Prawo stałości składu

PRAWO STAŁOŚCI SKŁADU ZWIĄZKU CHEMICZNEGO (PRAWO STOSUNKÓW STAŁYCH) - dla danego związku chemicznego stosunek mas pierwiastków tworzących ten związek jest wielkością stałą (nie zależy od metody czy miejsca otrzymywania związku).

Stosunek masowy wapnia do siarki w siarczku wapnia wynosi 40 do 32. Skracamy obydwie liczby tak, aby otrzymać jak najmniejsze liczby całkowite, a zatem stosunek masowy wapnia do siarki wynosi w tym związku 5: 4 (czytamy 5 do 4). Oznacza to, że na 5 części (np. gramów, kilogramów itp.) Ca przypadają 4 części (gramy, kilogramy itp.) S (takie same jednostki dla obu substancji). Dotyczy to również wielokrotności (np. na 10 kg Ca przypada 8 kg S - 10:8 = 5:4) oraz podwielokrotności (np. 0,25 g Ca przypada na 0,2 g S tj. 0,25:0,2 = 5:4). W 1 molu CaS na 1 mol atomów Ca przypada zawsze 1 mol S.

W oparciu o prawo stałości składu można ustalić wzór elementarny związku (jest to wzór najprostszy, podaje on rodzaj i wzajemny stosunek atomów, często odpowiada wzorowi rzeczywistemu związku).

Np.: Wiedząc, że stosunek masowy miedzi do siarki wynosi 4:1, ustal wzór związku.

Wzór tego związku możemy zapisać jako:

A zatem stosunek masowy tych pierwiastków zapiszemy jako iloczyn ilości moli atomów miedzi (x) i masy 1 mola miedzi (64 g) przez iloczyn ilości moli atomów tlenu (y) i masy 1 mola tlenu (16 g), a wynosi on 4:1 (informacja zawarta w treści zadania).

a zatem:

Podstawiamy teraz do wzoru za x i y otrzymane liczby, w naszym przypadku są to jedynki, które pomijamy, a więc otrzymujemy wzór: CuO. Ponieważ w zadaniu nie jest podana masa molowa lub cząsteczkowa związku, można jedynie ustalić wzór elementarny (najprostszy) związku.

Odp.: Związek, w którym stosunek masowy miedzi do tlenu wynosi 4:1, ma wzór CuO.

Na podstawie prawa stałości składu możemy obliczyć skład procentowy związku (tj. zawartość procentową wszystkich pierwiastków w danym związku chemicznym).

Np.: Obliczyć skład procentowy kwasu siarkowego (VI).

Rozwiązanie:

Z Układu Okresowego wypisujemy masy molowe pierwiastków wchodzących w skład kwasu oraz obliczamy masę molową H₂SO₄:

Masa 1 mola H₂SO₄ stanowi całość, tj. 100%, natomiast zawartość procentową poszczególnych pierwiastków obliczamy z proporcji:

Wynik zaokrąglamy do liczby całkowitej, chyba że w treści zadania będzie podane, z jaką dokładnością mamy wykonać obliczenia.

Obliczamy zawartość procentową kolejnego pierwiastka, tj. siarki, układając proporcję i rozwiązując otrzymane równanie:

Pozostaje jeszcze do obliczenia zawartość procentowa tlenu, którą również możemy obliczyć z proporcji, jednak znacznie łatwiej i szybciej możemy to zrobić odejmując od 100% sumę zawartości procentowej obliczonych już pierwiastków (wodoru i siarki).

Podstawiamy do wzoru obliczoną już ilość procentową wodoru i siarki i wyliczamy zawartość procentową tlenu, którą podajemy w przybliżeniu (wcześniej zaokrągliliśmy wartości dla wodoru i siarki).

Odp.: W skład kwasu siarkowego (VI) wchodzi ok. 2% wodoru, 33% siarki i 65% tlenu.

Zadanie 1

Oblicz stosunek masowy magnezu do tlenu w tlenku magnezu.

Rozwiązanie:

W tlenku magnezu (MgO) na 1 mol atomów Mg o masie g molowej równej 24 g · mol-1, przypada 1 mol atomów tlenu o masie molowej 16 g · mol-1. A zatem stosunek masy magnezu do tlenu ma się tak jak 24:16, czyli 3:2.

Odp.: Stosunek masowy magnezu do tlenu w tlenku magnezu wynosi 3:2.

Zadanie 2

Oblicz stosunek masowy żelaza do tlenu w tlenku żelaza (III).

Piszemy wzór tlenku żelaza (III), z którego wynika, że w 1 molu tego związku znajdują się 2 mole atomów żelaza i 3 mole atomów tlenu. Z Układu Okresowego odczytujemy ich masy molowe i mnożymy przez ilość moli atomów w cząsteczce. Obliczamy stosunek masowy żelaza do tlenu dzieląc masę 2 moli atomów żelaza przez masę 3 moli atomów tlenu. Liczby skracamy, tak aby otrzymać iloraz jak najprostszych liczb całkowitych.

Odp.: Stosunek masowy żelaza do tlenu w tlenku żelaza (III) wynosi 7:3.

Zadanie 3

Ustal wzór związku węgla i wodoru, w którym stosunek masowy tych pierwiastków wynosi 5:1. Masa molowa związku wynosi 72 g · mol^-1.

Rozwiązanie:

Piszemy wzór związku, w którym zamiast liczby moli atomów węgla wstawiamy x, zamiast liczby moli atomów wodoru - y. Aby ustalić wzór związku, musimy obliczyć x i y. W zadaniu podany jest stosunek masowy węgla do wodoru (5:1), równy ilorazowi mas molowych pierwiastków pomnożonych przez nieznaną ilość moli atomów C i H (korzystamy z prawa stałości składu). Wyrażamy x:y jako stosunek prostych liczb całkowitych, które wpisujemy do wzoru odpowiednio w miejsce x (liczbę 5) i w miejsce y (liczbę 12). Otrzymany wzór C5H12 jest wzorem elementarnym (najprostszym) i aby stwierdzić, czy jest on równocześnie wzorem rzeczywistym, obliczamy jego masę molową. Wynosi ona 72 g i jest równa masie molowej podanej w zadaniu,a więc szukanym związkiem węgla i wodoru jest C5H12.

Odp.: Związek węgla i wodoru o masie molowej równej 72 g · mol^-1 i stosunku masowym pierwiastków 5:1 ma wzór C₅H₁₂.

Zadanie 4

Ustal wzór tlenku azotu o masie cząsteczkowej 92u, wiedząc że stosunek masowy azotu do tlenu wynosi 7:16. Oblicz zawartość procentową pierwiastków.

Rozwiązanie:

Ustalamy wzór ogólny związku, w którym ilości moli atomów azotu i tlenu są niewiadomymi i oznaczamy je odpowiednio jako x i y. Na podstawie prawa stałości składu zapisujemy ich stosunek masowy (tj. iloczyn ilości moli atomów azotu i jego masy cząsteczkowej przez iloczyn ilości moli atomów tlenu i jego masy cząsteczkowej), który jak wynika z treści zadania wynosi 7:16. Wykonujemy obliczenia podając stosunek x do y w postaci jak najprostszych liczb całkowitych, tj. 1:2. Liczby te wpisujemy do wzoru (podstawiając odpowiednio za x i y, liczbę 1 pomijamy). Otrzymany wzór NO2 jest wzorem elementarnym, którego masa cząsteczkowa wynosi 46u. Jest ona dwukrotnie mniejsza od masy cząsteczkowej podanej w treści zadania, wynika więc z tego, że wzór rzeczywisty musi zawierać dwa razy większą liczbę moli atomów azotu i tlenu. A zatem otrzymujemy wzór N2O4, dla którego obliczamy masę cząsteczkową. Jest ona taka sama jak masa podana w zadaniu, a zatem ustalony przez nas wzór jest wzorem rzeczywistym związku. Po ustaleniu wzoru rzeczywistego przystępujemy do obliczenia zawartości procentowej poszczególnych pierwiastków. Masa cząsteczki N2O4 stanowi 100%, natomiast masa zawartego w niej azotu (2 · 14u) to x%. Odejmując od 100% obliczoną wcześniej zawartość procentową azotu otrzymujemy zawartość procentową tlenu.

Odp.: N₂O₄ jest wzorem tlenku azotu o masie cząsteczkowej 92u, który zawiera 30,4% azotu i 69,6% tlenu.

Zadanie 5

Oblicz, w jakim stosunku masowym łączy się węgiel z tlenem, jeżeli w wyniku spalenia 1,5 g węgla w tlenie otrzymano 5,5 g tlenku węgla (IV).

Rozwiązanie:

Piszemy równanie reakcji spalania węgla do tlenku węgla (IV). Zgodnie z prawem zachowania masy, masa substratów (masa węgla + masa tlenu) użytych do reakcji jest równa masie powstającego w niej produktu - CO2. A zatem odejmując od masy tlenku węgla (IV) masę węgla otrzymamy masę tlenu. Teraz możemy więc zapisać stosunek masowy węgla do tlenu jako iloraz masy węgla użytego w reakcji do masy reagującego z nim tlenu. Ponieważ wyraża się go jako stosunek prostych liczb całkowitych, musimy w tym celu otrzymany iloraz rozszerzyć (pomnożyć licznik i mianownik) przez 2, a zatem w tej reakcji węgiel łączy się z tlenem w stosunku masowym 3:8.

Odp.: Węgiel łączy się z tlenem w tej reakcji w stosunku masowym 3:8.

Autorzy opracowań: B. Wojnar, B. Włodarczyk, A Sabak, D. Stopka, A Szostak, D. Pietrzyk, A. Popławska, E. Seweryn, M. Zagnińska, J. Paciorek, E. Lis, M. D. Wyrwińska, A Jaszczuk, A Barszcz, A. Żmuda, K. Stypinska, A Radek, J. Fuerst, C. Hadam, I. Kubowia-Bień, M. Dubiel, J. Pabian, M. Lewcun, B. Matoga, A. Nawrot, S. Jaszczuk, A Krzyżek, J. Zastawny, K. Surówka, E. Nowak, P. Czerwiński, G. Matachowska, B. Więsek, Z. Daszczyńska, R. Całka

Zgodnie z regulaminem serwisu www.opracowania.pl, rozpowszechnianie niniejszego materiału w wersji oryginalnej albo w postaci opracowania, utrwalanie lub kopiowanie materiału w celu rozpowszechnienia w szczególności zamieszczanie na innym serwerze, przekazywanie drogą elektroniczną i wykorzystywanie materiału w inny sposób niż dla celów własnej edukacji bez zgody autora jest niedozwolone.

Wybierz treść

Wybierz szkołę

Wybierz przedmiot

Wybierz dział

Opracowania

Prawo stałości składu