса, заглавная M — молярная масса, и в записи n = m / M они стоят рядом. Буква V означает объём, а V с индексом m — молярный объём, число 22,4 при нормальных условиях. Нормальные условия — это ноль градусов и одна атмосфера; при комнатной температуре молярный объём другой, и 22,4 туда подставлять нельзя.
Состав
Что означает химическая формула вещества
Вещества состоят из атомов, и запись вроде H₂SO₄ говорит, сколько каких атомов входит в одну молекулу: два водорода, одна сера, четыре кислорода. Индекс относится только к тому знаку, за которым стоит, а если он относится к группе — группу берут в скобки. В Ca(OH)₂ двойка удваивает всю группу OH, поэтому кислорода и водорода по два. Коэффициент перед формулой удваивает уже всё вещество целиком: 2H₂O — это две молекулы воды, шесть атомов.
Порядок знаков не произвольный. В соли сначала пишут металл, потом кислотный остаток; в кислоте первым идёт водород; в оксиде кислород всегда последний. Именно поэтому по записи сразу видно, к какому классу относится соединение, даже если название незнакомое.
| Запись | Название | Степень окисления | Mr |
|---|---|---|---|
| H2O | вода | +1 | 18 |
| Na2O | оксид натрия | +1 | 62 |
| CaO | оксид кальция | +2 | 56 |
| CuO | оксид меди(II) | +2 | 80 |
| Al2O3 | оксид алюминия | +3 | 102 |
| Fe2O3 | оксид железа(III) | +3 | 160 |
| CO | оксид углерода(II), угарный газ | +2 | 28 |
| CO2 | оксид углерода(IV), углекислый газ | +4 | 44 |
| SO2 | оксид серы(IV) | +4 | 64 |
| SO3 | оксид серы(VI) | +6 | 80 |
| N2O5 | оксид азота(V) | +5 | 108 |
| SiO2 | оксид кремния(IV) | +4 | 60 |
Индекс в оксиде задаётся степенью окисления: у кислорода она равна −2, и число атомов подбирается так, чтобы сумма вышла нулевой. У серы степень окисления +4 даёт SO₂, а +6 — уже SO₃, и это разные вещества с разными свойствами. Такие пары и спрашивают на контрольной: римская цифра в названии — не украшение, а прямое указание на индекс.
| Кислота | Название | Mr | Остаток | Заряд | Соли |
|---|---|---|---|---|---|
| HCl | соляная (хлороводородная) | 36,5 | Cl | 1− | хлориды |
| HBr | бромоводородная | 81 | Br | 1− | бромиды |
| HNO3 | азотная | 63 | NO3 | 1− | нитраты |
| HNO2 | азотистая | 47 | NO2 | 1− | нитриты |
| H2S | сероводородная | 34 | S | 2− | сульфиды |
| H2SO4 | серная | 98 | SO4 | 2− | сульфаты |
| H2SO3 | сернистая | 82 | SO3 | 2− | сульфиты |
| H2CO3 | угольная | 62 | CO3 | 2− | карбонаты |
| H2SiO3 | кремниевая | 78 | SiO3 | 2− | силикаты |
| H3PO4 | фосфорная | 98 | PO4 | 3− | фосфаты |
Кислотный остаток — это то, что останется от кислоты, когда уйдёт водород, а его заряд равен числу ушедших атомов. У серной кислоты водородов два, поэтому сульфат-ион двухзарядный; у фосфорной три, поэтому фосфат трёхзарядный. Запомнить остатки выгоднее, чем зубрить формулы солей: из иона и остатка формула собирается сама.
| Запись | Название | Mr |
|---|---|---|
| NaCl | хлорид натрия | 58,5 |
| Na2CO3 | карбонат натрия | 106 |
| Na2SO4 | сульфат натрия | 142 |
| NaOH | гидроксид натрия | 40 |
| KNO3 | нитрат калия | 101 |
| KOH | гидроксид калия | 56 |
| CaCO3 | карбонат кальция | 100 |
| Ca(OH)2 | гидроксид кальция | 74 |
| Ca3(PO4)2 | фосфат кальция | 310 |
| BaSO4 | сульфат бария | 233 |
| CuSO4 | сульфат меди(II) | 160 |
| ZnCl2 | хлорид цинка | 136 |
| Al2(SO4)3 | сульфат алюминия | 342 |
| Al(OH)3 | гидроксид алюминия | 78 |
| FeCl3 | хлорид железа(III) | 162,5 |
| FeSO4 | сульфат железа(II) | 152 |
| AgNO3 | нитрат серебра | 170 |
| NH4Cl | хлорид аммония | 53,5 |
Записи в этой таблице не набраны руками — они собраны из зарядов иона и остатка по наименьшему общему кратному, а затем разобраны обратно и сверены с записью из учебника. Так «Al(SO₄)₃» вместо Al₂(SO₄)₃ не пройдёт: у алюминия заряд 3+, у сульфата 2−, наименьшее общее кратное шесть, значит алюминия два, а сульфата три.
Массы
Относительная молекулярная масса и как её считать
Относительная молекулярная масса — это сумма атомных масс всех атомов, каждая со своим индексом. Считается она в два действия: посмотреть Ar каждого химического элемента в таблице Менделеева и сложить с учётом индексов. У воды выходит 1 · 2 + 16 = 18, у серной кислоты 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98. Масса молекулы вещества складывается из масс её атомов, и другого способа её узнать нет. Численно молярная масса совпадает с Mr, только измеряется в граммах на моль — поэтому в задачах эти два числа никогда не пересчитывают, их просто переписывают.
Атомные массы округлены так же, как в таблице на экзамене: у хлора 35,5, у остальных — до целого. При сборке страницы каждое округление сверяется с точным значением, а получившиеся Mr — с тринадцатью общеизвестными: вода 18, углекислый газ 44, серная кислота 98, поваренная соль 58,5, мел 100.
Массовая доля элемента считается из той же суммы: берут вклад элемента и делят на всю молекулярную массу. В воде на кислород приходится 16 из 18, то есть 88,9 % массы — при том что атомов водорода вдвое больше. Это первое, что удивляет в восьмом классе: число атомов и доля массы — разные вещи, потому что атомы весят по-разному.
Разбор
Восемь задач, посчитанных до числа
Ниже — тот минимум типов, который закрывает большую часть расчётной части ОГЭ. Числа посчитаны при сборке страницы, а не набраны: если бы в условии или в ответе была опечатка, страница просто не собралась бы.
| Вопрос | Счёт и ответ |
|---|---|
| Сколько моль в 98 г серной кислоты? | n = m / M = 98 / M(H₂SO₄) = 1 моль |
| Какая масса у 0,5 моль карбоната кальция? | m = n · M = 0,5 · M(CaCO₃) = 50 г |
| Какой объём займут 2 моль газа при нормальных условиях? | V = n · Vm = 2 · 22,4 = 44,8 л |
| Сколько процентов кислорода в воде по массе? | ω(O) = 16 / M(H₂O) · 100 = 88,9 % |
| Сколько процентов железа в оксиде железа(III)? | ω(Fe) = 2 · 56 / M(Fe₂O₃) · 100 = 70 % |
| Во сколько раз углекислый газ тяжелее воздуха? | D = M(CO₂) / 29 = 1,52 раза |
| Сколько граммов соли в 250 г 8-процентного раствора? | m(в-ва) = 250 · 0,08 = 20 г |
| Какая молярная концентрация у 0,5 моль в 2 л раствора? | C = n / V = 0,5 / 2 = 0,25 моль/л |
Порядок действий один и тот же во всех восьми. Перевести известное в моли, по уравнению реакции перейти к молям искомого, перевести моли обратно в граммы или литры. Уравнение здесь важнее арифметики: коэффициенты в нём и есть соотношение молей, и пока оно не уравнено, считать нечего.
По годам
Что нужно в каком классе
Восьмой класс. Знаки химических элементов, валентность и составление записи по ней, относительная масса молекулы. Дальше — количество вещества, молярная масса и доля элемента по массе. Отдельным блоком идут четыре класса соединений: оксиды, кислоты, основания, соли. Первые расчётные задачи здесь же — на n = m / M.
Девятый класс. Растворы и их концентрация, электролитическая диссоциация, ионные уравнения, ряд активности металлов. Добавляются задачи на массовую долю растворённого вещества и на избыток-недостаток. К концу года — подготовка к ОГЭ, где расчётная часть держится на тех же трёх формулах.
Десятый класс. Органическая химия: гомологические ряды, изомерия, функциональные группы. Записи становятся длиннее, но принцип счёта не меняется — та же молярная масса, только считать приходится больше атомов углерода.
Одиннадцатый класс. Повторение неорганики на другом уровне, скорость реакции, химическое равновесие, гидролиз, электролиз. Расчётная часть ЕГЭ добавляет выход продукта и примеси, но моли остаются в основе всего.
Ошибки
Где теряют баллы
Считают по неуравненному уравнению. Пока коэффициенты не расставлены, соотношение молей неизвестно, и любой расчёт по такому уравнению даёт неверный ответ при верной арифметике.
Путают, что делить на что. Сверху в массовой доле стоит то, что растворили, снизу — вся получившаяся жидкость, вместе с водой. Перевернули дробь — доля вышла больше единицы, а это невозможно.
Подставляют 22,4 не при нормальных условиях. Молярный объём равен 22,4 л/моль только при нуле градусов и нормальном давлении, и только для газа. Для жидкости и твёрдого вещества такого пересчёта нет вовсе.
Теряют индекс при группе в скобках. В Al₂(SO₄)₃ кислорода двенадцать атомов, а не четыре. На этом месте молекулярная масса уезжает, и весь дальнейший расчёт вместе с ней.
Округляют посреди расчёта. Если промежуточное число округлили до десятых, а потом умножили на большое количество, ответ уходит за границы допустимого. Округлять нужно в самом конце.
Задача по химии не сходится? Сфотографируйте её
Открыть бота в Telegram Открыть бота в MAXКоротко