Формула свинца

Определение и формула свинца

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

В обычных условиях свинец представляет собой тяжелый металл голубовато-белого цвета.

В разрезе поверхность свинца блестит. На воздухе покрывается пленкой оксидов и из-за этого тускнеет. Он очень мягок и режется ножом. Обладает низкой теплопроводностью. Плотность 11,34 г/см³. Температура плавления 327,46^oC, кипения 1749^oC.

Рис. 1. Свинец. Внешний вид.

Химическая формула свинца

Химическое обозначение свинца – Pb от латинского слова «plumbum». Этот химический элемент расположен шестом периоде в IVВ группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к элементамd-семейства. Металл. Относительная атомная масса свинца равна 207,2 а.е.м.

Электронная формула свинца

В ядре атома свинца содержится 82 протона и 125 нейтронов (массовое число равно 207). В атоме свинца есть шесть энергетических уровней, на которых находятся 82 электрона (рис. 2).

Рис. 2. Строение атома свинца.

Электронная формула атома свинца в основном состоянии имеет следующий вид:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p².

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При сжигании 24,6 г вещества образовалось 26,88 л углекислого газа (при н.у.), 9 г воды и 2,24 л азота (при н.у.). 1 литр паров этого вещества (при н.у.) имеет массу 5,491 г. На основании данных условия задания проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу исходного органического вещества.

Решение

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

C_xH_yN_zO_w + O_z →CO₂ + H₂O + N₂.

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., Ar(N) = 14 а.е.м.

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

m(C) = [26,88 / 22,4]×12 = 14,4 г.

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

m(H) = [2×9 / 18]×1 = 1 г.

m(N) = n(N)×M(N) = 2×[V(N₂) / V_m];

m(N) = 2×[2,24 / 22,4] = 1,28 г.

m(O) = m(C_xH_yN_zO_w) – m(C) – m(H) – m(N) = 24,6 – 14,4 – 1 – 1,28 = 6,4 г

Определим химическую формулу соединения:

x:y:z:w = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(N)/Ar(N) : m(O)/Ar(O)

x:y:z:w= 14,4/12 : 1/1 : 1,28/14 : 6,4/16;

x:y:z:w= 1,2 : 1 : 0,09 : 0,4 = 13 : 11 : 1 : 4.

Значит простейшая формула соединения C₁₃H₁₁NO₄и молярную массу 30 г/моль [M(C₁₃H₁₁NO₄) = 13×Ar(C) + 11×Ar(H) +Ar(N) + 3× Ar(O) = 13×12 + 11×1 + 14 + 3×16 =156 + 11 + 14 + 48 = 229 г/моль].

Найдем истинную молярную массу органического вещества:

M(C_xH_yN_zO_w) = m(C_xH_yN_zO_w) × V_m/ V(C_xH_yN_zO_w);

M(C_xH_yN_zO_w) = 5491 × 22,4 / 1 = 123 г/моль.

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение истинной и полученной молярных масс:

M(C_xH_yN_zO_w) / M(C₁₃H₁₁NO₄) = 123 / 229 = 0,5.

Значит индексы атомов углерода, водорода и кислорода должны быть умножены на 0,5, т.е. формула вещества будет иметь вид C₆H₅NO₂. Это нитробензол.

Ответ

C₆H₅NO₂

ПРИМЕР 2

Задание

Одноосновная карбоновая кислота содержит 26,1% углерода и 4,3% водорода. На основании данных условия задания произведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу органического вещества.

Решение

Запишем молекулярную формулу одноосновной карбоновой кислоты в общем виде как C_xH_yO_w.

Известно, что

ω(С) — ω(H) — ω(O) = 100%.

Тогда, массовая доля кислорода в составе предельной одноосновной карбоновой кислоты будет рассчитываться как:

ω(O) =100% — ω(С) — ω(H);

ω(O) =100% — 26,1 – 4,3 = 69,6%.

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y:w = ω(С)/Ar(С) : ω (H)/Ar(H) : ω(O)/Ar(O);

x:y:w=26,1/12 :4,3/1 : 69,6/16;

x:y:w: =2,18 :4,3 : 4,35 = 1: 2 : 2.

Значит простейшая формула одноосновной карбоновой кислоты будет иметь вид CH₂O₂ или HCOOH. Это муравьиная кислота.