什么是实验式?
化合物的实验式(也称最简式)表示其所含各原子的最简整数比。例如葡萄糖的分子式是 C₆H₁₂O₆,而它的实验式则是 CH₂O。本计算器能把实验数据——即每种元素的质量或质量百分比——直接换算成这一最简比。
使用方法
输入每种元素的用量(以克为单位的质量,或选择百分比模式后填入质量百分比——两者运算完全一致,因为百分比可看作 100 g 样品中所占的克数),并填写对应的摩尔质量(单位 g/mol)。可输入 2 至 4 种元素,用不到的行留空即可。计算器会先用每种元素的用量除以其摩尔质量得到摩尔数,再用所有摩尔数同时除以其中最小的一个。
公式解析
第一步,计算摩尔数:
$$n_i = \frac{\text{Amount}_i}{\text{Molar Mass}_i}$$第二步,归一化处理:
$$\text{Ratio}_i = \frac{n_i}{\min(n_1,\,n_2,\,n_3,\,n_4)}$$所得结果四舍五入为整数后,即为化学式中的下标。如果某个比值接近 1.5、1.33 这样的分数,就把所有比值同时乘以一个小整数(如 2 或 3),将分数化为整数。
例题演示
某化合物含 40.0% C、6.7% H、53.3% O。各元素摩尔数为:\(C = 40.0/12.01 = 3.331\),\(H = 6.7/1.008 = 6.647\),\(O = 53.3/16.00 = 3.331\)。最小值为 3.331,因此比值为 \(C\ 1.00 : H\ 1.996 : O\ 1.00 \approx 1 : 2 : 1\),得到实验式 CH₂O。
常见问题
该用质量还是百分比?都可以。质量百分比在数学上等同于 100 g 样品中所含的克数,因此两种方式得出的比值完全相同。
为什么算出来的比值不是整数?由于摩尔质量本身存在微小的取舍,出现这种情况很正常。若比值与某个整数相差在 0.1 左右以内,可直接四舍五入;否则就把所有比值同时乘以 2、3 或 4 来消去分数。
这能直接得到分子式吗?不能。分子式是实验式的整数倍,要确定这个倍数,还需要知道该化合物的摩尔质量。