1. Массовую долю элемента в веществе рассчитывают по формуле:
.
2. Если имеется (1) моль вещества, то его масса равна
.
3. (1) моль вещества содержит (x) моль элемента. Поэтому масса элемента, содержащегося в веществе, равна
m(эл.)=n(эл.)⋅M(эл.)=xмоль⋅Mг/моль
.
4. Подставив массу элемента и массу вещества в формулу ((1)), получим формулу ((2)), которой и воспользуемся для вычисления:
w(эл.)=xмоль(эл.)⋅Mг/моль(эл.)1моль⋅M г/моль(вещества)⋅100
.
Пример:
таким образом, например, расчёт массовой доли углерода в оксиде углерода((IV)) должен выглядеть так:
1. по формуле вещества видно, что (1) моль
CO2
содержит (1) моль химического элемента (C).
2. Если имеется (1) моль
CO2
, то его масса равна
.
3. А (1) моль элемента (C) имеет массу
.
4. Таким образом, массовая доля элемента (C) в
CO2
равна
27,3
%
.
Что такое массовая доля в химии? Знаете ли вы ответ? Как находить массовую долю элемента в веществе? Сам процесс вычисления вовсе не так сложен. А вы еще испытываете затруднения в подобных задачах? Тогда вам улыбнулась удача, вы нашли эту статью! Интересно? Тогда скорее читайте, сейчас вы все поймете.
Что такое массовая доля?
Итак, для начала выясним, что такое массовая доля. Как находить массовую долю элемента в веществе, ответит любой химик, так как они часто употребляют этот термин при решении задач или во время пребывания в лаборатории. Конечно, ведь ее расчет — их повседневная задача. Чтобы получить определенное количество того или иного вещества в лабораторных условиях, где очень важен точный расчет и все возможные варианты исхода реакций, необходимо знать всего пару простых формул и понимать суть массовой доли. Поэтому эта тема так важна.
Этот термин обозначается символом “w” и читается как “омега”. Он выражает отношение массы данного вещества к общей массе смеси, раствора или молекулы, выражается дробью или в процентах. Формула расчета массовой доли:
w = m вещества / m смеси.
Преобразуем формулу.
Мы знаем, что m=n*M, где m — масса; n — количество вещества, выраженное в единицах измерения моль; M — молярная масса вещества, выраженная в грамм/моль. Молярная масса численно равна молекулярной. Только молекулярная масса измеряется в атомных единицах масс или а. е. м. Такая единица измерения равна одной двенадцатой доле массы ядра углерода 12. Значение молекулярной массы можно найти в таблице Менделеева.
Количество вещества n нужного объекта в данной смеси, равно индексу, умноженному на коэффициент при данном соединении, что очень логично. Например, чтобы рассчитать количество атомов в молекуле, надо узнать, сколько атомов нужного вещества находится в 1 молекуле = индекс, и умножить это число на количество молекул = коэффициент.
Не стоит бояться таких громоздких определений или формул, в них прослеживается определенная логика, поняв которую, можно даже сами формулы не учить. Молярная масса M равна сумме атомных масс Ar данного вещества. Напомним, что атомная масса — масса 1 атома вещества. То есть исходная формула массовой доли:
w = ( n вещества*M вещества)/m смеси.
Из этого можно сделать вывод, что если смесь состоит из одного вещества, массовую долю которого надо вычислить, то w=1, так как масса смеси и масса вещества совпадают. Хотя смесь априори не может состоять из одного вещества.
Так, с теорией разобрались, но как находить массовую долю элемента в веществе на практике? Сейчас все покажем и расскажем.
Проверка усвоенного материала. Задача легкого уровня
Сейчас мы разберем две задачи: легкого и среднего уровня. Читайте далее!
Необходимо узнать массовую долю железа в молекуле железного купороса FeSO4*7 H2O. Как решить эту задачу? Рассмотрим решение далее.
Решение:
Возьмем 1 моль FeSO4*7 H2O, тогда узнаем количество железа, умножив коэффициент железа на его индекс: 1*1=1. Дан 1 моль железа. Узнаем его массу в веществе: из значения в таблице Менделеева видно, что атомная масса железа 56 а. е. м. = 56 грамм/моль. В данном случае Ar=M. Следовательно, что m железа = n*M = 1 моль* 56 грамм/моль = 56 г.
Теперь нужно найти массу всей молекулы. Она равна сумме масс исходных веществ, то есть 7 моль воды и 1 моль сульфата железа.
m= (n воды* M воды) + (n сульфата железа*M сульфата железа) = (7 моль*(1*2+16) грамм/моль) + (1 моль* (1 моль*56 грамм/моль+1 моль*32 грамм/моль + 4 моль*16 грамм/моль) = 126+152=278 г.
Остается лишь разделить массу железа на массу соединения:
w=56г/278 г=0.20143885~0.2=20%.
Ответ: 20%.
Задача среднего уровня
Решим более сложную задачу. В 500 г воды растворено 34 г нитрата кальция. Нужно найти массовую долю кислорода в полученном растворе.
Решение
Так как при взаимодействии Ca(NO3)2 с водой идет только процесс растворения, а из раствора не выделяются продукты реакции, масса смеси равна сумме масс нитрата кальция и воды.
Нам нужно найти массовую долю кислорода в растворе. Обратим внимание на то, что кислород содержится как в растворенном веществе, так и в растворителе. Найдем количество искомого элемента в воде. Для этого посчитаем моль воды по формуле n=m/M.
n воды=500 г/(1*2+16) грамм/моль=27.7777≈28 моль
Из формулы воды H2O найдем, что количество кислорода = количеству воды, то есть 28 моль.
Теперь найдем количество кислорода в растворенном Ca(NO3)2. Для этого узнаем количество самого вещества:
n Ca(NO3)2=34 г/(40*1+2*(14+16*3)) грамм/моль≈0.2 моль.
n Ca(NO3)2 относится к n O как 1 к 6, что следует из формулы соединения. Значит, n O = 0.2 моль*6 = 1.2 моль. Суммарно количество кислорода равно 1.2 моль+28 моль=29.2 моль
m O= 29.2 моль*16 грамм/моль=467.2 г.
m раствора=m воды + m Ca(NO3)2= 500 г+34 г=534 г.
Осталось только само вычисление массовой доли химического элемента в веществе:
w O=467.2 г /534 г≈0.87=87%.
Ответ: 87%.
Надеемся, что мы понятно объяснили вам то, как находить массовую долю элемента в веществе. Данная тема вовсе не сложная, если в ней хорошо разобраться. Желаем вам удачи и успехов в будущих начинаниях.
Содержание:
- § 1 Массовая доля химического элемента
- § 2 Практическое применение расчетов массовой доли элемента
- § 3 Определение формулы исследуемых веществ
§ 1 Массовая доля химического элемента
Относительную молекулярную массу веществ рассчитывают по химическим формулам, выражающим количественный состав веществ. Используя химические формулы можно также вычислить массовую долю каждого элемента в химическом соединении.
Массовая доля элемента (обозначается латинской буквой ω) показывает, какую часть составляет масса всех атомов данного элемента, содержащихся в одной молекуле вещества,
от общей массы молекулы.
Массовые доли элементов могут быть выражены в долях единицы или в процентах. Формула для расчета массовой доли элемента в веществе выглядит так: массовая доля элемента в веществе (ω) элемента равна отношению произведения числа атомов(n) и относительной атомной массы (Ar) данного элемента к относительной молекулярной массе (Mr) вещества.
Если массовую долю рассчитывать в процентах, то формула приобретет следующий вид.
Используя данную формулу, можно рассчитать массовую долю каждого химического элемента в составе сложного вещества.
Например, попробуем рассчитать массовую долю алюминия в оксиде алюминия (Al2O3).
Для расчетов пользуемся данными периодической системы химических элементов. Определим относительную молекулярную массу оксида алюминия. Она будет равна 102 (сумма двух относительных атомных масс алюминия и трех относительных атомных масс кислорода). Массовая доля алюминия в процентном отношении по формуле составит 53%.
§ 2 Практическое применение расчетов массовой доли элемента
Для чего же нужны такие расчеты? Иногда требуется сравнить содержание элементов в веществах.
Например, геологи открыли два месторождения железа. Первое содержит железо в виде оксида железа FeO, второе – в виде сульфида железа FeS. Какое месторождение богаче железом при прочих одинаковых условиях?
Дано:
Формула оксида железа FeO;
формула сульфида железа – FeS.
Найти:
Массовую долю железа в первом месторождении ω1(Fe) и массовую долю железа во втором месторождении ω2(Fe).
Решение:
1. Записываем формулу для расчета массовой доли железа в первом месторождении: ω1(Fe) в оксиде железа равна отношению произведения числа атомов железа n и относительной атомной массы (Ar) железа к относительной молекулярной массе (Mr) оксида железа, умноженное на 100%.
2. Записываем формулу для расчета массовой доли железа во втором месторождении: ω2(Fe)в сульфиде железа равна отношению произведения числа атомов железа n и относительной атомной массы (Ar) железа к относительной молекулярной массе (Mr) сульфида железа, все умноженное на 100%.
Для расчетов пользуемся данными периодической системы химических элементов.
Число атомов железа, кислорода и серы в обоих соединениях равны 1.
3. Рассчитываем относительную молекулярную массу оксида железа. Она равняется 72.
4. Находим относительную молекулярную массу сульфида железа. Она равняется 88.
5. Массовая доля железа в первом месторождении ω1(Fe) = 78%.
6. Массовая доля железа во втором месторождении ω2(Fe)= 64%.
7. Сравниваем значения массовых долей железа. Массовая доля железа в первом месторождении ω1(Fe) больше, чем массовая доля железа во втором месторождении ω2(Fe).
Ответ: Первое месторождение богаче железом.
§ 3 Определение формулы исследуемых веществ
В химических лабораториях на основе результатов анализа химических соединений определяют формулы исследуемых веществ. При этом решают задачи, обратные предыдущей. Например, можно вывести формулу вещества, зная массовые доли его элементов. Для этого преобразуем формулу массовой доли.
Число атомов элемента (n) равно отношению произведения массовой доли элемента в веществе (ω)элемента и относительной молекулярной массы (Mr) вещества к относительной атомной массе (Ar) данного элемента, умноженной на 100%.
Решим задачу. Экспериментально установлено, что вещество содержит 83% азота и 17% водорода. Какова формула этого вещества, если в результате эксперимента получено значение его относительной атомной массы, равное 17?
Дано:
Массовая доля азота ω(N)=83%, массовая доля водорода ω(Н)=17%, относительная молекулярная масса вещества Mr(NxHy)=17.
Найти:
Формулу вещества NxHy, где «x» — число атомов азота, а «у» – число атомов водорода.
Решение:
1. Найдем число атомов азота — х. Оно равняется отношению произведения массовой доли азота ω(N) и относительной молекулярной массы (Mr) вещества к относительной атомной массе (Ar) азота, умноженной на 100%. Получаем единицу.
2. Найдем число атомов водорода – у. Оно равняется отношению произведения массовой доли водорода ω(Н) и относительной молекулярной массы (Mr) вещества к относительной атомной массе (Ar) водорода, умноженной на 100%. Получаем число 3.
3. Так как х=1, а у=3, то формула вещества — NH3 (индекс 1 не пишется).
Для расчетов пользуемся данными периодической системы химических элементов.
4. Произведем проверку, вычислим относительную молекулярную массу полученного вещества. Она равна сумме относительной атомной массы азота и трех относительных атомных масс водорода. Задача решена правильно.
Ответ:формула вещества — NH3.
Список использованной литературы:
- Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.
Определение массовой доли (ω) вещества
Многие характеристики вещества являются суммой нескольких составляющих, каждая из которых представляет определенную долю от целого.
Математически долю каждой составляющей определяют как частное от деления части на целое (меньшей величины на большую).
Важными характеристиками состава многокомпонентных систем (молекул, смесей веществ, растворов, сополимеровСополимеры – высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат два (и более) типа структурных звеньев.) являются массовые, мольные и объёмные доли отдельных компонентов.
Массовая доля компонента (вещества, химического элемента) – содержание компонента в многокомпонентной системе (смеси веществ, растворе, молекуле), определяемое как отношение массы этого компонента к суммарной массе всех компонентов системы.
Таким образом, для нахождения массовой доли вещества в смеси (и решения обратной задачи) служит соотношение:
ω(вещества) = m(вещества) / m(смеси).
Массовую долю элемента в веществе можно определить, используя молярные массы:
ω(элемента) = M(элемента) / M(вещества).
Например, массовая доля водорода ω(H) в этиловом спирте С2Н5ОН вычисляется следующим образом:
Часто долю выражают в процентах. Для этого полученный результат умножают на 100. То есть в данном случае ω(H)=13%. Это означает, что в каждом г (кг, т) С2Н6O содержится 0,13 г (кг, т) водорода или каждые 100 г (кг, т) С2Н6O содержат 13 г (кг, т) водорода.
Задача 1. Вычислить массовые доли каждого из элементов, входящих в состав углеводорода, формула которого C6H12.
Задача 2. Из нефти получают бензин (массовая доля его в нефти составляет 25%) и мазут (55%). При дальнейшей переработке мазута получают еще некоторое количество бензина (60% от массы мазута). Рассчитайте массу бензина, который будет получен из нефти массой 200 кг.
Задача 3. Смесь ацетата натрия с избытком гидроксида натрия прокалили. После прокаливания масса сухого остатка оказалась в 1,136 раза меньше массы исходной смеси. Вычислите массовые доли компонентов исходной смеси.
Решение
При сплавлении ацетата натрия CH3COONa с гидроксидом натрия образуется метан CH4 (реакция Дюма).
Уравнение реакции:
