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.
Задача 1:
- Определить массу осадка, полученного при действии серной кислоты на 100 г хлорида бария, содержащего 15% примесей.
Дано:
m(смеси) = 100 г
ω(примесей) = 15%
Найти:
m(BaSO4) — ?
Решение:
Запишем уравнение реакции: H2SO4 + BaCl2 = 2HCl + BaSO4(осадок)
Найдем массовую долю BaCl2: ω(BaCl2) = 100% —ω(примесей) = 100% — 15% = 85% или 0,85
Затем найдем массу BaCl2: m(BaCl2) = m(смеси) * ω(BaCl2) = 100 г * 0,85 = 85 г
Далее найдем количество вещества BaCl2: n(BaCl2) = m : M = 85г : 208г/моль = 0,41 моль
По уравнению n(BaCl2) : n(BaSO4) = 1 : 1, значит n(BaSO4) = 0,41 моль
Теперь найдем массу BaSO4: m(BaSO4) = n(BaSO4) * M(BaSO4) = 233 г/моль * 0,41 моль = 95,53 г
Ответ: 95,53 г.
Задача 2:
- Какой объем воздуха потребуется для сжигания 100 кг угля?
Дано:
m(C) = 100 кг
Найти:
V(воздуха) — ?
Решение:
Напишем формулу реакции: C + O2 = CO2
Найдем количество вещества С: n(C) = m : M = 100 кг : 12 кг/кмоль = 8,33 кмоль
По уравнению: n(C) : n (O2) = 1 : 1, значит n(O2) = 8,33 кмоль
Затем найдем объем О2: V(O2) = n * Vm = 8,33 кмоль * 22,4 м^3/кмоль = 186 м^3
Теперь найдем объемную долю О2: ϕ(объемная доля)(O2) = V(O2) : V(воздуха), значит V(воздуха) = V(O2) : ϕ(O2) = 186 м^3 : 0,21 = 885,71 м^3
Ответ: 885,71 м^3
Задача 3 (задача на вывод формул по массовым долям элементов):
- Массовая доля углерода в соединении равна 83,3%, водорода — 16,7%. Определите строение вещества, если известно, что при его бромировании образуется только одно монобромпроизводное.
Дано:
ω(C) = 83,3%
ω(H) = 16,7%
Найти: Формула в-ва — ?
Решение:
1) ω(C) + ω(H) = 83,3% + 16,7% = 100%, значит состав вещества СxHy
2) Определим отношение индексов C и H:
x : y = ω(C) : Ar(C) / ω(H) : Ar(H) = 83,3 : 12 / 16,7 :1 = 6,9 : 16, 7 = 5 : 12, значит C5H12 — простейшая формула, которая является истинной, так как в условии не дана плотность или относительная плотность.
Ответ: C5H12 (2,2 — диметилпропан).