Массовая доля в соединении формула. Расчёт массовой доли химических элементов по формуле вещества
Даже в одном грамме вещества может содержаться до тысячи различных соединений. Каждое соединение отвечает за определенное свойство вещества, а бывает так, что это не определенное вещество, а смесь. В любом случае на производстве часто возникает ситуация утилизации химических отходов и задача использования вторичного сырья. Именно химические реакции, позволяющие найти и выделить определенное вещество являются главенствующими. Но для этого надо сначала узнать как найти массовую долю.
Понятие массовой доли вещества отражает его содержание и концентрацию в сложной химической структуре, будь то смесь или сплав. Зная общую массу сплава или смеси, можно найти массы составляющих их веществ, при условии, что известны их массовые доли. Как найти массовую долю, формула обычно выражается в виде дроби: массовая доля вещества масса вещества/масса всей смеси.
Давайте проведем небольшой эксперимент! Для этого нам понадобятся периодическая таблица химических элементов им. Менделеева, весы и калькулятор.
Как найти массовую долю вещества
Необходимо определить массовую долю вещества, вещество находится в виде смеси. Первоначально кладем на весы само вещество. Получили массу вещества. Зная определенную массу вещества в смеси мы с легкостью получим его массовую долю. К примеру есть 170г. воды. В них находится 30 грамм вишневого сока. Общая масса=170+30=230 грамм. Поделим массу вишневого сока к общей массе смеси: 30/200=0.15 или 15% .
Как найти массовую долю раствора
Решение данной проблемы может понадобиться при определении концентрации пищевых растворов(уксус) или лекарственных препаратов. Дана масса раствора KOH, он же гидроксид калия, массой в 400 грамм. KOH (масса самого вещества) составляет 80 грамм. Необходимо найти массовую долю желчи в полученном растворе. Формула нахождения решения: KOH (масса раствора гидроксида калия) 300 г, масса растворенного вещества (KOH) 40 г. Найдите KOH (массовую долю щелочи) в полученном растворе, t- массовая доля. m- масса, t (вещества) = 100%* m (вещества) / m (раствора (вещества). Таким образом KOH (массовая доля раствора гидроксида калия): t (KOH) = 80 г /400 г х 100% = 20 %.
Как найти массовую долю углерода в углеводороде
Для этого используем таблицу Менделеева. Ищем вещества в таблице. В таблице приведена атомная масса элементов. 6 углеродов с атомной массой 12 и 12 водородов с атомной массой равной 1. m (C6H12) = 6 х 12 + 12 х 1= 84 г/моль, ω (С) = 6 m1(С) / m (C6H12) = 6 х 12 / 84 = 85%
Определение массовой доли на производствах производится в специальных химических лабораториях. Для начала берется небольшой образец, на который испытывают различные химические реакции. Или внедряют лакмусовые бумажки, которые могут показать наличие того или иного компонента. После выяснения первоначальной структуры вещества можно начинать выделение компонентов. Это достигается за счет простых химических реакций, когда одно вещество контактирует с другим и получается новое, возможен осадок. Существуют и более продвинутые способы, такие как электролиз, нагревание, охлаждение, выпаривание. Для подобных реакций нужно большое промышленное оборудование. Производство, конечно, тяжело назвать экологически чистым, тем не менее современные технологии обработки отходов позволяют минимизировать нагрузку на природу.
С XVII в. химия перестала быть описательной наукой. Ученые-химики стали широко использовать методы измерения различных параметров вещества. Все более совершенствовалась конструкция весов, позволяющих определять массы образцов для газообразных веществ, помимо массы, измеряли также объем и давление. Применение количественных измерений дало возможность понять сущность химических превращений, определять состав сложных веществ.
Как вы уже знаете, в состав сложного вещества входят два или более химических элемента. Очевидно, что масса всего вещества слагается из масс составляющих его элементов. Значит, на долю каждого элемента приходится определенная часть массы вещества.
Массовая доля элемента в веществе обозначается латинской строчной буквой w (дубль-вэ) и показывает долю (часть массы), приходящуюся на данный элемент в общей массе вещества. Эта величина может выражаться в долях единицы или в процентах (рис. 69). Конечно, массовая доля элемента в сложном веществе всегда меньше единицы (или меньше 100%). Ведь часть от целого всегда меньше целого, как долька апельсина меньше всего апельсина.
Рис. 69.
Диаграмма элементного состава оксида ртути
Например, в состав оксида ртути HgО входят два элемента - ртуть и кислород. При нагревании 50 г этого вещества получается 46,3 г ртути и 3,7 г кислорода. Рассчитаем массовую долю ртути в сложном веществе:
Массовую долю кислорода в этом веществе можно рассчитать двумя способами. По определению массовая доля кислорода в оксиде ртути равна отношению массы кислорода к массе оксида ртути:
Зная, что сумма массовых долей элементов в веществе равна единице (100%), массовую долю кислорода можно вычислить по разности:
Для того чтобы найти массовые доли элементов предложенным способом, необходимо провести сложный и трудоемкий химический эксперимент по определению массы каждого элемента. Если же формула сложного вещества известна, та же задача решается значительно проще.
Для расчета массовой доли элемента нужно его относительную атомную массу умножить на число атомов данного элемента в формуле и разделить на относительную молекулярную массу вещества.
Например, для воды (рис. 70):
Давайте потренируемся в решении задач на вычисление массовых долей элементов в сложных веществах.
Задача 1. Рассчитайте массовые доли элементов в аммиаке, формула которого NH 3 .
Задача 2. Рассчитайте массовые доли элементов в серной кислоте, имеющей формулу H 2 SО 4 .
Чаще химикам приходится решать обратную задачу: по массовым долям элементов определять формулу сложного вещества.
То, как решаются подобные задачи, проиллюстрируем одним историческим примером.
Задача 3. Из природных минералов - тенорита и куприта (рис. 71) были выделены два соединения меди с кислородом (оксиды). Они отличались друг от друга по цвету и массовым долям элементов. В черном оксиде (рис. 72), выделенном из тенорита, массовая доля меди составляла 80%, а массовая доля кислорода - 20%. В оксиде меди красного цвета, выделенного из куприта, массовые доли элементов составляли соответственно 88,9% и 11,1% . Каковы же формулы этих сложных веществ? Решим эти две несложные задачи.
Рис. 71. Минерал куприт
Рис. 72. Оксид меди черного цвета, выделенный из минерала тенорита
3. Полученное соотношение нужно привести к значениям целых чисел: ведь индексы в формуле, показывающие число атомов, не могут быть дробными. Для этого полученные числа надо разделить на меньшее из них (в нашем случае они равны).
А теперь немного усложним задачу.
Задача 4. По данным элементного анализа, прокаленная горькая соль имеет следующий состав: массовая доля магния 20,0%, массовая доля серы - 26,7% , массовая доля кислорода - 53,3% .
Вопросы и задания
- Что называется массовой долей элемента в сложном веществе? Как рассчитывается эта величина?
- Рассчитайте массовые доли элементов в веществах: а) углекислом газе СО 2 ; б) сульфиде кальция CaS; в) натриевой селитре NaNО 3 ; г) оксиде алюминия А1 2 О 3 .
- В каком из азотных удобрений массовая доля питательного элемента азота наибольшая: а) хлориде аммония NH 4 C1; б) сульфате аммония (NH 4) 2 SО 4 ; в) мочевине (NH 2) 2 СО?
- В минерале пирите на 7 г железа приходится 8 г серы. Вычислите массовые доли каждого элемента в этом веществе и определите его формулу.
- Массовая доля азота в одном из его оксидов равна 30,43%, а массовая доля кислорода - 69,57%. Определите формулу оксида.
- В средние века из золы костра выделяли вещество, которое называли поташ и использовали для варки мыла. Массовые доли элементов в этом веществе составляют: калий - 56,6%, углерод - 8,7%, кислород - 34,7%. Определите формулу поташа.
Инструкция
Массовая доля вещества находится по формуле: w = m(в)/m(см), где w – массовая доля вещества, m(в) – масса вещества, m(см) – масса смеси. Если же растворено, то выглядит так: w = m(в)/m(р-ра), где m(р-ра) – масса раствора. Массу раствора при необходимости тоже можно найти: m(р-ра) = m(в) + m(р-ля), где m(р-ля) – масса растворителя. При желании массовую долю можно умножить на 100%.
Если в условии задачи не дано значения массы, то его можно рассчитать с помощью нескольких формул, выбрать нужную помогут величины данные в условии. Первая формула для : m = V*p, где m – масса, V – объем, p – плотность. Следующая формула выглядит так: m = n*M, где m – масса, n – количество вещества, M – молярная масса. Молярная масса в свою очередь складывается из атомных масс элементов, входящих в состав вещества.
Для лучшего понимания данного материала решим задачу. Смесь медных и магниевых опилок массой 1,5 г обработали избытком . В результате реакции водород объемом 0,56 л (). Вычислите массовую долю меди в смеси.
В этой задаче проходит , записываем ее уравнение. Из двух веществ с избытком соляной кислоты только магний: Mg + 2HCl = MgCl2 + H2. Чтобы найти массовую долю меди в смеси, необходимо подставить значения в следующую формулу: w(Cu) = m(Cu)/m(см). Масса смеси дана, найдем массу меди: m(Cu) = m(см) – m(Mg). Ищем массу : m(Mg) = n(Mg)*M(Mg). Найти количество вещества магния поможет уравнение реакции. Находим количество вещества водорода: n = V/Vm = 0,56/22,4 = 0,025 моль. По уравнению видно, что n(H2) = n(Mg) = 0,025 моль. Рассчитываем массу магния, зная что молярная равна 24 г/моль: m(Mg) = 0,025*24 = 0,6 г. Находим массу меди: m(Cu) = 1,5 – 0,6 = 0,9 г. Осталось вычислить массовую долю: w(Cu) = 0,9/1,5 = 0,6 или 60%.
Видео по теме
Обратите внимание
Массовая доля не может быть больше единицы или, если она выражается в процентах, больше 100%.
Источники:
- "Пособие по химии", Г.П. Хомченко, 2005.
- Вычисление доли продаж по региону
Массовая доля показывает в процентах или в долях содержание вещества в каком–либо растворе или элемента в составе вещества. Умение вычислить массовую долю полезно не только на уроках химии, но и когда вы хотите приготовить раствор или смесь, например, в кулинарных целях. Или изменить процентное отношение, в уже имеющемся у вас составе.
Инструкция
К примеру, вам на зиму необходим минимум в 15 куб. метров березовых дров.
Ищите в справочной плотность березовых дров. Это: 650 кг/м3.
Вычисляйте массу, подставив значения в ту же формулу удельной плотности.
m = 650*15 = 9750 (кг)
Теперь, исходя из грузоподъемности и вместимости кузова, вы можете определиться с видом транспортного средства и количеством поездок.
Видео по теме
Обратите внимание
Люди постарше больше знакомы с понятием удельного веса. Удельная плотность вещества – это то же, что и удельный вес.
Массовая доля вещества показывает его содержание в более сложной структуре, например, в сплаве или смеси. Если известна общая масса смеси или сплава, то зная массовые доли составляющих веществ можно найти их массы. Найти массовую долю вещества, можно зная его массу и массу всей смеси. Эта величина, может выражаться в дольных величинах или процентах.
Вам понадобится
- весы;
- периодическая таблица химических элементов;
- калькулятор.
Инструкция
Определите массовую долю вещества, которое находится в смеси через массы смеси и самого вещества. Для этого с помощью весов определите массы , составляющих смесь или . Затем сложите их. Полученную массу примите за 100%. Чтобы найти массовую долю вещества в смеси, поделите его массу m на массу смеси M, а результат умножьте на 100% (ω%=(m/M)∙100%). Например, в 140 г воды растворяют 20 г поваренной соли. Чтобы найти массовую долю соли, сложите массы этих двух веществ М=140+20=160 г. Затем найдите массовую долю вещества ω%=(20/160)∙100%=12,5%.
Если требуется найти или массовую долю элемента в веществе с известной формулой, воспользуйтесь периодической таблицей элементов. По ней найдите атомные массы элементов, которые в вещества. Если один в формуле несколько раз, умножьте его атомную массу на это число и сложите полученные результаты. Это будет молекулярная масса вещества. Чтобы найти массовую долю любого элемента в таком веществе, поделите его массовое число в данной химической формуле M0 на молекулярную массу данного вещества M. Результат множьте на 100 % (ω%=(M0/M)∙100%).
Например, определите массовую долю химических элементов в медном купоросе. Медный (сульфат меди II), имеет химическую формулу CuSO4. Атомные массы элементов, входящих в его состав равны Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16, массовые числа этих элементов будут равны M0(Cu)=64, M0(S)=32, M0(O)=16∙4=64, с учетом того, что в молекуле содержится 4 атома . Рассчитайте молекулярную массу вещества, она равна сумме массовых чисел составляющих молекулу веществ 64+32+64=160. Определите массовую долю меди (Cu) в составе медного купороса (ω%=(64/160)∙100%)=40%. По такому же принципу можно определить массовые доли всех элементов в этом веществе. Массовая доля серы (S) ω%=(32/160)∙100%=20 %, кислорода (О) ω%=(64/160)∙100%=40%. Обратите внимание на то, что сумма всех массовых долей вещества должна составить 100%.
Массовая доля элемента ω(Э) % - это отношение массы данного элемента m (Э) во взятой молекуле вещества к молекулярной массе этого вещества Mr (в-ва).
Массовую долю элемента выражают в долях от единицы или в процентах:
ω(Э) = m (Э) / Мr(в-ва) (1)
ω% (Э) = m(Э) · 100%/Мr(в-ва)
Сумма массовых долей всех элементов вещества равна 1 или 100%.
Как правило, для расчетов массовой доли элемента берут порцию вещества, равную молярной массе вещества, тогда масса данного элемента в этой порции равна его молярной массе, умноженной на число атомов данного элемента в молекуле.
Так, для вещества А x В y в долях от единицы:
ω(A) = Ar(Э) · Х / Мr(в-ва) (2)
Из пропорции (2) выведем расчетную формулу для определения индексов (х, y) в химической формуле вещества, если известны массовые доли обоих элементов и молярная масса вещества:
Х = ω%(A) · Mr(в-ва) / Аr(Э) · 100% (3)
Разделив ω% (A) на ω% (В) , т.е. преобразовав формулу (2), получим:
ω(A) / ω(В) = Х · Ar(А) / У · Ar(В) (4)
Расчетную формулу (4) можно преобразовать следующим образом:
Х: У = ω%(A) / Ar(А) : ω%(В) / Ar(В) = X(А) : У(В) (5)
Расчетные формулы (3) и (5) используют для определения формулы вещества.
Если известны число атомов в молекуле вещества для одного из элементов и его массовая доля, можно определить молярную массу вещества:
Mr(в-ва) = Ar(Э) · Х / W(A)
Примеры решения задач на вычисление массовых долей химических элементов в сложном веществе
Вычисление массовых долей химических элементов в сложном веществе
Пример 1. Определите массовые доли химических элементов в серной кислоте H 2 SO 4 и выразите их в процентах.
Решение
1. Вычисляем относительную молекулярную массу серной кислоты:
Mr (H 2 SO 4) = 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98
2. Вычисляем массовые доли элементов.
Для этого численное значение массы элемента (с учетом индекса) делят на молярную массу вещества:
Учитывая это и обозначая массовую долю элемента буквой ω, вычисления массовых долей проводят так:
ω(Н) = 2: 98 = 0,0204, или 2,04%;
ω(S) = 32: 98 = 0,3265, или 32,65%;
ω(О) = 64: 98 =0,6531, или 65,31%
Пример 2. Определите массовые доли химических элементов в оксиде алюминия Al 2 O 3 и выразите их в процентах.
Решение
1. Вычисляем относительную молекулярную массу оксида алюминия:
Mr(Al 2 O 3) = 27 · 2 + 16 · 3 = 102
2. Вычисляем массовые доли элементов:
ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%
ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%
Как вычислить массовую долю вещества в кристаллогидрате
Массовая доля вещества - отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е. ω(Х) = m(Х) / m,
где ω(X) - массовая доля вещества Х,
m(X) - масса вещества Х,
m - масса всей системы
Массовая доля - безразмерная величина. Её выражают в долях от единицы или в процентах.
Пример 1. Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 ·2H 2 O.
Решение
Молярная масса BaCl 2 ·2H 2 O составляет:
М(BaCl 2 ·2H 2 O) = 137+ 2 · 35,5 + 2 · 18 = 244 г/моль
Из формулы BaCl 2 ·2H 2 O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль H 2 O. Отсюда можно определить массу воды, содержащейся в BaCl 2 ·2H 2 O:
m(H2O) = 2 · 18 = 36 г.
Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 ·2H 2 O.
ω(H 2 O) = m(H 2 O)/m(BaCl 2 · 2H 2 O) = 36 / 244 = 0,1475 = 14,75%.
Пример 2. Из образца горной породы массой 25 г, содержащей минерал аргентит Ag 2 S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.
|
|
Определяем количество вещества серебра, находящегося в аргентите: n(Ag) = m(Ag) / M(Ag) = 5,4 / 108 = 0,05 моль. Из формулы Ag 2 S следует, что количество вещества аргентита в два раза меньше количества вещества серебра. Определяем количество вещества аргентита: n(Ag 2 S) = 0,5 · n(Ag) = 0,5 · 0,05 = 0,025 моль Рассчитываем массу аргентита: m(Ag 2 S) = n(Ag 2 S) · М(Ag2S) = 0,025 · 248 = 6,2 г. Теперь определяем массовую долю аргентита в образце горной породы, массой 25 г. ω(Ag 2 S) = m(Ag 2 S) / m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8%. |