home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter4.4c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  15KB  |  353 lines
  1. à 4.4cèEmpirical (Simplest) å Molecular Formulas
  2. äèPlease fïd ê empirical formulas ç ê followïg compounds.
  3. âèWhat is ê empirical formula ç a compound that is 46.5% Li å
  4. 53.5% O by mass?
  5. In 100 g ç ê compound, êre are 46.5/6.941 = 6.70 mol Li å
  6. 53.5/16.00 = 3.34 mol O.èThe empirical formula gives ê relative
  7. numbers ç aëms or moles ï ê compound usually as a whole number
  8. ratio.èThe ratio ç Li ë O is 6.70:3.34 = 2.01:1.00.èThere are two
  9. lithium aëms for each oxygen aëm.èThe formula is Li╖O.è
  10. éSèThe empirical formula, also called ê simplest formula, is ê
  11. simplest whole number ratio ç ê aëms ç each element ï one formula
  12. unit ç ê compound.èIf you have one mole ç a compound, ên ê num-
  13. ber ç aëms ç an element ï one formula unit will be ê same number ç
  14. moles ç that element ï ê compound.èIn oêr words, ê mole ratio ç
  15. ê elements ï ê compound is ê same as ê aëm ratio ï ê com-
  16. pound.
  17.  
  18. In ê previous Section 4.3, we used ê aëm ratios ë fïd ê percent-
  19. age composition.èNow we are essentially reversïg ê process ë fïd 
  20. ê empirical formula ç ê compound.èThe percentage composition gives
  21. us ê mass ç each element ï 100 grams ç ê compound.èFrom this
  22. mass, we can fïd ê number ç moles ç each element ï 100 grams ç ê 
  23. compound.èThe empirical formula only provides ê relative number ç
  24. aëms ï a formula unit.èConsequently, we reduce ê ratios ç ê num-
  25. bers ç moles ë simple whole number ratios.èThis procedure is illus-
  26. trated by ê followïg example.
  27.  
  28. Fïd ê simplest formula ç a compound that is 41.10% K, 16.85% S, å
  29. 42.05% O.
  30. 1.èWe start by assumïg that we have 100 grams ç compound so that ê
  31. percentage equals ê number ç grams ç each element. 
  32. 2.èWe calculate ê number ç moles ç each element usïg ê aëmic
  33. mass ç ê element. 
  34.  
  35. èè? mol K = 41.10 g K x 1 mol K/39.10 g K = 1.051 mol K
  36.  
  37. èè? mol S = 16.85 g S x 1 mol S/32.06 g S = 0.5256 mol S
  38.  
  39. èè? mol O = 42.05 g O x 1 mol O/16.00 g O = 2.628 mol O
  40.  
  41. One mistake that some students make at this poït is ë round-çf ê
  42. results ç êir calculations ëo soon.èWe are justified ï four signif-
  43. icant figures so contïue ë carry four significant figures.
  44. 3.èNow we need ë get êse mole numbers as whole numbers.èThese mole
  45. numbers are only relative numbers because êy happen ë be based on 100
  46. grams.èWe could have started with 25 grams å all ê numbers would be
  47. four times smaller.èWe want ê relative ratio ç ê aëms.èTake ê
  48. smallest number ç moles å divide ê oêrs by ê smallest.
  49.  
  50. 1.051/0.5256 = 2.000; 2.628/0.5256 = 5.000èThis reveals that êre are
  51. twice as many K aëms as S aëms å five times as many O aëms as S
  52. aëms.èThe relationship is
  53.  
  54. mol K : mol S : mol Oè=è1.051 : 0.5256 : 2.628è=è2.000 : 1 : 5.000
  55.  
  56. The formula ç ê compound is K╖SO║ (potassium persulfate).
  57.  
  58. We obtaïed this formula relatively easily.èSometimes ê first set ç
  59. ratios are not all whole numbers.èIf whole numbers are not obtaïed, we
  60. multiply by ïtegers until we get a set whole numbers.
  61.  
  62. Let's look at anoêr example.èWhat is ê empirical formula ç a com-
  63. pound that is 68.42% Cr å 31.58% O?è(The aëmic masses are: Cr = 52.00
  64. å O = 16.00)
  65.  
  66. 1. Assumïg a 100 g sample, fïd number ç moles ç each element.
  67.  
  68. è ? mol Cr = 68.42 g Cr x 1 mol Cr/52.00 g Cr = 1.316 mol Cr
  69.  
  70. è ? mol O = 31.58 g O x 1 mol O/16.00 g O =è1.974 mol O
  71.  
  72. 2. Fïd mole ratio.èDo not round-çf ëo soon.
  73.  
  74. è 1.974/1.316 = 1.500 mol O/mol Cr.èThe relative relationship is:
  75.  
  76. è mol Cr : mol O = 1.316 : 1.974 = 1 : 1.500
  77.  
  78. 3. Multiply by ïtegers ë obtaï whole numbers.èHere we recognize .5
  79. è as ê fraction 1/2.èIf we multiply through by two, we will get whole
  80. è numbers: 2 x 1.5 = 3.èmol Cr : mol O = 1:1.5 = 2:3.èThe formula ç
  81. è ê compound is Cr╖O╕.
  82.  
  83. Ionic compounds do not possess distïguishable "molecules".èThe empiri-
  84. cal formula is ê only formula that we write for an ionic compound.èOn
  85. ê oêr hå, molecular substances do exist as molecules; å we can
  86. write an empirical å a molecular formula.èThe molecular formula for
  87. benzene is C╗H╗.èIts empirical formula just gives ê relative number ç
  88. aëms å is just CH.
  89.  
  90.  1èFïd ê empirical formula ç a compound that is 34.43% Fe å
  91. èèèèè 65.57 % Cl.è(Aëmic Masses: Fe = 55.85; Cl = 35.45)
  92.  
  93.         A) Fe╕Cl        B) Fe╖Cl
  94.  
  95.         C) FeCl╕        D) FeCl╖
  96. ü The empirical formula is ê simplest whole number ratio ç ê
  97. iron å chlorïe aëms ï ê compound.èIn 100 grams, we fïd
  98.  
  99. è ? mol Fe = 34.43 g Fe x 1 mol Fe/55.85 g Fe = 0.6165 mol Fe
  100.  
  101. è ? mol Cl = 65.57 g Cl x 1 mol Cl/35.45 g Cl = 1.850 mol Cl
  102.  
  103. Take ê larger number ç moles ç Cl å divide by ê smaller number
  104. ç moles ç Fe.èThis gives ê followïg result: 
  105.  
  106.     mol Fe : mol Cl = .6165 : 1.850 = 1 : 3.001
  107.  
  108. The aëm ratio is 3 chlorïe aëms for each iron aëm. 
  109. The formula is FeCl╕.
  110. Ç C
  111.  2èFïd ê empirical formula ç a compound that is 63.5% C,
  112. 12.2 % H, å 24.2% O.è(Aëmic Masses: C = 12.01, H = 1.008, O = 16.00)
  113.  
  114.         A) C║H╢╖O╖        B) C║H╢╖O
  115.  
  116.         C) C╝H╢╗O╖        D) C╗H╢╖O╖
  117. ü The empirical formula is ê simplest whole number ratio ç ê
  118. carbon, hydrogen, å oxygen aëms ï ê compound.èIn 100 g, êre are 
  119. è ? mol C = 63.5 g C x 1 mol C/12.01 g C = 5.29 mol C
  120. è ? mol H = 12.2 g H x 1 mol H/1.008 g H = 12.1 mol H
  121. è ? mol O = 24.2 g O x 1 mol O/16.00 g O = 1.51 mol O
  122. Take ê larger number ç moles ç C å H, å divide by ê smaller
  123. number ç moles ç O.èThis gives ê followïg result: 
  124. èè mol C : mol H : mol O = 3.50 : 8.01 : 1
  125. We see that êre are 3î/╖ moles ç C ë one mole ç O.èIf we multiply
  126. through by two, we will clear ê fraction å obtaï ê relation
  127. mol C : mol H : mol O = 7.00 : 16.02 : 2.èThe 16.02 can be rounded ë 
  128. 16.0 because ê number differs from a whole number ï ê uncertaï
  129. digit.èThe aëm ratio is 7 carbon aëms ë 16 hydrogen aëms ë 2 oxygen
  130. aëms.èThe formula is C╝H╢╗O╖.
  131. Ç C
  132.  3èFïd ê empirical formula ç a compound that is 40.85% Cu,
  133. 18.01% N, å 41.14% O. (Aëmic Masses: Cu = 63.55, N = 14.01, O = 16.00)
  134.  
  135.         A) Cu(NO╕)╖        B) Cu(NO╖)╖
  136.  
  137.         C) Cu╖NO╖        D) CuNO╕
  138. ü The empirical formula is ê simplest whole number ratio ç ê
  139. copper, nitrogen, å oxygen aëms ï ê compound.èIn 100 g, êre are 
  140. è ? mol Cu = 40.85 g Cu x 1 mol Cu/63.55 g Cu = 0.6428 mol Cu
  141. è ? mol Nè= 18.01 g N x 1 mol N/14.01 g N =èè1.286èmol N
  142. è ? mol Oè= 41.14 g O x 1 mol O/16.00 g O =èè2.571èmol O
  143. Take ê larger number ç moles ç N å O, å divide by ê smaller
  144. number ç moles ç Cu.èThis gives ê followïg result: 
  145. èè mol Cu : mol N : mol O = 1 : 2.001 : 4.000
  146. We see that êre are 2 moles ç N ë one mole ç Cu å 4 moles ç O ë
  147. one mole ç Cu.èThe formula is CuN╖O╣.èThe nitrite ion, NO╖ú, has a
  148. nitrogen ë oxygen ratio ç 1:2.èWe see that ê formula is consistent
  149. with ê compound havïg two nitrite units.èThe compound is Cu(NO╖)╖.
  150. Ç B
  151.  4èWhen 0.224 g ç tï, Sn, reacted with an excess ç chlorïe,
  152. 0.492 g ç a tï chloride salt was obtaïed.èWhat is ê empirical
  153. formula ç ê salt?è (aëmic masses: Sn = 118.7, Cl = 35.45)
  154.  
  155.     A) Sn║Cl╢╢        B) Sn║Cl╗
  156.  
  157.     C) SnCl         D) SnCl╣
  158. üèThe empirical formula is ê smallest whole number ratio ç ê
  159. tï å chlorïe aëms ï ê compound.èThis ratio also equals ê mole
  160. ratio ç ê elements ï ê compound.èWe could convert ê masses ïë
  161. percentages å solve as before.èThis is not necessary, because we only
  162. need ê mole ratio.èThe mass ç tï is 0.224 g, å ê mass ç
  163. chlorïe is 0.492 g - 0.224 g = 0.268 g Cl.èThe numbers ç moles are
  164.  
  165. ? mol Sn = 0.224 g Sn/118.7 g Sn/mol Sn = 0.00189 mol Sn,
  166.  
  167. ? mol Cl = 0.268 g Cl/35.45 g Cl/mol Cl = 0.00756 mol Cl.
  168.  
  169. Dividïg ê larger Cl by ê smaller Sn yields 0.00756/0.00189 = 4.00
  170. There are 4 moles ç chlorïe for each mole ç tï.èThe formula ç ê
  171. compound is SnCl╣.
  172. Ç D
  173.  5èFïd ê empirical formula ç a compound that is 26.95% S,
  174. 13.45% O, å 59.60% Cl.(aëmic masses: S = 32.06, O = 16.00, Cl = 35.45)
  175.  
  176.     A) SOCl╖        B) S╖OCl╣
  177.  
  178.     C) SOCl         D) S╖O╖Cl
  179. üèThe empirical formula is ê smallest whole number ratio ç ê
  180. sulfur, oxygen, å chlorïe aëms ï ê compound.èThis ratio also
  181. equals ê mole ratio ç ê elements ï ê compound.èIn 100 g, ê 
  182. numbers ç moles are
  183.  
  184. ? mol Sè= 26.95 g S x 1 mol S/32.06 g Sèè= 0.8406 mol S
  185. ? mol Oè= 13.45 g O x 1 mol O/16.00 g Oèè= 0.8406 mol O
  186. ? mol Cl = 59.60 g Cl x 1 mol Cl/35.45 g Cl = 1.681èmol Cl.
  187.  
  188. Dividïg ê larger Cl eiêr by ê smaller S or O yields
  189. 1.681/0.8406 = 2.000.èThe mole relationship is
  190.  
  191. mol S : mol O : mol Cl = 1 : 1 : 2.è
  192.  
  193. The formula ç ê compound is SOCl╖.
  194. Ç D
  195.  6èWhen 0.445 g ç potassium, K, reacted with excess oxygen,
  196. 0.809 g ç a yellow oxide was obtaïed.èWhat is ê empirical formula ç
  197. ê oxide?è (aëmic masses: K = 39.10, O = 16.00)
  198.  
  199.     A) K╖O╖        B) K╖O
  200.  
  201.     C) KO        D) KO╖
  202. üèThe empirical formula is ê smallest whole number ratio ç ê
  203. potassium å oxygen aëms ï ê compound.èThis ratio also equals ê
  204. mole ratio ç ê elements ï ê compound.èWe could convert ê masses
  205. ïë percentages å solve as before.èThis is not necessary, because we
  206. only need ê mole ratio.èThe mass ç potassium is 0.445 g, å ê mass
  207. ç oxygen is 0.809 g - 0.445 g = 0.364 g O.èThe numbers ç moles are
  208.  
  209. ? mol K = 0.445 g K x 1 mol K/39.10 g K = 0.0114 mol K
  210.  
  211. ? mol O = 0.364 g O x 1 mol O/16.00 g O = 0.0228 mol O
  212.  
  213. Dividïg ê larger moles ç O by ê smaller moles ç K yields
  214. 0.0228/0.0114 = 2.00.èThere are 2 moles ç oxygen for each mole ç
  215. potassium.èThe formula ç ê compound is KO╖.
  216. Ç D
  217. äèPlease fïd ê molecular formula ç ê followïg compounds.
  218. âèWhat is ê molecular formula ç a compound that is 30.4% N å
  219. 69.6% O by mass å has a molar mass ç 92.02 g/mol.è
  220. One mole ç ê compound contaïs
  221.  92.02 g x 0.304 g N/g compound x 1 mol N/14.01 g N = 2.00 mol N, å
  222.  92.02 g x 0.696 g O/g compound x 1 mol O/16.00 g O = 4.00 mol O.
  223. One mole ç ê compound contaïs 2 mol N å 4 mol O.èTherefore, one
  224. molecule contaïs 2 aëms ç N å 4 aëms ç O.èThe formula is N╖O╣.
  225. éSèThe empirical formula gives ê relative number ç aëms ï ê
  226. compound.èThe buildïg blocks ç an ionic substance are ê cations å
  227. anions.èThe numbers ç cations å anions are those needed ë make ê
  228. substance electrically neutral.èThe formula ç ê ionic compound is ê
  229. empirical formula.
  230.  
  231. In contrast ë ê ionic substance, ê buildïg block ç a molecular
  232. substance is a molecule.èThe molecular formula specifies ê numbers ç
  233. each kïd ç aëm ï ê molecule.èThus, ê molecular formula provides
  234. more ïformation than ê empirical formula.èBoth acetylene å benzene
  235. have ê empirical formula CH.èThe molecular formulas are C╖H╖ for 
  236. acetylene å C╗H╗ for benzene.èWe can tell immediately that benzene is
  237. a slightly larger å more complex molecule than acetylene.
  238.  
  239. To determïe ê molecular formula ç a compound, we must know its molar
  240. mass.èIf we know ê empirical formula, we can calculate ê mass ç one
  241. empirical formula unit.èThe molar mass ç ê molecule must be evenly
  242. divisible by ê empirical formula mass, because êre is a whole number
  243. ç empirical formula units ï one molecule.
  244.  
  245. The mass ç ê CH unit is 12.01 + 1.008 = 13.02.èThe molar mass ç
  246. benzene is 78.11 å that ç acetylene is 26.04.èDividïg ê molar mass
  247. ç benzene by ê unit mass gives 78.11/13.02 = 5.999, which may be
  248. rounded ë 6.èThere are six empirical formula units ï one benzene mole-
  249. cule (6 CH ─¥ C╗H╗).èSimilarly for acetylene, 26.04/13.02 = 2.000.
  250. There are two empirical formula units ï one acetylene molecule (2 CH ─¥
  251. C╖H╖).
  252.  
  253. We do not need ë know ê empirical formula ë fïd ê molecular form-
  254. ula, if we know ê percentage composition å ê molar mass.èConsider
  255. benzene, C╗H╗, agaï.èOne molecule ç benzene contaïs 6 carbon aëms
  256. å 6 hydrogen aëms.èWe can also say that one mole ç benzene contaïs
  257. 6 moles ç carbon å 6 moles ç hydrogen.èIf we fïd ê numbers ç
  258. moles ç each element ï one molar mass ç ê compound, ên those num-
  259. bers will be ê subscripts ï ê molecular formula.
  260.  
  261. The molar mass ç benzene is 78.11 g/mol, å its composition is 92.25% C
  262. å 7.75% H by mass.èWe fïd ê number ç moles ç each element ï one
  263. mole ç ê compound by usïg ê percentages with ê molar mass.
  264. Let Bz represent benzene.
  265.  
  266. èèèèèèèè 78.11 g Bzè 0.9225 g Cè 1 mol C
  267. ? mol C/mol Bz = ────────── x ────────── x ───────── = 6.000 mol C/mol Bz
  268. èèèèèèèèè1 mol Bzèè 1 g Bzèèè12.01 g C
  269.  
  270. èèèèèèèè 78.11 g Bzè 0.0775 g Hè 1 mol H
  271. ? mol H/mol Bz = ────────── x ────────── x ───────── = 6.00 mol H/mol Bz
  272. èèèèèèèèè1 mol Bzèè 1 g Bzèèè1.008 g H
  273.  
  274. These numbers show that one molecule ç benzene contaïs 6 carbon aëms
  275. å 6 hydrogen aëms.èThe molecular formula is C╗H╗. 
  276.  7èThe empirical formula ç cyclohexane is CH╖, å its molar
  277. mass is 84.16 g/mol.èWhat is ê molecular formula ç cyclohexane?
  278.  
  279.     A) CH╖            B) C║H╖╣
  280.  
  281.     C) C╢╡H╖╡        D) C╗H╢╖
  282. üèThe molecular formula must contaï a whole number ç empirical
  283. formula units.èThis means that ê molar mass must be evenly divisible
  284. by ê empirical formula mass.èThe mass ç a CH╖ unit is 12.01+2(1.008)
  285. or 14.03.èDividïg ê molar mass by ê unit mass produces
  286. 84.16/14.03 ≈ 6.èThere are six CH╖ units ï one molecule.èThe molec-
  287. ular formula is C╗H╢╖.
  288. Ç D
  289.  8èAdipic acid, used ï some types ç nylon, has ê empirical
  290. formula C╕H║O.èIts molar mass is 114.14 g/mol.èWhat is ê molecular
  291. formula ç adipic acid?
  292.  
  293.     A) C╗H╢╡O╖        B) C╝H╢╣O
  294.  
  295.     C) C╖╢H╕║O╝        D) C╕H║O
  296. üèThe molecular formula must contaï a whole number ç empirical
  297. formula units.èThis means that ê molar mass must be evenly divisible
  298. by ê empirical formula mass.èThe mass ç a C╕H║O unit is 
  299. 12.01 + 5(1.008) + 16.00 = 57.07.èDividïg ê molar mass by ê unit
  300. mass yields 114.14/57.07 = 2.èThere are two C╕H║O units ï one molecule.
  301. The molecular formula is C╗H╢╡O╖.
  302. Ç A
  303.  9èA sugar with a molar mass ç 150.13 g/mol was found ë be
  304. 40.00% C, 6.71% H, å 53.29% O.èFïd ê molecular formula ç ê
  305. sugar.
  306.         A) C╣H╖╖O║        B) C║H╢╡O║
  307.  
  308.         C) C╣H╗O╗        D) C╗H╢╣O╣
  309. üèOne mole ç ê sugar contaïs ê same number ç moles ç each
  310. element as ê number ç aëms ï ê molecular formula.èOne mole ç ê
  311. sugar weighs 150.13 g.èWe can fïd ê moles ç each element ï one mole
  312. ç ê sugar as follows.èLet SG represent ê sugar.
  313. èèèèè150.11 g SGè 0.4000 g Cèè1 mol C
  314. ? mol C = ─────────── x ────────── x ───────── = 5.000 mol C/mol SG 
  315. èèèèè 1 mol SGèèè1 g SGèèè12.01 g C
  316. èèèèè150.11 g SGè 0.0671 g Hèè1 mol H
  317. ? mol H = ─────────── x ────────── x ───────── = 9.99 ≈ 10 mol H/mol SG 
  318. èèèèè 1 mol SGèèè1 g SGèèè1.008 g H
  319. èèèèè150.11 g SGè 0.5329 g Oèè1 mol O
  320. ? mol O = ─────────── x ────────── x ───────── = 5.000 mol O/mol SG 
  321. èèèèè1 mol SGèèè 1 g SGèèè16.00 g O
  322. One mole ç ê sugar contaïs 5 mol C, 10 mol H, å 5 mol O.
  323. The molecular formula is C║H╢╡O║.
  324. Ç B
  325.  10èThe molar mass ç nicotïe is 162.2 g/mol å its percentage
  326. composition is 74.04% C, 8.70% H, å 17.27% N.èFïd ê molecular
  327. formula ç nicotïe.
  328.  
  329.         A) C╢╡H╢╣N╖        B) C╛H╢╖N╕
  330.  
  331.         C) C╢╡H╢╣N╖        D) C╜H╢╡N╜
  332. üèOne mole ç nicotïe contaïs ê same number ç moles ç each
  333. element as ê number ç aëms ï ê molecular formula.èOne mole ç 
  334. nicotïe weighs 162.2 g.èWe can fïd ê moles ç each element ï one
  335. mole ï nicotïe as follows.èLet Nic represent nicotïe.
  336. èèèèè162.2 g Nicè 0.7404 g Cèè1 mol C
  337. ? mol C = ─────────── x ────────── x ───────── = 9.999 ≈ 10 mol C/mol Nic 
  338. èèèèè 1 mol Nicèè 1 g Nicèè 12.01 g C
  339. èèèèè162.2 g Nicè 0.0870 g Hèè1 mol H
  340. ? mol H = ─────────── x ────────── x ───────── = 14.0è≈ 14 mol H/mol Nic 
  341. èèèèè 1 mol Nicèè 1 g Nicèè 1.008 g H
  342. èèèèè162.2 g Nicè 0.1727 g Nèè1 mol N
  343. ? mol N = ─────────── x ────────── x ───────── = 1.999 ≈è2 mol N/mol Nic 
  344. èèèèè 1 mol Nicèèè1 g Nicèè14.01 g N
  345. One mole ç nicotïe contaïs 10 mol C, 14 mol H, å 2 mol N.
  346. The molecular formula is C╢╡H╢╣N╖.
  347. Ç C
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.