Вычисление массовой доли химического элемента в веществе

Массовая доля элемента в сложном веществе

Урок 13. Химия. Вводный курс. 7 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Массовая доля элемента в сложном веществе”

С XIX века химия перестала быть описательной наукой. Учёные широко стали использовать методы измерения различных параметров веществ.

Массовая доля элемента – это отношение массы этого элемента в сложном веществе к массе всего вещества, выраженное в долях единицы (или в процентах).

Массовая доля элемента в веществе обозначается латинской буквой ω (дубль-вэ) и показывает долю (часть массы), приходящуюся на данный элемент в общей массе вещества. Массовая доля элемента в веществе выражается в долях единицы или в процентах. Часть от целого всегда меньше целого, как долька апельсина меньше всего апельсина.

Например, в состав оксида ртути HgO входит два элемента – ртуть и кислород. При нагревании этого вещества массой 50 г получается 46,3 г ртути и 3,7 г кислорода. Рассчитаем массовую долю ртути в сложном веществе:

Рассчитаем массовую долю кислорода в веществе. Для этого массу кислорода разделим на массу смеси. Подставим значения масс веществ. Получаем:

Учитывая, что сумма массовых долей элемента в веществе равна единице, или 100 %, массовую долю кислорода можно найти по разности:

Для того, чтобы найти массовую долю элемента в веществе, нужно относительную атомную массу этого элемента умножить на число атомов данного химического элемента в веществе и разделить на относительную молекулярную массу вещества.

Определим массовую долю кислорода в серной кислоте. Для этого найдём относительную молекулярную массу серной кислоты. Необходимо значения все относительных атомных масс элементов сложить.

Mr (H2SO4) = Ar (H) · 2 + Ar (S) + Ar (O) · 4 = 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98

Найдём массовую долю кислорода. Для этого нужно относительную атомную массу кислорода умножить на 4 и разделить на относительную молекулярную массу всего вещества. Получается 0,653, или 65,3 %.

Рассчитаем массовые доли элементов в метане, формула которого CH4. Для этого определим относительную молекулярную массу метана. Подставим значения относительных атомных масс и получим 16.

Mr (CH4) = Ar (C) + Ar (H) · 4 = 12 + 1 · 4 = 16

Затем найдём массовую долю углерода в метане. Для этого 12 умножим на 1 и разделим на 16. В результате образуется 0,75, или 75 %.

Для того, чтобы найти массовую долю водорода в метане, следует от 1 вычесть массовую долю углерода. Получается 0,25, или 25 %.

Пирит, или золотая обманка, имеет ярко-жёлтый золотистый цвет, похож на золото, поэтому и получил название «золото дураков». Испанские завоеватели грабили индейцев ради изделий из пирита и увозили их домой в Европу. Пирит путали с золотом и во время золотой лихорадки на Аляске. Это хорошо описано в книге Джека Лондона. Минерал пирит, состоящий из 46,6 % железа и 53,4 % серы, внешним видом очень напоминает золото. Вычислим химическую формулу пирита.

Обозначим формулу пирита FexSy. Затем найдём соотношение индексов x и y. Для этого значения массовых долей разделим на относительные атомные массы элементов. Подставим значения и получим соотношение 0,0083 : 0,0167.

Приведём соотношения индексов к целым числам. Для этого нужно каждое значение разделить на меньшее число в соотношении. Получим 1 : 2. Значит, формула пирита FeS2.

Читайте также:
Кислородсодержащие вещества: спирты (метанол, этанол, глицерин), карбоновые кислоты (уксусная и стеариновая)

Определение молярной концентрации вещества

В результате деления целого предмета на части образуются его доли. Они могут быть равными либо нет. В химии существует понятие «массовая доля». Оно характеризует соотношение масс компонентов и выражается в долях единицы или процентах.

Массовая доля в химии — что это за параметр

Массовой долей компонента называется отношение его массы к массе смеси.

Другими словами, массовая доля части в целом расценивается как ее отношение к сумме масс всех, составляющих эту смесь, компонентов.

Для обозначения данного параметра введен символ ω (омега). ω может иметь процентное выражение либо измерятся в долях единицы.

Любая смесь (жидкая, твердая, газообразная) состоит из компонентов, сумма масс которых равна массе смеси. Их количество в единице объема конечного вещества различно. При приготовлении составов используются установленные рецептуры с соотношением компонентов. В смесях природного происхождения состав зависит от условий внешней среды.

Например, атмосферный воздух населенного пункта, имеющего производственный комбинат, будет различным по составу над жилой зоной и в радиусе выбросов в атмосферу производственных газов. Каждый из этих газов составляет в выбросах определенный процент. Зная его, а также общую массу выбросов, можно определить массу каждого компонента воздушной смеси и сравнить ее с аналогичными параметрами воздушных масс над жилой зоной.

На таком же принципе основаны экологические исследования состава вод открытых водоемов, сплавов, концентратов в пищевой промышленности, фармацевтических препаратов и т.д.

Понятие «массовая доля» хоть и является аналогичным понятиям «объемная доля» или «молярность», но отлично тем, что при ее определении используются именно массы компонентов и смеси в целом.

Умение определять массовую долю важно, например, если нужно рассчитать, сколько бензина можно получить из нефти определенной массы или какое количество каждого компонента взять для приготовления синтетических материалов.

От массовых долей компонентов раствора зависит его плотность, что очень важно в химическом производстве. Плотность вещества рассчитывают на основании формулы:

m вещества = ρ вещества × V вещества

Исходя из этой формулы, если плотность воды 1 г/мл, то 1 мл воды будет иметь массу 1 г.

Вычисление массовой доли элемента в веществе

Чтобы определить массовую долю вещества в смеси, следует высчитать соотношение его массы к массе всей смеси. Математически это выражение записывается так:

ω вещества = m вещества ÷ m смеси

Такой метод можно применить и для определения массовой доли элемента в каком-либо веществе. Формула аналогична:

ω элемента = M элемента ÷ M вещества

Например, перед исследователем стоит задача определить массовую долю водорода в этиловом спирте. На первом этапе, исходя из формулы этанола, нужно рассчитать его молярную (относительную молекулярную) массу:

Затем, зная, что относительная атомная масса шести атомов водорода равна 6, составляется выражение:

Полученный результат является безразмерным, но может быть выражен в процентах. Для этого цифра умножается на 100%, и получается 13%.

Трактовка результата задачи следующая: в каждом грамме этилового спирта содержится 0,13 г водорода. Соответственно, с увеличением массы спирта увеличивается и масса содержащегося в нем водорода. Например, в 10 г этанола содержится 1,3 г водорода.

Молярная (относительная молекулярная) масса спирта рассчитывалась путем суммирования атомных масс каждого элемента в зависимости от количества атомов, входящих в молекулу С 2 Н 6 О .

В случае двухкомпонентного раствора его масса будет равна сумме масс растворителя и растворенного вещества. Растворителем при этом часто выступает вода.

Читайте также:
Химические свойства простых веществ-металлов: щелочных и щелочноземельных металлов, алюминия, железа

Формула молярной концентрации, единица измерения

Если в 1 литре раствора содержится известное количество молей одного из компонентов, то всегда можно рассчитать молярность такого раствора. Молярность, или молярная концентрация, измеряется в м о л ь / д м 3 или м о л ь / л . Также единицы измерения иногда обозначаются как М .

К примеру, для раствора серной кислоты, содержащего в одном литре 2 м о л ь Н 2 S O 4 , молярная концентрация может быть обозначена как 2 М Н 2 S O 4 .

Под молярной концентрацией понимают количество вещества в единице объема раствора

В формуле С М обозначена молярная концентрация вещества или молярность, n — количество вещества, V — объем всего раствора. Получаемая в результате расчетов величина измеряется в м о л ь / л .

Можно выразить молярную концентрацию через массу и объем. Зная, что n = m / M , получаем нужную формулу:

Используя формулу молярной концентрации, можно проводить различные расчеты.

Определить молярную концентрацию раствора глицерина, если известно, что его плотность равна 1 , 1 г / м л .

Решение. Известно, что массовая доля глицерина в растворе с такой плотностью равна 40,36%.

Таким образом, молярная концентрация раствора глицерина с плотностью 1 , 1 г / м л равна 4 , 82 м о л ь / л .

Какова молярность воды при температуре 25°C?

Решение. Литр воды, имеющей температуру 25°C, характеризуется плотностью 0 , 99707 г / м л .

На первом этапе определяем массу и количество воды. На втором — искомую молярную концентрацию воды.

Ответ: молярная концентрация воды с температурой 25°C составляет 55 , 3458 м о л ь / л .

Как перевести одну концентрацию в другую

Концентрация раствора — это количество вещества, содержащееся в единице объема (массы раствора).

В жизни человека окружает много растворов. Они представляют собой однородные устойчивые смеси, состоящие из нескольких компонентов.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Состав растворов можно описать с помощью качественных и количественных характеристик. Качественные характеристики состава раствора:

  • насыщенный (раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется);
  • ненасыщенный (раствор, в котором при данной температуре еще может раствориться дополнительное количество данного вещества);
  • пересыщенный (раствор, содержащий больше растворенного вещества, чем его может растворится при данной температуре, однако образование осадка в нем еще не началось, неустойчив).

Количественными характеристиками являются молярность, нормальность, массовая доля, моляльность, а также титр и мольная доля.

Часто на практике стоит задача перевода одной величины, выражающей состав раствора, в другую. Рассмотрим способ перевода массовой доли в молярную и нормальную концентрацию, а также рассчитаем моляльность, молярность и титр раствора.

Теперь найдем молярность и нормальность раствора:

В заключение найдем моляльность и титр раствора.

На практике, чтобы определить искомые величины, часто пользуются таблицей перевода одной концентрации в другую. Выглядит она следующим образом:

Когда решается задача пересчета массовой доли (или процентной концентрации вещества) в молярную концентрацию, нужно иметь в виду, что массовая доля определяется на основе массы раствора. В то же время для вычисления молярной концентрации, помимо массы, необходимо знать объем или плотность раствора.

В химии существуют общие формулы перевода концентраций. Так, используя вышеприведенные обозначения, формула перевода массовой доли в молярную или нормальную концентрацию имеет следующий вид:

Массовая ⭐️ доля в химии

Виды количественных характеристик

На практике для описания растворов применяют несколько различных количественных характеристик указывающих на массовый (массовая часть, ww w ), объемный (объемная часть, фtext <ф>ф ) мольный (мольная часть, χχ χ ) составы.

Читайте также:
Химическая реакция. Условия и признаки протекания химических реакций. Химические уравнения. Сохранение массы веществ при химических реакциях

Наиболее часто в химии используется массовая доля ww w .

Видео

Мольная доля

где χ(X)χ(X) χ ( X ) – собственно мольная доля компонента XX X ;

n(Х)n(Х) n ( Х ) — количество растворенного XX X , моль;

n(S)n(S) n ( S ) — количество растворителя SS S , моль;

nn n (раствора) = n(Х)+n(S)n(Х) + n(S) n ( Х ) + n ( S ) , моль.

Сумма мольных долей всех компонентов раствора так же равна 1 или 100%.

Для элементарного анализа массовая доля (или массовый процентный состав) также может относиться к отношению массы одного элемента к общей массе соединения. Его можно рассчитать для любого соединения, используя его эмпирическую формулу или ее химическую формулу.

Сумма долей компонентов всегда составляет 1 или 100%.

Нахождение массовой доли вещества в смесях и растворах

Массовая доля химического соединения в смеси или растворе определяется по той же формуле, только в числителе будет масса вещества в растворе (смеси), а в знаменателе — масса всего раствора (смеси):

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% .

Следует обратить внимание, что массовая концентрация — это отношение массы вещества к массе всего раствора, а не только растворителя.

Например, растворили 10 г поваренной соли в 200 г воды. Нужно найти процентную концентрацию соли в полученном растворе.

Для определения концентрации соли нам нужна m раствора. Она составляет:

m (р-ра) = m (соли) + m (воды) = 10 + 200 = 210 (г).

Находим массовую долю соли в растворе:

? = ( 10 · 210) / 100% = 4,76%

Таким образом, концентрация поваренной соли в растворе составит 4,76%.

Если в условии задачи дается не m, а объем раствора, то его нужно перевести в массу. Делается это обычно через формулу для нахождения плотности:

где m — масса вещества (раствора, смеси), а V — его объем.

Такую концентрацию используют чаще всего. Именно ее имеют в виду (если нет отдельных указаний), когда пишут о процентном содержании веществ в растворах и смесях.

Связь с другими способами выражения концентрации

Формула перехода от массовой доли к молярности:

где СМ – молярная концентрация раствора моль/л; ρ – плотность раствора, г/л; — массовая доля растворенного вещества в процентах ; M – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Формула перехода от массовой доли к титру:

где Т – титр раствора г/мл; ρ – плотность раствора, г/мл; — массовая доля растворенного вещества в процентах.

Формула молярной концентрации, единица измерения

Если в 1 литре раствора содержится известное количество молей одного из компонентов, то всегда можно рассчитать молярность такого раствора. Молярность, или молярная концентрация, измеряется в моль/дм3 илимоль/л. Также единицы измерения иногда обозначаются как М.

К примеру, для раствора серной кислоты, содержащего в одном литре 2мольН2SO4, молярная концентрация может быть обозначена как 2МН2SO4.

В формуле СМ обозначена молярная концентрация вещества или молярность,n— количество вещества,V — объем всего раствора. Получаемая в результате расчетов величина измеряется в моль/л.

Можно выразить молярную концентрацию через массу и объем. Зная, чтоn=m/M, получаем нужную формулу:

Вычисление массовой доли химического элемента в веществе

Репетитор по химии и биологии

Анна Столярова

100 баллов ЕГЭ по химии!

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

Наталья Филипова

Победитель Олимпиады

РГМУ по химии 2010

“Шаг в будущее”

Диплом II степени

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускница репетитора В.Богуновой

Екатерина Полякова

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

Кирилл Тумарец

МГМСУ, лечебный факультет

выпускник репетитора В.Богуновой

Римма Островская

МГМСУ, лечебный факультет

Читайте также:
Определение характера среды раствора кислот и щелочей с помощью индикаторов. Качественные реакции на ионы в растворе (хлорид-, сульфат-, карбонат-ионы, ион аммония)

выпускница репетитора В. Богуновой

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускник репетитора В.Богуновой

Павел Шилов

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускник репетитора В.Богуновой

Секретная шпаргалка по химии.

3.1 Массовая доля элемента в соединении

Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ и олимпиадам

За окном – дождь и пронизывающий ветер. Холодно. В такую погоду музы особенно активны. Они слетаются в гости и садятся ко мне на плечо. На правое. Сразу все. И, свесив ноги, начинают болтать друг с другом. Я им уже не нужна. Ребята, о чем это вы? Мне, как и вам, тоже хочется чая с имбирем. И шоколада. И венских вафель. Но я обещала написать статью (и не одну) о массовой доле элемента. Такие расчеты очень важны для развития логических основ алгоритмики. Умение определять массовую долю (или компоненты системы по известной массовой доле) пригодится и во время учебы в медицинском, и во врачебной практике. Поэтому, берем тетрадку, ручку, карандаш и ластик, читаем статью и записываем вместе со мной решение задач. Вначале, как всегда, теория практики. Разберемся с основными понятиями.

Доля – часть чего-нибудь (толковый словарь С.И. Ожегова)

Массовая доля – число, показывающее отношение массы части к общей массе целого или по-другому, отношение массы компонента системы к массе всей системы. Эта величина обозначается греческой буквой “омега” и может выражаться в долях единицы или в процентах.

Например, мы купили у бабули на рынке ведро яблок и груш общей массой 10 кг. Дома разделили фрукты на две кучки. Масса груш составила 3 кг. Значит, массовая доля груш 3/10 = 0,3 (30%). Вспомнили, как рассчитать массовую долю? Отлично! Поехали дальше.

Массовая доля элемента в соединении – число, показывающее, какую часть составляет масса всех атомов данного элемента в молекуле вещества от общей массы молекулы, определяется отношением массы атомов к массе молекулы. Разберемся на примере конкретной задачи

Задача 1

Определите массовую долю железа в оксиде железа (III)

Записываем формулу массовой доли в общем виде, затем конкретизируем ее. Читаем внимательно и следим за моими руками. Массовая доля элемента в соединении определяется отношением массы атомов (числитель) к массе молекулы (знаменатель), то есть:

1) в числителе мы работаем с атомами того элемента, чью массовую долю определяем, для этого умножаем атомную массу элемента (молярная масса атомов) на число атомов этого элемента

2) в знаменателе мы записываем молярную массу вещества

Это очень легкая прямая задача. Попробуем решить обратные задачи – по известной массовой доле определяем неизвестный элемент (вернее, его атомную массу), либо неизвестное число атомов углерода в общей формуле класса органических веществ.

Задача 2

Соединение элемента имеет формулу Э2О3, массовая доля элемента в нем 68,42%. Установите элемент.

Для определения неизвестного элемента необходимо рассчитать его атомную массу (молярную массу атомов), а затем по Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева по атомной массе определяем химический элемент.

Алгоритм решения задачи строим на основании алгебраической формулы определения массовой доли элемента в соединении. Атомную массу элемента обозначаем как неизвестное Х. В числителе записываем массу атомов того элемента, чья массовая доля представлена в условии, в знаменателе – молярную массу вещества в общем виде. Решаем уравнение. По рассчитанной атомной массе определяем элемент. Это хром. Записываем формулу и называем вещество.

Читайте также:
Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия

Задача 3

Оксид неизвестного пятивалентного элемента содержит 56,34% кислорода. Определите этот элемент.

Задача 4

Массовая доля водорода в алкине CnH2n-2 составляет 12,2%. Определите число атомов углерода

Задача 5

Массовая доля водорода в молекуле алкина CnH2n-2 равна 11,11 %. Определите число атомов углерода

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами.

Репетитор В.Богунова

Полную версию статьи вы можете прочитать на канале Яндекс Дзен “Репетитор по химии и биологии”

§ 1.4. Молекулы. Формулы веществ. Относительная молекулярная масса. Массовая доля элемента в соединении

На данный момент известно около 120 разных химических элементов, из которых в природе можно обнаружить не более 90. Многообразие же различных химических веществ вокруг нас несоизмеримо больше этого числа.
Связано это с тем, что крайне редко химические вещества состоят из отдельных, не связанных между собой атомов химических элементов. Таким строением в обычных условиях обладает лишь небольшой ряд газов называемых благородными — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Чаще же всего, химические вещества состоят не из разрозненных атомов, а из их объединений в различные группировки.
То есть атомы большинства химических элементов способны связываться друг с другом. Чаще всего в результате этого получаются молекулы – частицы, представляющие собой группировки из двух или более атомов. Например, химическое вещество водород состоит из молекул водорода, которые образуются из атомов следующим образом:

Рисунок 3. Образование молекулы водорода

Образовывать связи друг с другом могут и атомы разных химических элементов, так, например, при взаимодействии атома кислорода с двумя атомами водорода образуется молекула воды:

Рисунок 4. Образование молекулы воды

Поскольку каждый раз рисовать атомы химических элементов и подписывать их неудобно, для отражения состава молекул были придуманы химические формулы. Так, например, формула молекулярного водорода записывается как Н2, где число 2, написанное подстрочным шрифтом справа от символа атома водорода, означает количество атомов данного типа в молекуле. Таким образом, формулу воды можно записать как H2O. Единица, которая должна показывать количество атомов кислорода в молекуле, согласно принятым в химии правилам, не пишется. Числа, обозначающие количества атомов в составе одной молекулы называют индексами.
Рассмотрим еще несколько примеров химических формул веществ. Так, формула аммиака записывается как NH3, что говорит о том, что каждая молекула аммиака состоит из одного атома азота и трех атомов водорода.
Нередко встречаются молекулы, в которых можно насчитать несколько одинаковых групп атомов. Например, из формулы сульфата алюминия Al2(SO4)3, можно сделать вывод о том, что в составе молекулы данного вещества находятся две группы атомов SO4.
Таким образом, химические формулы веществ однозначно характеризуют как их качественный, так и количественный состав.
Из всего вышесказанного логично вытекает закон постоянства состава вещества, установленный еще в 1808 году французским ученым Жозефом Луи Прустом, и звучит он следующим образом:

Любое чистое химическое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, не зависящий от способа получения этого вещества.

Поскольку любое химическое вещество является совокупностью молекул одинакового состава, это приводит к тому, что пропорции между атомами химических элементов в любой порции вещества такие же, как и в одной молекуле данного вещества. Все различия в химических свойствах веществ зависят от количественного и качественного состава молекул и кроме того, от порядка связей атомов между собой, если таковое возможно.
Таким образом, можно дать следующее определение термина молекула:

Читайте также:
Атомы и молекулы. Химический элемент. Простые и сложные вещества. Основные классы неорганических веществ. Номенклатура неорганических соединений

Молекула – это наименьшая частица какого-либо химического вещества обладающая его химическими свойствами.

Аналогично относительной атомной массе, существует также и такое понятие как относительная молекулярная масса Mr:

Относительная молекулярная масса (Mr) вещества это отношение массы одной молекулы этого вещества к одной двенадцатой массы одного атома углерода (1 атомной единице массы).

Таким образом, очевидно, что относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс элементов, каждая из которых помножена на количество атомов данного конкретного типа в одной молекуле. Так, например, относительная молекулярная масса молекулы азотной кислоты HNO3 складывается из относительной атомной массы водорода, относительной атомной массы азота и трех относительных атомных масс кислорода:

Для описания качественного и количественного состава вещества используют такое понятие как массовая доля химического элемента w(X):

Массовая доля (ω) химического элемента в веществе — это отношение относительной атомной массы Ar(X) данного элемента, помноженной на число его атомов в молекуле, к относительной молекулярной массе Ar(X) данного вещества.

где ω(Х) — массовая доля элемента X; Аr(Х) — его относительная атомная масса; n — число атомов X в одной молекуле вещества; Мr — относительная молекулярная масса химического вещества.
Чаще всего, массовую долю химического элемента выражают в процентах, в этом случае формульное выражение массовой доли в процентах ω%(Х) будет иметь вид:

Рассчитаем в качестве примера массовые доли водорода, азота и кислорода в молекуле азотной кислоты (НNO3):

Как найти массовую долю вещества по формуле

Массовая доля – один из важных параметров, который активно используется для расчетов и не только в химии. Приготовление сиропов и рассолов, расчет внесения удобрений на площадь под ту или иную культуру, приготовление и назначение лекарственных препаратов. Для всех этих расчетов нужна массовая доля. Формула для ее нахождения будет дана ниже.

В химии она рассчитывается:

  • для компонента смеси, раствора;
  • для составной части соединения (химического элемента);
  • для примесей к чистым веществам.

Раствор – это тоже смесь, только гомогенная.

Массовая доля – это отношение массы компонента смеси (вещества) ко всей его массе. Выражают в обычных числах или в процентах.

Формула для нахождения такая:

? = (m (сост. части) · m (смеси, в-ва)) / 100% .

Нахождение массовой доли химического элемента

Массовая доля химического элемента в веществе находится по отношению атомной массы химического элемента, умноженной на количество его атомов в этом соединении, к молекулярной массе вещества.

Например, для определения w кислорода (оксигена) в молекуле углекислого газа СО2 вначале найдем молекулярную массу всего соединения. Она составляет 44. В молекуле содержится 2 атома кислорода. Значит w кислорода рассчитываем так:

w(O) = (Ar(O) · 2 ) / Mr(СО2)) х 100%,

w(O) = ((16 · 2) / 44) х 100% = 72,73%.

Аналогичным образом в химии определяют, например, w воды в кристаллогидрате – комплексе соединения с водой. В таком виде в природе находятся многие вещества в минералах.

Например, формула медного купороса CuSO4 · 5H2O. Чтобы определить w воды в этом кристаллогидрате, нужно в уже известную формулу подставить, соответственно, Mr воды (в числитель) и общую m кристаллогидрата (в знаменатель). Mr воды 18, а всего кристаллогидрата – 250.

Читайте также:
Чистые вещества и смеси

w( H2O ) = ((18 · 5) / 250 ) · 100% = 36%

Нахождение массовой доли вещества в смесях и растворах

Массовая доля химического соединения в смеси или растворе определяется по той же формуле, только в числителе будет масса вещества в растворе (смеси), а в знаменателе – масса всего раствора (смеси):

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% .

Следует обратить внимание, что массовая концентрация – это отношение массы вещества к массе всего раствора, а не только растворителя.

Например, растворили 10 г поваренной соли в 200 г воды. Нужно найти процентную концентрацию соли в полученном растворе.

Для определения концентрации соли нам нужна m раствора. Она составляет:

m (р-ра) = m (соли) + m (воды) = 10 + 200 = 210 (г).

Находим массовую долю соли в растворе:

? = ( 10 · 210) / 100% = 4,76%

Таким образом, концентрация поваренной соли в растворе составит 4,76%.

Если в условии задачи дается не m, а объем раствора, то его нужно перевести в массу. Делается это обычно через формулу для нахождения плотности:

где m – масса вещества (раствора, смеси), а V – его объем.

Такую концентрацию используют чаще всего. Именно ее имеют в виду (если нет отдельных указаний), когда пишут о процентном содержании веществ в растворах и смесях.

Массовая доля примесей

В задачах часто дается концентрация примесей в веществе или вещества в его минералах. Следует обратить внимание на то, что концентрация (массовая доля) чистого соединения будет определяться путем вычитания из 100% доли примеси.

Например, если говорится, что из минерала получают железо, а процент примесей 80%, то чистого железа в минерале 100 – 80 = 20%.

Соответственно, если написано, что в минерале содержится только 20% железа, то во все химические реакции и в химическом производстве будут участвовать именно эти 20%.

Например, для реакции с соляной кислотой взяли 200 г природного минерала, в котором содержание цинка 5%. Для определения массы взятого цинка пользуемся той же формулой:

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% ,

из которой находим неизвестную m раствора:

m (Zn) = ( w · 100% ) / m (минер.)

m (Zn) = (5 · 100) / 200 = 10 (г)

То есть, в 200 г взятого для реакции минерала содержится 5% цинка.

Задача. Образец медной руды массой 150 г содержит сульфид меди одновалентной и примеси, массовая доля которых составляет 15%. Вычислите массу сульфида меди в образце.

Решение задачи возможно двумя способами. Первый – это найти по известной концентрации массу примесей и вычесть ее из общей m образца руды. Второй способ – это найти массовую долю чистого сульфида и по ней уже рассчитать его массу. Решим обоими способами.

  • I способ

Вначале найдем m примесей в образце руды. Для этого воспользуемся уже известной формулой:

? = ( m (примесей) · m (образца)) / 100% ,

m(примес.) = (w · m (образца)) · 100% , (А)

m(примес.) = (15 · 150) / 100% = 22,5 (г).

Теперь по разности найдем количество сульфида в образце:

150 – 22,5 = 127,5 г

  • II способ

Вначале находим w соединения:

А теперь по ней, воспользовавшись той же формулой, что и в первом способе (формула А), найдем m сульфида меди:

m(Cu2S) = (w · m (образца)) / 100% ,

m(Cu2S) = (85 · 150) / 100% = 127,5 (г).

Ответ: масса сульфида меди одновалентного в образце составляет 127,5 г.

Видео

Из видео вы узнаете, как правильно производить рассчеты по химическим формулам и как найти массовую долю.

Читайте также:
Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

КАК ВЫЧИСЛИТЬ ФОРМУЛУ ВЕЩЕСТВА

Способов, как определить формулу вещества, достаточно много. Все зависит от исходных данных. Наиболее разнообразны подобные вычисления в органической химии. И это не удивительно, так как органических соединений значительно больше, чем неорганических.

1.Понятие простейшей и истинной формулы вещества

В одних задачах на определение формулы вещества необходимо найти его простейшую формулу, а в других – истинную. В чем разница?

Простейшая , или иными словами, эмпирическая формула , указывает на соотношение атомов в молекуле (или в формульной единице, если речь идет о не ковалентном соединении).

Так, например: СН2 – простейшая формула алкена – показывает, что на каждый 1 атом углерода приходится 2 водородных атома. То есть существует соотношение 1:2. Поэтому для нахождения простейшей (эмпирической) формулы вещества важно рассчитать количество вещества атомов, которые входят в его состав, то есть n(C) и n(H).

Истинная формула , или иначе молекулярная , отражает действительное количество атомов всех элементов в молекуле.

Например, для пропилена, относящегося к классу алкенов, истинная (молекулярная) формула будет C3H6. Она говорит о том, что молекула данного вещества включает 3 атома С и 6 атомов Н. Это вполне соответствует простейшей формуле, отвечающей соотношению атомов 1:2. Для нахождения истинной (молекулярной) формулы соединения требуется посчитать его относительную молекулярную (Mr) или молярную массу (M).

2.Массовая доля химического элемента: что означает и как высчитывается

Массовая доля – это отношение массы компонента системы к массе системы, выраженное в процентах или долях от единицы.

Ну, а теперь проще.

Молекула имеет массу. Все атомы в молекуле также имеют свои массы. Атомов одного химического элемента в молекуле может быть 1 или несколько. Важна масса всех атомов одного элемента. Если ее разделить на массу молекулы, то получится массовая доля этого элемента. Ее выражают либо в процентах, которые всегда меньше 100%, либо в долях от единицы, которые всегда меньше 1.

Массовая доля элемента обозначается греческой буквой «омега» — ω . И записывается, например, так: ω(Н), ω(Сl), ω(С) и т.д. и рассчитывается:

Пример 1. Каковы массовые доли элементов в оксиде железа (III) Fe2O3.

3.Как определить формулу вещества по массовым долям элементов

Нахождение формулы вещества по массовым долям элементов применимо как к органическим, так и к неорганическим соединениям.

Пример 2. Сероуглерод содержит 15,8% углерода по массе. Какова простейшая формула этого вещества?

Поскольку речь идет о массовых долях элементов, то необходимо знать массу вещества. В нашем случае – массу сероуглерода. В условии задачи о ней ничего не говорится. Поэтому допускаем, что масса вещества равна 100 г.

Почему 100 г? Это «круглое» число, и его использование облегчает все расчеты. Так как в итоге будем находить соотношения количеств веществ элементов, то какое-то особенное значение массы вещества не играет никакой роли.

Попробуйте ради эксперимента принять массу сероуглерода равной 23 г, 467 г и т.п. Результат будет один и тот же.

Допустим, что атомов углерода в молекуле х, а атомов серы – у. В таком случае формула вещества примет вид: СхSу.

Пример 3. Содержание углерода в углеводороде составляет 83,33%. Плотность паров соединения по водороду – 36. Какова молекулярная формула углеводорода?

Из данных задачи следует, что углеводород может находиться в газообразном состоянии, так как известна плотность его паров . Эта величина в сегда требуется для нахождения молярной (относительной молекулярной) массы вещества . Как она находится и что это такое читайте подробнее здесь.

Читайте также:
Строение веществ. Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая

Чтобы не загромождать записи, массовую долю элементов будем считать не в процентах, а в долях от единицы.

Пусть вас не удивляет получившаяся простейшая формула. Ведь, исходя из определения простейшей формулы, на каждый 1 атом углерода приходится 2,4 атома водорода. Это всего лишь соотношение. Соединения с формулой СН2,4 в принципе не существует. Не всегда простейшая и истинная формулы совпадают друг с другом.

А если полученная формула СН2,4 вас все же смущает, вы можете решать задачу и вторым способом. Но это несколько более сложный способ, когда требуется составить и решить уравнение с двумя неизвестными.

Не все химические вещества являются бинарными, то есть состоят из атомов двух химических элементов. Но в любом случае, алгоритм решения задачи тот же.

Пример 4. Некоторая кислота содержит водород (2,2%), иод (55,7%) и кислород (42,1%). Определите простейшую формулу этой кислоты.

4.Как определить формулу органического соединения

Определить формулу органического вещества можно не только зная массовые доли элементов в его составе.

4.1. Как определить формулу органического соединения

по общей молекулярной формуле вещества

Органические вещества сгруппированы по самостоятельным классам на основе общности строения и свойств. Каждый класс соединений характеризуется своей общей молекулярной формулой. Особенно это наглядно видно на примере углеводородов.

Если другие органические вещества рассматривать как их производные, в молекулы которых введена какая-либо функциональная группа, то и для них также можно составить общую молекулярную формулу.

К слову, метан СН4 является представителем алканов, в молекулах которых на n атомов углерода и приходится 2n+2 атомов водорода. Алканы имеют общую молекулярную формулу, отражающую их состав: СnH2n+2.

Предельные одноатомные спирты можно рассматривать как производные алканов, в молекулах которых 1 атом водорода замещен на гидроксильную группа –ОН. Таким образом, их общая молекулярная формула такая: СnH2n+1ОН.

Ниже в таблице приведены общие молекулярные формулы основных классов органических соединений.

Разберем примеры решения задач с использованием общей молекулярной формулы вещества.

Пример 5. Плотность паров по воздуху некоторого алкана 4,414. Какова формула алкана?


4.2. Как определить формулу органического соединения

по продуктам его сгорания

Это еще один распространенный тип задач на определение формулы органического соединения.

Необходимо запомнить и понять основные моменты:

— так как все органические вещества содержат атомы С, Н, а также атомы О (кислородсодержащие соединения), то всегда при их сгорании выделяется углекислый газ СО2 и образуется вода Н2О;

— все углеродные атомы, входящие в состав органического соединения, окажутся в составе углекислого газа СО2; следовательно, n(С) как в соединении, так и в СО2 – это одна и та же величина;

— все атомы водорода Н, которые имеются в составе вещества, перейдут в состав воды Н2О; следовательно, n(Н) и в данном веществе, и в Н2О – это одна и та же величина;

— при сгорании веществ, включающих в себя азот (например, амины), кроме СО2 и Н2О, образуется еще и N2.

Разберем несколько примеров.

Пример 6. Сожгли 7,2 г углеводорода. Плотность его паров по водороду составляет 36. В результате реакции образовалось 22 г оксида углерода (IV) и 10,8 г воды. Какова молекулярная формула соединения?

Читайте также:
Взаимосвязь различных классов неорганических веществ

Пример 7. В результате сгорания 4,8 г органического соединения выделилось 3,36 л (н.у.) оксида углерода (IV) и образовалось 5,4 г воды. Плотность паров искомого соединения по кислороду равна 1. Вычислите молекулярную формулу вещества.

Пример 8. Результатом сжигания 0,31 г газообразного органического соединения, имеющего плотность 1,384 г/л, стало выделение 0,224 л (с.у.) оксида углерода (IV), 0,112 л азота и образование 0,45 г воды. Вычислите молекулярную формулу этого вещества.


5. Как определить формулу вещества: комбинированные задачи

Наибольший интерес и некоторую трудность представляют комбинированные задачи, сочетающие в себе необходимость найти формулу соединения:

— используя приемы, применяемые в рассмотренных выше задачах;

— используя сведения не только о химических, но и физических свойствах вещества.

Вот несколько примеров.

Пример 9. Какова молекулярная формула предельного углеводорода, при полном сгорании 8,6 г которого выделилось 13, 44 л (н.у.) оксида углерода (IV).

1) известен класс вещества, поэтому возможно применить его общую молекулярную формулу;

2) речь идет о сгорании вещества, поэтому количество атомов в составе молекулы будем искать, используя данные о продукте сгорания – СО2.

Пример 10. Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом углеродном атоме. Образец этого алкена массой 0,7 г присоединил бром массой 1,6 г. Вычислите формулу алкена и назовите его.

В предлагаемых условиях:

1) известен класс вещества, следовательно, применим его общую молекулярную формулу;

2) речь идет об одном из химических свойств: способности алкенов присоединять галогены по месту разрыва двойной связи.

Пример 11. После полного сжигания в кислороде арена, имевшего массу 0,92 г, выделился оксид углерода (IV). Пропуская газ через избыток раствора щелочи Ca(OH)2, получили 7 грамм осадка. Какова молекулярная формула арена?

В предлагаемой задаче:

1) известен класс вещества;

2) речь идет о сжигании соединения и образовании в качестве продукта горения углекислого газа, который при взаимодействии со щелочью Са(ОН)2 привел к выпадению осадка известной массы.

Следующий пример очень характерен для задач, встречающихся в заданиях второй части ЕГЭ по химии.

Пример 12. Некоторое соединение, образующее альдегид в реакции окисления, взаимодействует с избытком бромоводородной кислоты, образуя 9,84 г продукта (выход составляет 80% от теоретического), имеющего плотность паров по Н2 61,5. Определите строение этого соединения, а также его массу, вступившую в реакцию?

1) говорится о химических свойствах искомого соединения; анализируя их, приходим к выводу, что заданным веществом является предельный одноатомный спирт;

2) известна общая молекулярная формула предельных одноатомных спиртов;

3) более подробно говорится о взаимодействии заданного вещества с бромоводородной кислотой; спирт, реагируя с HBr, дает галогеналкан, для которого известны его масса, практический выход и относительная плотность по Н2; именно от этих данных и нужно отталкиваться при решении данной задачи.

Итак, способов, как определить формулу вещества, действительно, множество. Мы рассмотрели лишь основные из них. Важно правильно уяснить понятия «простейшая формула вещества» и «истинная формула вещества», чтобы не путать их.

Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь в нашу группу ВКонтакте.

Пожалуйста, оцените публикацию и оставьте свой комментарий. Ваше мнение для нас важно!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: