确定经验公式

General Chemistry

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Overview

资料来源: 实验室的博士尼尔 · 艾布拉姆斯-美国纽约州立大学环境科学与林业学院

确定一种化合物的化学分子式是什么化学家在实验室里每天做的核心。很多工具,可用来帮助,这一决定,但最简单 (和最准确的) 之一就是测定的经验公式。为什么这是有用的?由于质量守恒的规律,可以跟随任何反应浓度,或由质量变化。经验公式提供的元素 (或化合物) 之间的最小整数比例内分子化合物。在这个实验中,重量分析法将用于确定经验公式的水合物氯化铜,铜xCly·nH2o。

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JoVE Science Education Database. 一般化学精要. 确定经验公式. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

水合物是有水分子 (但不是共价键) 附加到该化合物的化学化合物。公式水合化合物与水分子之间由一个圆点 ("·") 象征。水合物容易失去加热,留下无水 (无水) 复合后的水分子。在这种情况下,它将氯化铜,铜xCly。不同的群众之间的无水和水合盐的形式对应于在化学复合铜xCly·水的质量 (和摩尔)nH2o。然后溶于水中的无水氯化铜和铜删除通过形式固体铜与铝氧化还原反应。不同的群众总铜氯水合物和减少铜金属和水分子的总和之间对应于样品中氯的质量。每个构件 (Cu,Cl,H2O) 的质量转换为痣,藉以多个比例的法律允许使用比来确定该化合物的经验公式。这种化合物的真实化学公式不能确定不知道其分子质量,但比例将总是保持不变。

Procedure

1.脱水水合物

  1. 准确地权衡氯化铜水合物样品并将它放入预烘和容积的坩埚。它是重要的坩埚干以上 120 ° C,赶走任何吸附水分。通常情况下,化合物 1-2 克就够了。
  2. 热示例使用喷灯或其他火焰源,直到它更改颜色从蓝绿色至红褐色 (图 1)。这种颜色变化是形式的指示性的无水氯化铜。封面可以留在坩埚,防止飞溅,但应微微张开,以使水汽逃脱。
    1. 搅拌的样品必须确保水击退了整个示例,颜色是不断在整个。
    2. 作为替代,将样品放入烘箱以上 110 ° c。
  3. 很酷的干燥器中的示例。这可以防止水再水化样品。
  4. 测量无水样品的质量。不同对应于水从加热后失去了水合物。

Figure 1
图 1.本生灯燃烧器陶瓷坩埚。

2.孤立铜

  1. 将样品转移到 100 mL 烧杯和溶解在 50 毫升的去离子水样本。该解决方案应该变成蓝色再一次,通常更多的蓝色比水合固体。
  2. 将少量的铝金属的 (~0.20 g) 添加到烧杯。这将导致能够减少对红色的金属,铜和铝到无色 Al3 +会被氧化。解决方案的蓝色颜色应该消失 Cu2 +离子形式铜0。30 分钟后添加额外的小块的铝,以确保所有的铜减至固体铜。
    1. 该解决方案现在包含 Al3 +离子、 固体铜和极少量的固体铝。
  3. 通过添加 ~ 5 毫升,6 M HCl.铝两性的意味着它可以反应和溶解在酸或碱溶解任何过多的铝。
  4. 真空过滤无色溶液中含有一块预先称量的滤纸布氏漏斗。用无水乙醇冲洗。空气样本进行干燥 (不烘箱干燥),以防止铜 (II) 氧化形成。
  5. 测量铜固体来确定氯离子的质量差的质量。

3.计算

  1. 通过差异确定氯离子的质量:
    Equation 1
  2. 使用每个组件的该化合物的摩尔质量来确定每个组件的痣。
  3. 划分每个组件所要给组件,也被称为经验公式化合物的最小整数比的最小组件的痣的痣。

确定一种化合物的化学分子式是化学家占领的一个基本方面。

在化学公式中,元素符号和数值下标描述的类型和数量的原子分子中存在。经验公式是一种简单的化学配方,提供分子化合物中的元素之间的最小整数比例。由于质量守恒的规律,经验公式是经常发现使用元素组成或质量百分比。

这个视频将介绍经验公式,并说明它如何能在实验室中使用一个简单的实验计算。

经验公式是最简单的化学分子式,类型,因为它显示的每个元素的原子相对数目在一个给定的化合物。例如,在过氧化氢,有一部分质量的氢每 16 零件质量的氧气。因此每个氢原子,一个氧原子,和经验公式是 H o。许多不同的分子可能有相同的经验公式。

分子式是经验公式,与表示原子的化合物中每种类型的实际数目。例如,分子式是过氧化氢的 H2O2,因为每个分子有两个氢原子和两个氧原子。结构式显示每种类型的原子和它们之间的债券的数量。单线条代表化学键。例如,氢过氧化物结构公式看起来像这样: H-O-O-H.

带点的复合之间的公式和水描述水合物。水合物是一种有水分子连接,但不是以共价键键合的化合物。水合物容易失去它们加热后的水分子,成为"无水"或"无"水。水合物和无水化合物有独特的物理化学性质,如分子以不同的方式组织。

既然已解释经验公式的基本原则,让我们确认实验室氯化铜水合物的经验公式。

开始执行程序,干以上 120 ° C,赶走任何吸附水分,坩埚和准确地确定它的重量。

重氯化铜水合物样品,将其放入坩埚。

下一步,加热坩埚使用热源,比如一本生灯燃烧器中的示例。盖放坩埚有助于防止飞溅,但保持开放轻微,让水蒸气逃脱。

加热样品,直到它已转为一种红棕色颜色蓝绿颜色。这种颜色变化是形式的指示性的无水氯化铜。搅拌以确保水者被赶走了样品,并且颜色一直是一致的。

接下来,冷却干燥器,以防止补液中的示例。

准确测量无水样品的质量。区别对应于在加热时丢失了水域的水化。

把干燥的样品转入 250 毫升烧杯中,并在 150 毫升去离子水中溶解。再次,随着水化氯化铜,该解决方案应该变成蓝色。

将一块小小的铝绞线添加到烧杯。蓝色的铜两个加号将减少带红色的铜零线,表面上虽然铝会被氧化为无色铝三加上。反应过程中溶液的蓝色颜色就会消失。

后约 30 分钟,使用额外铝以确保所有的铜已减至固体金属铜。

接下来,添加约 10 毫升的 6m 盐酸溶解铝绞线。

使用 Büchner 漏斗和预先称量的滤纸,真空过滤无色溶液。冲洗用绝对的或纯,乙醇样品。允许样品风干。

最后,测量铜固体的质量。

若要确定氯化铜水合物的经验公式,首先计算每个构件的质量。水的质量是通过减去干氯化铜氯化铜水合物的重量从重量来确定的。实验发现铜的质量。最后,通过减去大量铜和水从样品的总质量发现氯的质量。

要确定组件在化合物中的最小整数比,请将每个构件的质量转换痣使用摩尔质量。然后除以最少数量的痣 (在本例中铜) 样品中的每个组件。最小的整数比收益率公式的 CuCl2·2 H2o。

测定和知识经验公式的一种化合物是重要的化学和研究的许多领域。

法医化学是化学中的应用的法律环境。例如,未知的化合物,如药物及毒药,经常发现在犯罪现场。法医化学使用多种方法来标识未知的物质。

通常情况下,确定一种未知的物质的下一步是使用经验公式来确定分子式。质谱仪是频繁使用有助于在这一步,质谱仪分隔组件由其质量电荷比。因此,分子的质量然后可以用于确定分子式。

你刚看了朱庇特的简介经验公式。现在,您应该了解经验公式的一种物质是什么,究竟有何不同分子式,以及如何确定它在实验室里。

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Results

  1. 实验
    1. 热 1.25 g 氯化铜水合物的坩埚。后加热,然后冷却,最后一次弥撒是 0.986 g 氯化铜,铜xCly
    2. 溶解在 50 毫升的去离子水铜xCly样本并将 0.2 g 的精铝网格添加到烧杯。
    3. 后的反应和溶出过多的铝,恢复 0.198 g 的干铜金属。
    4. 减去铜和水从初始氯化铜水合物产量质量的样品中氯离子的质量:
      Equation 2
  2. 数据
    1. 若要确定最小整数比的化合物中的组件,将每个构件的质量转换为痣,然后除以每个小摩尔数的样品 (在本例中铜):
    组件 重量 (克) 摩尔质量 (g/mol) 比率 计算整数比
    0.479 63.55 7.53 x 10-3 Equation 3 1
    0.533 35.45 1.50 x 10-2 Equation 4 1.99 ≈ 2
    0.273 18.01 1.51 x 10-2 Equation 5 2.01 ≈ 2

    表 1。实验的结果。

    1. 由此产生的最小整数比收益率公式 CuCl2·2 H2o。
      1. 在事件的最终比例产生十进制值,整个公式会乘以一个常数,给出整数值。常用的分数阶值是 0.25、 0.50、 0.667,、 0.333 0.75。例如,如果产生了公式的最小整数比产生 C7H9没有2.5,整个公式将乘以 2 让经验公式 C14H18N2O5
    2. 不能从经验公式确定分子式,不知道这种化合物的分子质量。为此原因如下面的示例所示:
    名称 分子式 经验公式
    乙酸 CH3COOH CH2O
    甲醛 CH2O CH2O
    葡萄糖 C6H12O6 CH2O

    表 2。常见的经验公式的例子。

    所有三种化合物有相同的经验公式,但非常不同的分子式。

Applications and Summary

举一个例子,假设包含只有 C,H,未知生物大分子和 O 发现好作为一种新燃料。一种方法确定燃料的公式将会燃烧它在空气中,分析产品:

CxHyOz + O2 → mCO2 + nH2O

O2在过量时,我们会知道起源于生物大分子的 CO2中所有的碳和所有氢都会出现在 H2o。那总质量和初始样品的质量之间的区别将在分子氧的质量。然后,我们可以转换为痣并确定经验公式。

在另一示例中,镁xCly·水合物样品给出了 nH2O。大量水分子再一次将由加热容易确定。使用一些溶度积规则,氯离子与银离子,Ag+,形成氯化银(s)然后沉淀。一旦发现的大量 AgCl(s) ,Cl-的痣决意使用氯化银(s)的摩尔质量,然后转换为 Cl-克。这将使我们能够确定毫克的样本,再用经验公式的质量。

确定的经验公式是在识别公式的实际分子的中心。从药品到取证,测定分子式是确定一种未知的化合物,这意味着以经验公式对下一步的关键。通常情况下,经验公式的确定被加上元素的分析,来获取元素重量百分比信息。从这些数据中,摩尔比的计算和确定经验公式。我们可以确定使用另一种分析工具,像一台质谱仪的分子的质量。然后,分子质量和实证质量之间的比例计算以确定真正的分子式。

1.脱水水合物

  1. 准确地权衡氯化铜水合物样品并将它放入预烘和容积的坩埚。它是重要的坩埚干以上 120 ° C,赶走任何吸附水分。通常情况下,化合物 1-2 克就够了。
  2. 热示例使用喷灯或其他火焰源,直到它更改颜色从蓝绿色至红褐色 (图 1)。这种颜色变化是形式的指示性的无水氯化铜。封面可以留在坩埚,防止飞溅,但应微微张开,以使水汽逃脱。
    1. 搅拌的样品必须确保水击退了整个示例,颜色是不断在整个。
    2. 作为替代,将样品放入烘箱以上 110 ° c。
  3. 很酷的干燥器中的示例。这可以防止水再水化样品。
  4. 测量无水样品的质量。不同对应于水从加热后失去了水合物。

Figure 1
图 1.本生灯燃烧器陶瓷坩埚。

2.孤立铜

  1. 将样品转移到 100 mL 烧杯和溶解在 50 毫升的去离子水样本。该解决方案应该变成蓝色再一次,通常更多的蓝色比水合固体。
  2. 将少量的铝金属的 (~0.20 g) 添加到烧杯。这将导致能够减少对红色的金属,铜和铝到无色 Al3 +会被氧化。解决方案的蓝色颜色应该消失 Cu2 +离子形式铜0。30 分钟后添加额外的小块的铝,以确保所有的铜减至固体铜。
    1. 该解决方案现在包含 Al3 +离子、 固体铜和极少量的固体铝。
  3. 通过添加 ~ 5 毫升,6 M HCl.铝两性的意味着它可以反应和溶解在酸或碱溶解任何过多的铝。
  4. 真空过滤无色溶液中含有一块预先称量的滤纸布氏漏斗。用无水乙醇冲洗。空气样本进行干燥 (不烘箱干燥),以防止铜 (II) 氧化形成。
  5. 测量铜固体来确定氯离子的质量差的质量。

3.计算

  1. 通过差异确定氯离子的质量:
    Equation 1
  2. 使用每个组件的该化合物的摩尔质量来确定每个组件的痣。
  3. 划分每个组件所要给组件,也被称为经验公式化合物的最小整数比的最小组件的痣的痣。

确定一种化合物的化学分子式是化学家占领的一个基本方面。

在化学公式中,元素符号和数值下标描述的类型和数量的原子分子中存在。经验公式是一种简单的化学配方,提供分子化合物中的元素之间的最小整数比例。由于质量守恒的规律,经验公式是经常发现使用元素组成或质量百分比。

这个视频将介绍经验公式,并说明它如何能在实验室中使用一个简单的实验计算。

经验公式是最简单的化学分子式,类型,因为它显示的每个元素的原子相对数目在一个给定的化合物。例如,在过氧化氢,有一部分质量的氢每 16 零件质量的氧气。因此每个氢原子,一个氧原子,和经验公式是 H o。许多不同的分子可能有相同的经验公式。

分子式是经验公式,与表示原子的化合物中每种类型的实际数目。例如,分子式是过氧化氢的 H2O2,因为每个分子有两个氢原子和两个氧原子。结构式显示每种类型的原子和它们之间的债券的数量。单线条代表化学键。例如,氢过氧化物结构公式看起来像这样: H-O-O-H.

带点的复合之间的公式和水描述水合物。水合物是一种有水分子连接,但不是以共价键键合的化合物。水合物容易失去它们加热后的水分子,成为"无水"或"无"水。水合物和无水化合物有独特的物理化学性质,如分子以不同的方式组织。

既然已解释经验公式的基本原则,让我们确认实验室氯化铜水合物的经验公式。

开始执行程序,干以上 120 ° C,赶走任何吸附水分,坩埚和准确地确定它的重量。

重氯化铜水合物样品,将其放入坩埚。

下一步,加热坩埚使用热源,比如一本生灯燃烧器中的示例。盖放坩埚有助于防止飞溅,但保持开放轻微,让水蒸气逃脱。

加热样品,直到它已转为一种红棕色颜色蓝绿颜色。这种颜色变化是形式的指示性的无水氯化铜。搅拌以确保水者被赶走了样品,并且颜色一直是一致的。

接下来,冷却干燥器,以防止补液中的示例。

准确测量无水样品的质量。区别对应于在加热时丢失了水域的水化。

把干燥的样品转入 250 毫升烧杯中,并在 150 毫升去离子水中溶解。再次,随着水化氯化铜,该解决方案应该变成蓝色。

将一块小小的铝绞线添加到烧杯。蓝色的铜两个加号将减少带红色的铜零线,表面上虽然铝会被氧化为无色铝三加上。反应过程中溶液的蓝色颜色就会消失。

后约 30 分钟,使用额外铝以确保所有的铜已减至固体金属铜。

接下来,添加约 10 毫升的 6m 盐酸溶解铝绞线。

使用 Büchner 漏斗和预先称量的滤纸,真空过滤无色溶液。冲洗用绝对的或纯,乙醇样品。允许样品风干。

最后,测量铜固体的质量。

若要确定氯化铜水合物的经验公式,首先计算每个构件的质量。水的质量是通过减去干氯化铜氯化铜水合物的重量从重量来确定的。实验发现铜的质量。最后,通过减去大量铜和水从样品的总质量发现氯的质量。

要确定组件在化合物中的最小整数比,请将每个构件的质量转换痣使用摩尔质量。然后除以最少数量的痣 (在本例中铜) 样品中的每个组件。最小的整数比收益率公式的 CuCl2·2 H2o。

测定和知识经验公式的一种化合物是重要的化学和研究的许多领域。

法医化学是化学中的应用的法律环境。例如,未知的化合物,如药物及毒药,经常发现在犯罪现场。法医化学使用多种方法来标识未知的物质。

通常情况下,确定一种未知的物质的下一步是使用经验公式来确定分子式。质谱仪是频繁使用有助于在这一步,质谱仪分隔组件由其质量电荷比。因此,分子的质量然后可以用于确定分子式。

你刚看了朱庇特的简介经验公式。现在,您应该了解经验公式的一种物质是什么,究竟有何不同分子式,以及如何确定它在实验室里。

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