Каждое вещёство наряду с основным компонентом включает то или иное количество примесей. Именно поэтому абсолютно чистых веществ в природе не существует.
Образец (вещество, навеску), содержащий примеси, принято называть техническим (технически чистым). Его массу обозначают mтехн, массу примесей — mприм, а массу основного (чистого) вещества — mчист.
Обрати внимание!
(=) mчист (+)
mприм
.
Содержание примесей в техническом образце обычно указывается с помощью массовой доли, которую выражают в долях от единицы или в процентах:
Сумма массовых долей примесей
ωприм
и основного вещества
ωчист
равна (1) ((100) %):
(+) ωчист (=) (1) ((100) %).
При проведении расчётов по уравнениям химических реакций, если исходное вещество содержит определённую долю примесей, придерживаются алгоритма:
1. если необходимо, записывают уравнение химической реакции.
2. Находят массу чистого вещества.
Её можно рассчитать по формуле:
mчист (=) mтехн (·) ωчист (=) mтехн (·) ((1 -) ωприм )
— либо используя пропорцию. При этом mтехн соответствует (100) %, а mчист — (x) %.
3. Определяют химическое количество чистого вещества по формуле:
n=mM.
4. Подчёркивают формулы интересующих веществ в уравнении реакции.
Под этими формулами записывают химические количества вступивших в реакцию и образовавшихся веществ (коэффициенты перед веществами в уравнении реакции). Над формулами веществ указывают известную величину (найденное по формуле химическое количество чистого вещества), а также неизвестную, которую обозначают за (x) — (химическое количество образующегося продукта реакции или вступившего в реакцию исходного вещества).
5. Составляют пропорцию и находят неизвестную величину.
6. Если необходимо, рассчитывают по формуле массу продукта реакции или массу вступившего в реакцию вещества:
m=n⋅M.
Обрати внимание!
Если необходимо найти объём газообразного вещества ( при н. у.) — используют формулу: V(вещ)=Vm⋅n(вещ); Vm=22,4 л/моль.
Вычисли массу негашёной извести
CaO
, которую получили при обжиге известняка массой (300) г, если массовая доля примесей в нём равна (0,08) ((8) %).
1. Запиши уравнение химической реакции:
2. Определи массовую долю чистого карбоната кальция в известняке и найди массу соли:
ωчист (=) (1) (-) ωприм (= 1 — 0,08 = 0,92).
(0,92) — массовая доля (в долях от единицы) карбоната кальция в известняке.
mчист (=) mтехн (·) ωчист (= 300 · 0,92 = 276) г.
(276) г — масса чистого карбоната кальция в известняке.
3. Определи химическое количество чистого вещества:
моль.
4. (2,76) моль (x) моль
(1) моль (1) моль
5. Составь пропорцию и найди неизвестную величину:
(2,76) моль — химическое количество образовавшейся негашёной извести.
6. Определи массу негашёной извести:
г.
Ответ: (m()CaO()) (=) (154,56) г.
I.
Определение массы (объема) вещества по
известной массе другого вещества, содержащего определенную долю примесей.
Помните: 1.Особенность данного типа задач в том, что сначала
необходимо вычислить массу чистого вещества в смеси.
2. В условии
задачи в роли смеси может выступать руда, технический образец вещества, раствор.
Порядок решения задачи:
1) Прочитайте задачу, запишите краткое условие.
2)
Определите
массу чистого вещества по формуле: mв-ва= mсмеси * ωв-ва.
3) Напишите уравнение реакции.
4) Найдите количества веществ, данных в задаче,
по уравнению и по условию.
5) Произведите необходимые расчёты и запишите
ответ.
Образец решения:
Рассчитайте объем водорода, выделившегося при взаимодействии с соляной
кислотой 325 г цинка, содержащего 20% примесей.
Д
а н о:
Р е ш е н и е:
mтехнич.(Zn)= 325 г
1) mтехнич.(Zn)=
325 г ω (Zn)= 100%-20%=80% (0,8);
ωприм.=
20% (0,2) m (Zn)=
325 * 0,8 = 260 г
V(Н2)= ?
n (Zn)
= 260г : 65 г/моль = 4 моль.
по условию:
4
моль Х
моль
2)
Zn
+ 2HCl = ZnCl2 +
H2
: 1 моль
1 моль
Х= 4 моль
V(Н2) = Vm * n(Н2); V(Н2) = 22,4 л/моль * 4 моль =
89,6 л.
Ответ: V(Н2) =89,6 л.
Алгоритм
решения задач на примеси.
II.
Определение массовой доли примесей (или
массовой доли чистого вещества в смеси) по массе (объёму) продуктов реакции.
Помните: 1) сначала выполняются действия по уравнению
реакции;
2) для
определения массовой доли примесей применяем формулу:
ωприм.
= mприм./mсмеси.
Порядок решения задачи:
1) Прочитайте задачу, запишите краткое условие.
2) Составьте уравнение химической реакции.
3) Рассчитайте массу чистого вещества,
необходимого для реакции по уравнению реакции.
4) Вычислите массу примесей в образце по условию.
5) Вычислите массовую долю примесей по формуле: ωприм.
= mприм./mсмеси.
Образец решения:
Определите массовую долю примесей в техническом образце карбида
кальция, если из 200 г его получили 56 л ацетилена.
Д
а н о: Р е ш
е н и е: пусть х г – масса чистого
вещества
CaC2.
mтехнич.(CaC2)=200г
1)по условию: х г 56л
V(С2Н2)
= 56 л
CaC2
+
2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2
ωприм = ?
1 моль 1 моль
М=64г/моль Vm=22.4л/моль
по уравнению: m=64 г V= 22,4 л ,
тогда х г/64 г= 56 л/22,4 л;
х = 160 г.
2) определяем массу примесей в образце:
mприм.= 200 – 160 = 40 г.
3) определяем массовую долю примесей:
ωприм = 40 г/ 200 г = 0,2 (или 20%).
Ответ: ωприм =
20%.
В
природе чаще всего мы встречаемся с веществами, которые содержат примеси других
веществ. Однако в некоторых областях техники использование материалов с
примесями недопустимо. Например, в микросхеме компьютера используют особо
чистый кристалл кремния, в атомной энергетике – только очень чистое ядерное
топливо.
Вещество,
которое содержит посторонние компоненты, является смесью, а сами
компоненты называются примесями. Чем меньше таких примесей, тем чище
вещество.
Вещество,
содержащее примеси, называется техническим образцом, или просто
образцом.
Степень
чистоты вещества выражают массовой долей основного компонента, или массовой
долей примесей.
Таким
образом, массовая доля примесей – это отношение массы примесей к массе
образца.
Если
нужно выразить массовую долю основного вещества в образце, то следует массу
основного вещества разделить на массу всего образца.
Сумма
массовых долей основного вещества и примесей равна 1, или 100 %.
Соответственно, масса образца равна массе основного вещества и массе примесей.
ω (осн. в-ва) + ω (примесей) = 1, или 100 %
m
(образца) = m
(осн. в-ва) + m (примесей)
Решим
несколько задач.
Природная
самородная сера содержит 8 % примесей. Какая масса чистой серы содержится в 1 т
природного образца?
По
условию задачи даны массовая доля примесей (8 %) и масса природного образца (1
т). Найдём массу примесей в образце. Для этого массу образца нужно умножить на
массовую долю примесей, то есть 1 тонну умножить на 0,08. Получим 0,08 т.
Для
того, чтобы найти массу серы, следует из массы природного образца вычесть массу
примесей, то есть из 1 т вычесть 0,08 т. Получим 0,92 т. Таким образом, в 1 т
природного образца серы содержится 0,92 т серы.
При
очистке медного купороса получилось 300 мг примесей, что составило 4 % от массы
образца. Определите массу технического медного купороса, который подвергли
очистке.
Из
условия задачи известны масса примесей и массовая доля примесей. Найти нужно
массу образца. Чтобы найти массу образца, следует массу примесей разделить на
массовую долю примесей, то есть 0,3 г разделить на 0,04. И получим 7,5 г. Таким
образом, масса технического медного купороса равна 7,5 г.
Решим
более сложную задачу. Для изготовления полупроводниковых батарей используется
сверхчистый кремний. Массовая доля примесей в нём не должна превышать
0,0000000001 %. Годится ли для данных целей кремний, в 20 кг которого
содержится 0,05 мг примесей?
В
условии задачи даны масса образца кремния (20 кг) и масса примесей (0,05 мг).
Найдём массовую долю примесей в образце кремния. Для этого 0,00005 г следует
разделить на 20 000 г, получается 0,0000000025, или 0,00000025 %.
Следовательно, данный образец кремния не может быть использован для
изготовления полупроводниковых батарей.
Задачи на примеси по химии
Пример 1:
Сколько литров углекислого газа можно получить из 119 грамм известняка, содержащего 16 % примесей?
Помните: 1.Особенность данного типа задач в том, что сначала необходимо вычислить массу чистого вещества в смеси.
2. В условии задачи в роли смеси может выступать руда, технический образец вещества, раствор.
Порядок решения задачи:
1) Прочитайте задачу, запишите краткое условие.
2) Определите массу чистого вещества по формуле: mв-ва= mсмеси * ωв-ва.
3) Напишите уравнение реакции.
4) Найдите количества веществ, данных в задаче, по уравнению и по условию.
5) Произведите необходимые расчёты и запишите ответ.
Решение:
- Находим массовую долю карбоната кальция в известняке:
ω(CaCO3) = 100 % − 16 % = 84 % - Находим чистую массу карбоната кальция:
m(CaCO3) = 119 г • 84 % = 119 г • 0,84 = 100 г - Пишем уравнение реакции, подставляем сверху данные по условию задачи, снизу данные согласно уравнению:
100 г x л
CaCO3 = CaO + CO2↑
100 г 22,4 лM(CaCO
3) = 40 + 12 + 16 • 3 = 100 (г/моль)
m(CaCO3) = M • n = 100 г/моль • 1 моль = 100 г
v(CO2) = 22,4 л/моль • 1 моль = 22,4 лСоставляем пропорцию:
100 г — x л
100 г — 22,4 л
х = 100 г • 22,4 л / 100 г = 22,4 л
Ответ: 22,4 л
Пример 2:
При прокаливании 400 г натриевой селитры получили 33,6 л кислорода. Какова массовая доля примесей в селитре?
Помните: 1) сначала выполняются действия по уравнению реакции;
2) для определения массовой доли примесей применяем формулу:
ωприм. = mприм./mсмеси.
Порядок решения задачи:
1) Прочитайте задачу, запишите краткое условие.
2) Составьте уравнение химической реакции.
3) Рассчитайте массу чистого вещества, необходимого для реакции по уравнению реакции.
4) Вычислите массу примесей в образце по условию.
5) Вычислите массовую долю примесей по формуле: ωприм. = mприм./mсмеси.
Решение:
- Находим чистую массу нитрата натрия (натриевой селитры):
Пишем уравнение реакции, подставляем сверху объем кислорода, снизу данные согласно уравнению:
x г 33,6 л
2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑
170 г 22,4 лM(NaNO
3) = 23 + 14 + 16 • 3 = 85 (г/моль)
m(NaNO3) = M • n = 85 г/моль • 2 моль = 170 г
v(O2) = 22,4 л/моль • 1 моль = 22,4 л
Составляем пропорцию:
x г — 33,6 л
170 г — 22,4 л
х = 170 г • 33,6 л / 22,4 л = 255 г
- Находим массу примесей:
400 г − 255 г = 145 г - Находим массовую долю примесей:
ω = 145г / 400 г = 0,36 = 36 %
Ответ: 36 %
Задачи на примеси — это разновидность задач на материальный баланс (массовую долю). Большинство минералов природного происхождения состоит из смеси разных веществ. Чистые вещества в природе встречаются крайне редко. Образцы породы, минералы и т.д. зачастую содержат основное вещество и примеси.
Примеси — это дополнительные вещества, которые содержатся в минерале, помимо основного вещества, и доля которых относительно невелика.
Как правило, в химических задачах не уточняют состав примесей. Такие примеси считаются химически инертными и не вступают в химические реакции. Если указан состав примесей, необходимо проверять, не вступают ли они в химические реакции.
Для решения задач на примеси можем использовать формулу массовой доли примеси:
ωприм. = mприм./m
где
mприм. — масса примеси, г
m — масса образца, г
Например, в образце технического карбоната кальция массой 200 г содержится 5% примесей. Тогда масса примесей:
mприм. = m·ωприм. = 200·0,05 = 10 г
1. Какой объем воздуха (н. у.) необходим для сгорания 10 г серы, содержащей 2% негорючих примесей?
2. Какой объем углекислого газа (н.у.) выделится при обработке 15 г карбоната натрия, содержащего 15% примесей, избытком соляной кислоты?
3. Из 12 кг цинковой обманки, содержащей 75% cульфида цинка и несульфидные примеси, при действии избытка соляной кислоты, теоретически можно получить _____ л сероводорода.
4. Сколько килограммов фосфора может быть получено из 1 тонны фосфорита Ca3(PO4)2, содержащего 40% нефосфатных примесей?
5.Сколько грамм оксида алюминия, содержащего 8% примесей, потребуется для получения 500 г нитрата алюминия в реакции с азотной кислотой.
6.Сколько кг 96%-ного раствора серной кислоты получится из 10 кг пирита, содержащего 5% примесей?
7.Технический образец сульфида железа (II) массой 25г содержащий 2,5% примесей, обработали избытком разбавленного раствора серной кислоты. Выделившийся газ пропустили через избыток раствора нитрата свинца (II). Вычислите массу выделившегося осадка
8.Определить массовую долю примесей в образце известняка, если при действии на 1 кг его избытком азотной кислоты выделяется 200 л (н.у.) углекислого газа.
9. Технический цинк массой 150 г обработали избытком соляной кислоты. При этом выделилось 44,8 л газа (н.у.). Определить массовую долю примесей в образце цинка.
10. Чему равна масса пирита, содержащего 10% примесей, если при обжиге этой порции пирита получили 44,8 л сернистого газа?
11. Образец хлорида бария, загрязненный хлоридом натрия обработали в водном растворе избытком сульфита натрия. Выпавший осадок отфильтровали и затем обработали избытком бромоводородной кислоты. Объем выделившегося газа оказался равным 4,09 л (н.у.). Вычислите массовую долю основного вещества в образце, которого взяли 40 г.
12. При обработке избытком хлороводородной кислоты 25 г цинковой руды, содержащей ZnS и нерастворимые в кислотах примеси, выделяется газ. При полном поглощении этого газа раствором сульфата меди (II) образуется осадок, при прокаливании которого в избытке кислорода получается 8 г оксида меди (II). Определите, содержали примесей в руде в массовых процентах.
13. Образец карбоната кальция массой 20,0 г, загрязненный сульфатными примесями, обработали избытком азотной кислоты. Объем образовавшегося газа, измеренный при 25°С и нормальном давлении, составил 4,66 л. Вычислить массовую долю примесей в исходном образце.
14. При дегидроциклизации технического гептана массой 147,4 г получен толуол массой 128,8 г. Найдите массовую долю примесей в техническом гептане.
15. При действии избытка раствора соляной кислоты на 48 г технического карбида кальция образовалось 13,44 л ацетилена (н.у.). Найдите массовую долю примесей в техническом карбиде кальция.
16. Найдите массовую долю примесей в техническом карбиде кальция, если при пропускании газа, полученного действием воды на 1,6 г карбида, через бромную воду в реакцию вступило 7,2 г брома.
17. Какая масса образца иодида калия, загрязненного примесью нитрата калия (массовая доля его равна 3%) была обработана избытком нитрата серебра, если при этом образовалось 47 г осадка?
18. Фосфор, полученный восстановлением 77,5 т руды, содержащей по массе 80% фосфата кальция и 20 % невосстанавливающихся примесей, использовали для получения ортофосфорной кислоты. Определите массу полученной кислоты, если выход на всех стадиях процесса считать равным 100 %.
19. Образец сульфида алюминия, загрязненный сульфидом цинка (массовая доля 0,02), обработали избытком воды. Образовавшийся газ полностью прореагировал с хлоридом меди (II) в водном растворе, при этом выпало 5,28 г осадка. Чему была равна масса взятого образца сульфида алюминия?
20. Какой объем ацетилена (н. у.) образуется, если 10 г карбида кальция, содержащего 4% примесей, обработать избытком воды?