백분율 조성과 실험식: HSC 화학
질량 및 백분율 데이터를 이용해 백분율 조성을 계산하고 실험식을 구하는 방법을 배웁니다. 풀이 예제, 자주 하는 실수, 해설이 포함된 연습문제를 다룹니다.
어떤 화합물의 질량 기준 조성이 황 50.0%, 산소 50.0%라고 하자. 백분율이 같으므로 화학식이 \(\ce{SO}\)라고 예측하겠는가?
이 예측은 그럴듯해 보이지만, 질량과 입자 수를 혼동한 것이다. 황 원자는 산소 원자보다 무겁기 때문에 황 50.0 g에 들어 있는 원자 수는 산소 50.0 g에 들어 있는 원자 수보다 적다. 각 질량을 몰로 변환하면 황 원자 약 1몰에 대해 산소 원자 약 2몰의 비가 나온다. 질량이 같더라도 입자 수의 비는 같지 않을 수 있다.
이것이 바로 이 주제에서 해결하려는 핵심 문제다. 백분율 조성은 질량이 어떻게 나뉘는지를 나타낸다. 실험식은 원자들의 가장 간단한 정수비를 나타낸다. 이 둘을 연결하는 것이 몰이다.
01질량에서 입자 비로
각각 질량이 1 kg인 가방 두 개를 떠올려 보자. 한 가방에는 볼링공이 들어 있고, 다른 가방에는 테니스공이 들어 있다. 두 가방의 질량은 같지만, 공의 개수가 같을 리는 없다.
원소도 비슷하다. 탄소 원자 1몰과 산소 원자 1몰에는 같은 수의 원자가 들어 있지만 질량은 서로 다르다. 따라서 질량을 화학식의 아래첨자로 직접 사용할 수 없다.
물론 이 비유에는 한계가 있다. 원자가 화합물 안에 서로 떨어져 있는 작은 거시적 공처럼 존재하는 것은 아니다. 여기서 중요한 것은 단순히 개수를 세는 개념이다. 물체마다 질량이 다르면, 무게만 재서는 그 개수를 직접 알 수 없다.
화학에서는 다음 식을 사용해 질량을 물질의 양으로 변환한다.
\[ n=\frac{m}{M} \]
여기서:
- \(n\)은 몰 단위의 물질의 양(mol)
- \(m\)은 그램 단위의 질량(g)
- \(M\)은 그램 퍼 몰 단위의 몰 질량(\(\mathrm{g\,mol^{-1}}\))
이 변환이 아직 확실하지 않다면, 더 진행하기 전에 질량과 몰 질량으로부터 몰 구하기를 복습하자. 거의 모든 실험식 계산이 이 변환에 의존한다.
02화학식으로부터 백분율 조성 계산하기
화합물의 화학식을 이미 알고 있다고 하자. 백분율 조성에서 묻는 것은 다음과 같다.
화합물 전체 질량 중 각 원소가 차지하는 비율은 몇 퍼센트인가?
원소 \(X\)에 대해,
\[ \% \text{ 질량 기준 }X = \frac{\text{화합물 1 mol에서 }X\text{가 기여하는 질량}} {\text{화합물의 몰 질량}} \times 100 \]
중요한 표현은 기여하는 질량이다. 어떤 원소가 화학식에 여러 번 나타난다면, 그 원소의 모든 원자를 포함해야 한다.
예를 들어 \(\ce{Mg(NO3)2}\)에는 다음이 들어 있다.
- Mg 원자 1개
- N 원자 2개
- O 원자 6개
흔한 실수는 산소 옆의 3만 보고 산소 원자가 3개라고 계산하는 것이다. 괄호 바깥의 2는 괄호 안의 모든 것에 곱해진다.
풀이 예제: 질산 마그네슘의 백분율 조성
\(\ce{Mg(NO3)2}\)에서 마그네슘, 질소, 산소의 질량 백분율을 계산하라. 몰 질량은 Mg = \(24.31\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), N = \(14.01\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
1단계: 화합물 전체의 몰 질량을 구한다.
\(\ce{Mg(NO3)2}\) 1몰에는 Mg 1몰, N 2몰, O 6몰이 들어 있다.
\[ \begin{aligned} M(\ce{Mg(NO3)2}) &=24.31+2(14.01)+6(16.00)\\ &=24.31+28.02+96.00\\ &=148.33\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned} \]
2단계: 마그네슘이 기여하는 백분율을 구한다.
\[ \%\,\ce{Mg} = \frac{24.31}{148.33}\times100 = 16.4\% \]
따라서 화합물 질량의 16.4%는 마그네슘에서 나온다.
3단계: 질소에 대해 같은 계산을 한다.
질소 원자 2몰은 화합물 1몰의 질량에 \(28.02\) g을 기여한다.
\[ \%\,\ce{N} = \frac{28.02}{148.33}\times100 = 18.9\% \]
4단계: 산소에 대해 같은 계산을 한다.
산소 원자 6몰은 \(96.00\) g을 기여한다.
\[ \%\,\ce{O} = \frac{96.00}{148.33}\times100 = 64.7\% \]
5단계: 합계를 확인한다.
\[ 16.4+18.9+64.7=100.0\% \]
따라서 백분율 조성은 대략 **질량 기준 Mg 16.4%, N 18.9%, O 64.7%**이다.
백분율의 합이 99.9%나 100.1%처럼 나온다면 보통 반올림 때문일 뿐이다. 하지만 합이 87%라면 계산에서 무언가 잘못된 것이다.
03거꾸로 계산하기: 조성에서 실험식으로
이제 문제를 반대로 풀어 보자.
질량이나 백분율이 주어지고, 이를 이용해 가장 간단한 원자비를 구해야 한다.
실험식은 화합물을 이루는 원소들의 가장 간단한 정수비이다. 예를 들어 탄소 : 수소 : 산소의 비가 \(1:2:1\)인 화합물의 실험식은 \(\ce{CH2O}\)이다.
핵심 과정은 다음과 같다.
질량 데이터 -> 몰수 -> 몰비 -> 정수비
1단계: 필요한 경우 백분율을 질량으로 바꾸기
문제에서 백분율이 주어졌다면, 화합물이 정확히 100 g 있다고 가정한다.
그러면:
- 37.0%는 37.0 g
- 12.5%는 12.5 g
- 50.5%는 50.5 g
이것은 실제 실험실 시료의 질량이 정말 100 g이었다는 뜻이 아니다. 계산을 편리하게 하기 위한 수학적 방법이다. 백분율은 “100당”이라는 뜻이므로, 100 g의 시료를 가정하면 각 백분율의 수치가 그대로 그램 단위의 질량이 된다.
문제에서 실제 질량이 이미 주어졌다면, 먼저 백분율로 바꾸지 말아야 한다. 주어진 질량을 그대로 사용한다.
2단계: 모든 질량을 몰로 변환하기
각 원소의 질량을 해당 원소의 몰 질량으로 나눈다.
이것이 핵심 단계다. 실험식은 입자의 비를 나타내므로, 질량을 입자의 양으로 변환해야 한다.
3단계: 모든 몰수를 가장 작은 몰수로 나누기
몰수가 다음과 같다고 하자.
\[ 0.150,\quad 0.300,\quad 0.150 \]
세 값을 모두 \(0.150\)으로 나누면:
\[ 1.00:2.00:1.00 \]
실험식의 비는 \(1:2:1\)이 된다.
4단계: 그 비가 실제로 정수비인지 판단하기
학생들이 계산 자체는 맞게 해 놓고도 자주 실수하는 부분이다.
실험 데이터와 원자 질량을 사용하면 정확히 2.000000과 같은 비가 나오는 경우는 드물다. 예를 들어 \(1.00:1.99:1.01\)이 나올 수 있다. 이것은 분명히 \(1:2:1\)과 일치한다고 볼 수 있다.
하지만 \(1.00:1.50\)이 나왔다고 하자. 1.50을 1이나 2로 반올림하지 말아야 한다. 어느 쪽을 택하든 원래의 비가 유지되지 않는다.
대신 비의 모든 항에 같은 작은 정수를 곱한다.
\[ 1.00:1.50 \]
둘 다 2를 곱하면:
\[ 2.00:3.00 \]
따라서 정수비는 \(2:3\)이다.
다음 패턴이 유용하다.
| 보이는 비 | 유용한 방법 | 결과 예시 |
|---|---|---|
| 정수에 가까움 | 신중하게 반올림 | \(1.00:1.99 \to 1:2\) |
| 약 0.50이 포함됨 | 모든 비에 2를 곱함 | \(1:1.50 \to 2:3\) |
| 약 0.33 또는 0.67이 포함됨 | 모든 비에 3을 곱함 | \(1:1.33 \to 3:4\) |
| 약 0.25 또는 0.75가 포함됨 | 모든 비에 4를 곱함 | \(1:1.75 \to 4:7\) |
이것은 판단을 위한 규칙이지, 정리가 잘 되지 않는 데이터를 억지로 어떤 화학식에 맞춰도 된다는 뜻이 아니다. \(1.00:1.47\)과 같은 비는 측정 정밀도가 제한적이라면 \(1:1.5\)에 가깝다고 합리적으로 판단할 수 있다. 하지만 \(1.00:1.82\)와 같은 비는 더 신중하게 생각해야 한다. 단순히 가까운 정수를 자동으로 선택해서는 안 된다.
04간단한 실험식 계산
풀이 예제: 측정된 질량으로부터 화학식 구하기
어떤 화합물에 탄소 2.402 g, 수소 0.403 g, 산소 3.200 g이 들어 있다. 이 화합물의 실험식을 구하라. C = \(12.01\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), H = \(1.008\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
1단계: 각 질량을 몰로 변환한다.
\[ \begin{aligned} n(\ce{C})&=\frac{2.402}{12.01}=0.2000\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{H})&=\frac{0.403}{1.008}=0.3998\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{O})&=\frac{3.200}{16.00}=0.2000\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
수소의 값이 정확히 0.4000 mol이 아닌 이유는 주어진 질량이 반올림된 값이기 때문이다.
2단계: 모든 값을 가장 작은 값인 \(0.2000\) mol로 나눈다.
\[ \ce{C}:\ce{H}:\ce{O} = 1.000:1.999:1.000 \]
3단계: 정수비를 알아낸다.
이 값들은 다음 비에 매우 가깝다.
\[ 1:2:1 \]
따라서 실험식은
\[ \boxed{\ce{CH2O}} \]
이다.
이는 화합물에서 탄소, 수소, 산소 원자의 가장 간단한 비가 \(1:2:1\)이라는 뜻이다. 아직 이 화합물의 분자식을 알려 주는 것은 아니다.
05비가 바로 정수가 되지 않을 때
가장 하기 쉬운 실수는 지나치게 빨리 반올림하는 것이다.
어떤 데이팅 앱이 이상하게도 A 그룹 사람 1명당 B 그룹 사람이 1.5명이라고 알려 준다고 상상해 보자. 당연히 데이트에 사람 반 명이 올 수는 없다. 하지만 1.5를 1로 내림하면 비가 달라지고, 2로 올림해도 비가 달라진다.
합리적인 방법은 전체 그룹의 규모를 같은 비율로 키우는 것이다. A 그룹 2명당 B 그룹 3명으로 나타내면 된다.
실험식의 비에서도 정확히 같은 방법을 사용한다. 물론 원자들이 저녁 식사 예약을 하는 것은 아니므로 비유에는 한계가 있지만, 비를 확대하는 논리는 같다.
풀이 예제: 2.5를 포함하는 비
어떤 산화물이 질량 기준으로 인 43.64%, 산소 56.36%를 포함한다. 이 화합물의 실험식을 구하라. P = \(30.97\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
1단계: 100 g의 시료를 가정한다.
시료에는 다음이 들어 있다.
- P 43.64 g
- O 56.36 g
2단계: 두 질량을 몰로 변환한다.
\[ \begin{aligned} n(\ce{P})&=\frac{43.64}{30.97}=1.409\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{O})&=\frac{56.36}{16.00}=3.523\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
3단계: 더 작은 값인 \(1.409\) mol로 나눈다.
\[ \ce{P}:\ce{O} = 1.000:2.500 \]
2.500을 3으로 바꾸면 안 된다.
4단계: 비 전체에 2를 곱한다.
\[ 1.000:2.500 \quad\longrightarrow\quad 2.000:5.000 \]
따라서 실험식은
\[ \boxed{\ce{P2O5}} \]
이다.
이 결과는 가장 간단한 비가 인 원자 2개당 산소 원자 5개라는 뜻이다. 실험식만으로 개별 분자가 정확히 인 원자 2개와 산소 원자 5개를 포함한다고 증명되는 것은 아니다.
06반드시 피해야 할 세 가지 실수
실수 1: 백분율을 아래첨자로 사용하기
어떤 물질이 원소 A 40%, 원소 B 60%로 이루어져 있다고 하자.
그렇다고 실험식의 원자비가 \(40:60\), 즉 \(2:3\)이라는 뜻은 아니다. 이 값들은 질량 백분율이다.
먼저 각 질량을 해당 몰 질량으로 나누어야 한다.
실수 2: 전체 비를 구하기 전에 반올림하기
몰수를 계산하고 비를 나누는 동안에는 유효숫자를 여러 자리 유지한다.
예를 들어,
\[ 1.00:1.49 \]
는 너무 일찍 다음과 같이 써 버리는 것보다 훨씬 많은 정보를 준다.
\[ 1:1 \]
1.49라는 값은 의도된 비가 \(1:1.5\)일 가능성이 높다는 강한 단서이며, 이는 \(2:3\)으로 바뀐다.
실수 3: 실험식과 분자식을 같은 것으로 생각하기
실험식은 단지 가장 간단한 정수비이다.
예를 들어 다음 화학식들은
\[ \ce{CH2O},\qquad \ce{C2H4O2},\qquad \ce{C6H12O6} \]
모두 탄소 : 수소 : 산소의 가장 간단한 비가 \(1:2:1\)이다.
따라서 백분율 조성을 이용하면 실험식의 비를 알아낼 수 있지만, 물질을 유일하게 특정할 수 있는 것은 아니다.
07한 원소의 백분율이 주어지지 않았을 때
문제에서 일부 원소의 백분율만 주고 나머지를 뺄셈으로 구하게 하는 경우가 있다.
어떤 화합물이 탄소, 수소, 산소만 포함한다고 알려져 있고 그 조성이 다음과 같다면:
- 탄소 52.0%
- 수소 13.0%
산소의 비율은
\[ 100.0-52.0-13.0=35.0\% \]
이어야 한다.
하지만 여기에 숨은 가정을 주목해야 한다. 화합물에는 이 세 원소만 들어 있어야 한다.
질소, 황 또는 다른 원소가 존재할 가능성이 있다면 남은 백분율을 단순히 산소라고 할 수 없다. 산술적으로는 계산할 수 있지만, 화학적으로는 정당화되지 않는다.
08문제와 풀이
문제 1
\(\ce{CaCl2}\)에서 칼슘과 염소의 질량 백분율을 계산하라. Ca = \(40.08\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), Cl = \(35.45\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
풀이 1
조성은 **질량 기준 칼슘 36.1%, 염소 63.9%**이다.
먼저 몰 질량을 구한다.
\[ \begin{aligned} M(\ce{CaCl2}) &=40.08+2(35.45)\\ &=110.98\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \end{aligned} \]
이제 각 원소의 질량 백분율을 계산한다.
\[ \begin{aligned} \%\,\ce{Ca} &=\frac{40.08}{110.98}\times100\\ &=36.1\%\\ \%\,\ce{Cl} &=\frac{70.90}{110.98}\times100\\ &=63.9\% \end{aligned} \]
두 백분율의 합은 100.0%이며, 이는 유용한 검산 방법이다.
중요한 점은 화학식의 비에서 칼슘 이온 1개당 염화 이온 2개가 있으므로, 염소는 \(\ce{CaCl2}\) 1몰당 \(2(35.45)=70.90\) g을 기여한다는 것이다.
문제 2
어떤 화합물의 질량 기준 조성이 황 50.0%, 산소 50.0%이다. 이 화합물의 실험식을 구하라. S = \(32.06\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
풀이 2
실험식은 \(\ce{SO}\)가 아니라 \(\ce{SO2}\)이다.
100 g의 시료를 가정한다. 여기에는 S 50.0 g과 O 50.0 g이 들어 있다.
이 질량을 몰로 변환한다.
\[ \begin{aligned} n(\ce{S})&=\frac{50.0}{32.06}=1.560\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{O})&=\frac{50.0}{16.00}=3.125\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
둘 다 더 작은 값으로 나눈다.
\[ \ce{S}:\ce{O} = \frac{1.560}{1.560}:\frac{3.125}{1.560} = 1.000:2.003 \]
이는 사실상
\[ 1:2 \]
이므로 실험식은
\[ \boxed{\ce{SO2}} \]
이다.
함정은 질량 백분율이 같으면 원자 수도 같다고 가정하는 것이다. 산소는 황보다 몰 질량이 작기 때문에 산소 50.0 g에는 황 50.0 g보다 약 두 배 많은 몰수의 원자가 들어 있다.
문제 3
어떤 질소 산화물의 질량 기준 조성이 질소 36.9%, 산소 63.1%로 측정되었다. 이 화합물의 실험식을 구하라. N = \(14.01\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
풀이 3
실험식은 \(\ce{N2O3}\)이다.
화합물 100 g을 가정한다.
\[ m(\ce{N})=36.9\ \mathrm{g}, \qquad m(\ce{O})=63.1\ \mathrm{g} \]
몰로 변환한다.
\[ \begin{aligned} n(\ce{N})&=\frac{36.9}{14.01}=2.634\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{O})&=\frac{63.1}{16.00}=3.944\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
\(2.634\) mol로 나눈다.
\[ \ce{N}:\ce{O} = 1.000:1.497 \]
산소의 비는 1.5에 매우 가깝다. 1.497을 곧바로 1이나 2로 반올림하면 비가 달라진다.
두 값에 모두 2를 곱한다.
\[ 2.000:2.994\approx2:3 \]
따라서,
\[ \boxed{\ce{N2O3}} \]
이다.
핵심 판단은 0.5가 포함된 비를 알아보고 두 수 모두에 2를 곱한 것이다.
문제 4
어떤 화합물을 분석한 결과 질량 기준으로 탄소 54.5%, 수소 9.1%가 나왔다. 이 화합물은 탄소, 수소, 산소만 포함하는 것으로 알려져 있다.
실험식을 구하라. 그런 다음, 어떤 원소들이 들어 있는지 알려져 있지 않다면 같은 계산을 정당화할 수 없는 이유를 설명하라.
C = \(12.01\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), H = \(1.008\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
풀이 4
실험식은 \(\ce{C2H4O}\)이지만, 이 결론은 탄소, 수소, 산소가 존재하는 유일한 원소들이라는 사실에 의존한다.
세 원소가 질량의 100%를 모두 차지해야 하므로 산소의 백분율은
\[ 100.0-54.5-9.1=36.4\% \]
이다.
100 g의 시료에 대해:
\[ m(\ce{C})=54.5\ \mathrm{g},\qquad m(\ce{H})=9.1\ \mathrm{g},\qquad m(\ce{O})=36.4\ \mathrm{g} \]
몰로 변환한다.
\[ \begin{aligned} n(\ce{C})&=\frac{54.5}{12.01}=4.538\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{H})&=\frac{9.1}{1.008}=9.028\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{O})&=\frac{36.4}{16.00}=2.275\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
각 값을 \(2.275\) mol로 나눈다.
\[ \ce{C}:\ce{H}:\ce{O} = 1.995:3.968:1.000 \]
이 값들은 다음 비와 일치한다.
\[ 2:4:1 \]
따라서 실험식은
\[ \boxed{\ce{C2H4O}} \]
이다.
어떤 원소들이 들어 있는지 알려져 있지 않았다면 뺄셈 단계는 정당화되지 않는다. 남은 36.4%에는 전부 산소가 들어 있는 것이 아니라 질소, 황 또는 다른 원소가 포함될 수도 있다. 숨은 가정은 수학적 가정이 아니라 화학적 가정이다.
문제 5
두 순수 화합물은 탄소, 수소, 산소만 포함한다. 두 화합물 모두 질량 기준으로 탄소 40.0%, 수소 6.7%, 산소 53.3%로 측정되었다.
화합물 A의 몰 질량은 약 \(60.0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)이다. 화합물 B의 몰 질량은 약 \(180\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)이다.
두 화합물의 실험식을 구하라. 그런 다음, 백분율 조성이 동일하다는 사실만으로 A와 B가 같은 화합물임을 증명할 수 있는지 판단하라. 가능하다면 각 몰 질량과 일치하는 분자식을 구하라.
C = \(12.01\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), H = \(1.008\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\), O = \(16.00\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\)을 사용한다.
풀이 5
두 화합물의 실험식은 모두 \(\ce{CH2O}\)이지만, 반드시 같은 화합물인 것은 아니다. 주어진 몰 질량은 A의 분자식이 \(\ce{C2H4O2}\), B의 분자식이 \(\ce{C6H12O6}\)인 경우와 일치한다.
100 g의 시료에서 시작한다.
\[ m(\ce{C})=40.0\ \mathrm{g},\qquad m(\ce{H})=6.7\ \mathrm{g},\qquad m(\ce{O})=53.3\ \mathrm{g} \]
몰로 변환한다.
\[ \begin{aligned} n(\ce{C})&=\frac{40.0}{12.01}=3.331\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{H})&=\frac{6.7}{1.008}=6.647\ \mathrm{mol}\\ n(\ce{O})&=\frac{53.3}{16.00}=3.331\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
가장 작은 값으로 나눈다.
\[ \ce{C}:\ce{H}:\ce{O} = 1.000:1.996:1.000 \approx 1:2:1 \]
따라서 두 화합물의 실험식은
\[ \boxed{\ce{CH2O}} \]
이다.
실험식의 몰 질량은
\[ 12.01+2(1.008)+16.00 = 30.026\ \mathrm{g\,mol^{-1}} \]
이다.
화합물 A의 경우:
\[ \frac{60.0}{30.026}\approx2 \]
이므로 분자식은 실험식 단위 2개로 이루어질 수 있다.
\[ (\ce{CH2O})_2=\boxed{\ce{C2H4O2}} \]
화합물 B의 경우:
\[ \frac{180}{30.026}\approx6 \]
이므로 분자식은
\[ (\ce{CH2O})_6=\boxed{\ce{C6H12O6}} \]
이 될 수 있다.
함정은 백분율 조성이 같으면 화합물을 유일하게 특정할 수 있다고 생각하는 것이다. 백분율 조성은 상대적인 질량 기여도를 정하며, 이는 실험식의 비를 결정하지만 서로 다른 분자식이 같은 비를 공유할 수 있다.
09실험식으로 다음에 무엇을 구할 수 있는가
백분율 조성을 이용하면 측정된 질량에서 가장 간단한 입자비를 구할 수 있다. 서로 연결되지 않은 요령을 따로 외우기보다 다음 과정을 재현할 수 있어야 한다.
\[ \text{질량 또는 백분율} \rightarrow \text{몰수} \rightarrow \text{가장 작은 값으로 나누기} \rightarrow \text{정수비} \rightarrow \text{실험식} \]
그다음에는 이 가장 간단한 비가 화합물의 실제 분자식인지 묻는 경우가 많다.
화합물의 몰 질량을 알고 있다면 이를 실험식의 몰 질량과 비교한다. 두 값의 비를 이용하면 하나의 분자식에 실험식 단위가 몇 개 들어 있는지 알 수 있다.
\[ k= \frac{\text{화합물의 몰 질량}} {\text{실험식의 몰 질량}} \]
여기서 \(k\)는 양의 정수에 가까워야 한다. 그런 다음 실험식의 모든 아래첨자에 \(k\)를 곱해 분자식을 구한다.
따라서 중요한 판단은 단순히 “내가 어떤 화학식을 계산했는가?”가 아니다. “문제에서 가장 간단한 비를 요구하는가, 아니면 실제 분자식을 요구하는가?”를 구분해야 한다. 이 차이를 이해하면 백분율 조성은 단순한 계산을 넘어 화학적 조성에 대한 근거가 된다.