Формула гипса

Определение и формула гипса

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Гипс – это природный минерал, по своему составу представляющий кристаллогидрат сульфата кальция.

Выделяют две разновидности гипса – волокнистую (селенит) и зернистую (алебастр). Окраска гипса различна, от белого, серого или красноватого, до серого, желтого, розового или бурого, что зависит от наличия и типа примесей (рис. 1).

Рис. 1. Гипс. Внешний вид.

При нагревании до 150-170^oC гипс теряет ¾ содержащейся в нем кристаллизационной воды и переходит в так называемый жженый гипс, а будучи замешанным с водой в жидкое тесто довольно быстро затвердевает, снова приобретая первоначальную структуру.

Химическая формула гипса

Химическая формула гипса CaSO₄×2H₂O. Она показывает качественный и количественный состав молекулы вещества (сколько и каких атомов входят в её состав). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу гипса:

Mr(CaSO₄×2H₂O) = Mr(CaSO₄) + 2×Mr(H₂O).

Mr(CaSO₄) = Ar(Ca) + Ar(S) + 4×Ar(O);

Mr(CaSO₄) = 40 + 32 + 4×16 = 40 + 32 + 64 = 136.

Mr(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O);

Mr(H₂O) = 2×1 + 16 = 2 + 16 = 18.

Mr(CaSO₄×2H₂O) = 136 + 2×18 = 136 + 36 = 172.

Структурная (графическая) формула гипса

Структурная (графическая) формула гипса является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы:

Ионная формула

Диссоциация кристаллогидрата сульфата кальция протекает согласно следующему уравнению:

CaSO₄×2H₂O ↔ CaSO₄ + 2H₂O;

CaSO₄ ↔ Ca²⁺ + SO₄^2-.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При полном сгорании некоторого количества углеводорода образовалось 14,08 г оксида углерода (IV) и 3,6 г воды. Найдите молекулярную формулу вещества, если относительная плотность его паров по водороду равна 39.

Решение

Составим схему реакции сгорания аминокислоты обозначив количество атомов углерода, водорода, кислорода и азота за «x», «у», «z» и «k» соответственно:

C_xH_y+ O_z→CO₂ + H₂O.

Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м.

m(C) = n(C)×M(C) = n(CO₂)×M(C) = [m(CO₂) / M(CO₂)]×M(C);

m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H₂O)×M(H) = [2×m(H₂O) / M(H₂O)]×M(H);

Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):

M(CO₂) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;

M(H₂O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль.

Тогда,

m(C) = [14,8 / 44]×12 = 4,04 г;

m(H) = 2×3,6 / 18 ×1= 0,4 г.

Определим химическую формулу углеводорода:

x:y = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H);

x:y= 4,04/12 :0,4/1

x:y= 0,34 : 0,4 = 1 : 1.

Значит его простейшая формула CH, а молярная масса 13 г/моль [M(CH) = Ar(C) + Ar(H) = 12 + 1 =13 / моль].

Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду:

M_substance = M(H₂) × D(H₂)_;

M_substance = 2 × 39 = 78 г/моль.

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

M_substance / M(CH) = 78 / 13 = 6.

Значит индексы атомов углерода и водорода должны быть в 6 раз выше, т.е. формула вещества будет иметь вид C₆H₆.Это бензол.

Ответ

C₆H₆

ПРИМЕР 2

Задание

В некотором соединении массовые доли азота, водорода и кислорода соответственно равны 35,5%, 5% и 60%. Выведите простейшую формулу этого соединения.

Решение

Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Обозначим число атомов азота в молекуле через «х», число атомов водорода через «у» и число атомов кислорода за «z».

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов азота, водорода и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Ar(N) = 14; Ar(H) = 1; Ar(O) = 16.

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y:z = ω(N)/Ar(N) : ω(H)/Ar(H) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z = 35,5/14 : 5/1 : 60/16;

x:y:z = 2,5 : 5 : 3,75 = 1: 2 : 1,5 = 2 : 4: 3.

Значит простейшая формула соединения калия, хрома и кислорода имеет вид N₂H₄O₃или NH₄NO₃. Это нитрат аммония.