如何由百分组成求实验式?

假设化合物为 100 g,使每个百分数都变为克数;再用各自的原子量除,得到摩尔数;把所有摩尔数除以其中最小的一个;若任一比值不是整数,则乘以一个较小的整数。得到的整数即为下标。

实验式与分子式有何区别?

实验式是最简整数比,分子式是一个分子中原子的实际数目,是实验式的整数倍。葡萄糖的分子式为 C₆H₁₂O₆,实验式为 CH₂O;水的分子式与实验式都是 H₂O。

比值为 1.5 或 1.33 时该怎么办?

将所有比值乘以能使它们全部变为整数的最小整数:1.5 需乘以 2,1.33 或 1.67 需乘以 3。比值 1.2 需乘以 5。上表列出了常见情形,计算器会自动应用倍数。

燃烧分析如何得到实验式?

将烃或含氧化合物在过量氧气中燃烧,其中所有碳都转化为 CO₂,所有氢都转化为 H₂O。由这些产物的质量可得碳与氢的克数,氧由差值求得,其余部分则采用常规的摩尔比方法。

实验式能否与分子式相同?

可以。当原子数无法被一个公因数整除时,两者相同,例如 H₂O、CH₄ 和 CO₂。离子化合物总是写成实验式,例如 NaCl 和 Fe₂O₃,因为它们不存在离散的分子。

若百分数之和不是 100 怎么办?

总和与 100 略有偏差属于四舍五入。总和明显低于 100 通常意味着漏报了某种元素;氧往往是通过差值求得的。当百分数与 100 相差超过 1 时,计算器会发出警告。

实验式计算器

输入每种元素的质量分数或质量,或输入燃烧产生的 CO₂ 与 H₂O,即可得到最简整数比的实验式,并显示摩尔数、比值与倍数。输入化合物的摩尔质量,即可将其转换为分子式。免费,无需注册。

起始数据

百分组成或质量燃烧分析

数值为

质量分数以克计的质量

元素

元素符号 1

元素 1 的数值

元素符号 2

元素 2 的数值

元素符号 3

元素 3 的数值

化合物的摩尔质量(g/mol,可选)

加入后可将实验式转换为分子式。

与整数相差多少以内?

结果

C₃H₄O₃

实验式

88.062 g/mol

实验式量

由质量求最简整数比

元素	质量分数(%)	原子量(g/mol)	摩尔数	÷ 最小值	× 3	下标
C	40.92	12.011	3.407	1.000	3.000	3
H	4.58	1.008	4.544	1.334	4.001	4
O	54.5	15.999	3.406	1.000	3.000	3

计算过程

C:40.92 ÷ 12.011 g/mol = 3.407 mol

H:4.58 ÷ 1.008 g/mol = 4.544 mol

O:54.5 ÷ 15.999 g/mol = 3.406 mol

除以最小值(O):1.000 : 1.334 : 1.000

这些数并非都是整数,因此乘以 3:3 : 4 : 3

如何使用实验式计算器

1. 选择起始数据。 当给出的是每种元素的质量分数或质量时,选用百分组成或质量。当样品已燃烧,并且您知道它生成的 CO₂ 与 H₂O 的克数时,选用燃烧分析。
2. 输入元素。 输入每种元素的符号及其质量分数或质量(以克计);可按需增加或删除行。若是燃烧分析,请输入样品质量以及两种产物的质量;若样品其余部分为氧,请保持氧选项开启。
3. 如有摩尔质量,请一并输入。 可选的摩尔质量(单位 g/mol)可将实验式转换为分子式。
4. 阅读各步骤。 表格显示摩尔数、与最小量之比、所用的倍数,以及最终的整数下标。

方法

实验式给出化合物中原子数的最简整数比。实验测得的是质量或质量分数,而不是原子数,因此需先换算为摩尔数,因为摩尔数与原子数成正比——

假设样品为 100 g,将各质量分数视为克数,再用各元素的原子量除以该数值,得到摩尔数。
用所有数量除以其中最小的一个,使最小值变为 1。
若任一比值不接近整数,则将所有比值乘以能使其变为整数的最小整数,再取整数下标。

比值的小数部分	所有比值乘以
0.5 (1.5、2.5 …)	2
0.33 或 0.67 (1.33、2.67 …)	3
0.25 或 0.75 (1.25、2.75 …)	4
0.2、0.4、0.6 或 0.8	5

实验数据经过四舍五入,因此比值很少恰好为整数。计算器会将与整数相差不超过 0.1 的比值视为整数(您可以选择更严格或更宽松的限值);一旦需要乘以倍数,拟合误差就必须在该限值的一半以内,因此较大的倍数不会使拟合较差的结果看起来合理。计算器最多尝试 8 的倍数。

示例:抗坏血酸

抗坏血酸(维生素 C)按质量计含碳 40.92%、氢 4.58%、氧 54.50%——这是计算器的默认数据。取 100 g 样品:

C: 40.92 ÷ 12.011 = 3.407 mol
H: 4.58 ÷ 1.008 = 4.544 mol
O: 54.50 ÷ 15.999 = 3.406 mol
除以最小值(3.406):C 1.000 : H 1.334 : O 1.000
1.334 接近 1⅓,因此乘以 3:C₃H₄O₃

实验式量为 3 × 12.011 + 4 × 1.008 + 3 × 15.999 = 88.062 g/mol。若测得的摩尔质量为 176.12 g/mol,则 176.12 ÷ 88.062 = 2.000,因此每个下标都要加倍,分子式为 C₆H₈O₆。

示例:燃烧分析

一份仅含 C、H 和 O 的 1.000 g 样品燃烧后生成 1.911 g CO₂ 与 1.173 g H₂O。所有碳都在 CO₂ 中,所有氢都在水中,因此各元素的质量可由摩尔质量求得(CO₂ 为 44.009 g/mol,H₂O 为 18.015 g/mol):

碳:1.911 × 12.011 ÷ 44.009 = 0.5216 g
氢:1.173 × 2 × 1.008 ÷ 18.015 = 0.1313 g
氧,由差值求得:1.000 − 0.5216 − 0.1313 = 0.3472 g
摩尔数为 0.04342 : 0.1302 : 0.02170,比值为 2.001 : 6.001 : 1.000——C₂H₆O

实验式无法告诉您的信息

C₂H₆O 可能是乙醇,也可能是二甲醚:实验式只给出比例,从不给出结构;分子式则还需要通过另一项测量(例如质谱法)得到摩尔质量。若要核对您求得的实验式,可使用百分组成计算器,它的计算方向与本工具相反。

常见错误

把 1.33 或 1.5 四舍五入为整数。 这些比值意味着需要乘以倍数(分别为 3 与 2);四舍五入会得到错误的化学式。
过早对摩尔数取整。 在求出比值之前,请保留四位或更多位有效数字。
除以最大的量。 应除以最小的量,使每个下标至少为 1。
燃烧题中忘记氧。 氧不是直接测量的。请从样品质量中减去碳与氢的质量。
报告了不是整数倍的分子式。 若摩尔质量 ÷ 实验式量不接近整数,则数据或摩尔质量有误。

常见问题

如何由百分组成求实验式?: 假设化合物为 100 g,使每个百分数都变为克数;再用各自的原子量除,得到摩尔数;把所有摩尔数除以其中最小的一个;若任一比值不是整数,则乘以一个较小的整数。得到的整数即为下标。
实验式与分子式有何区别?: 实验式是最简整数比,分子式是一个分子中原子的实际数目,是实验式的整数倍。葡萄糖的分子式为 C₆H₁₂O₆,实验式为 CH₂O;水的分子式与实验式都是 H₂O。
比值为 1.5 或 1.33 时该怎么办?: 将所有比值乘以能使它们全部变为整数的最小整数:1.5 需乘以 2,1.33 或 1.67 需乘以 3。比值 1.2 需乘以 5。上表列出了常见情形,计算器会自动应用倍数。
燃烧分析如何得到实验式?: 将烃或含氧化合物在过量氧气中燃烧,其中所有碳都转化为 CO₂,所有氢都转化为 H₂O。由这些产物的质量可得碳与氢的克数,氧由差值求得,其余部分则采用常规的摩尔比方法。
实验式能否与分子式相同?: 可以。当原子数无法被一个公因数整除时,两者相同,例如 H₂O、CH₄ 和 CO₂。离子化合物总是写成实验式,例如 NaCl 和 Fe₂O₃,因为它们不存在离散的分子。
若百分数之和不是 100 怎么办?: 总和与 100 略有偏差属于四舍五入。总和明显低于 100 通常意味着漏报了某种元素;氧往往是通过差值求得的。当百分数与 100 相差超过 1 时,计算器会发出警告。