Массовая доля элемента в веществе – это одна из тем, которая входит в курс химии. Навыки и умения по определению этого параметра могут пригодиться при проверке знаний во время контрольных и самостоятельных работ, а также на ЕГЭ по химии.
Вам понадобится
- - периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Инструкция
- Для того что рассчитать массовую долю , необходимо предварительно найдите относительную атомную массу (Ar) искомого элемента, а также относительную молекулярную массу (Mr) вещества. Далее примените формулу, по которой и определяется массовая доля элемента (W)W = Ar (х) / Mr х 100 %, в которойW - массовая доля элемента (измеряется в долях или %);Ar (х) - относительная атомная масса элемента;Mr - относительная молекулярная масса вещества.Для определения относительной атомной и молекулярной массы воспользуйтесь периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева. При вычислениях обязательно учитывайте число атомов каждого элемента.
- Пример № 1. Определите массовую долю водорода в воде.Найдите по таблице Д.И. Менделеева относительную атомную массу водородаAr (H) = 1. Так как в формуле 2 атома водорода, следовательно, 2Ar (H) = 1 х 2 = 2Вычислите относительную молекулярную массу воды (H2O), которая складывается из 2 Ar (H) и 1 Ar (O).Mr (H2O) = 2Ar (H) + Ar (O)Ar (O) = 16, следовательноMr (H2O) = 1 х 2 + 16 = 18
- Запишите общую формулу определения массовой доли элемента W = Ar (х) / Mr х 100 %Теперь запишите формулу, применительно к условию задачиW (H) = 2 Ar (H) / Mr (H2O) х 100 %Сделайте вычисленияW (H) = 2 / 18 х 100 % = 11,1 %
- Пример № 2. Определите массовую долю кислорода в сульфате меди (CuSO4).Найдите по таблице Д.И. Менделеева относительную атомную массу кислородаAr (О) = 16. Так как в формуле 4 атома кислорода, следовательно, 4 Ar (О) = 4 х 16 = 64Вычислите относительную молекулярную массу сульфата меди (CuSO4), которая складывается из 1 Ar (Cu), 1 Ar (S) и 4 Ar (O).Mr (CuSO4) = Ar (Cu) + Ar (S) + 4 Ar (O).Ar (Cu) = 64 Ar (S) = 324 Ar (O) = 4 х 16 = 64, следовательноMr (CuSO4) = 64 + 32 + 64 = 160
- Запишите общую формулу определения массовой доли элемента W = Ar (х) / Mr х 100 %Теперь запишите формулу, применительно к условию задачиW (О) = 4 Ar (О) / Mr (CuSO4) х 100 %Сделайте вычисленияW (О) = 64 / 160 х 100 % = 40 %
В чем суть понятия «массовая доля»?
Массовая доля измеряется в процентах или просто в десятых. Чуть выше мы говорили о классическом определении, которое можно обнаружить в справочниках, энциклопедиях или школьных учебниках химии. Но уяснить суть из сказанного не так просто. Итак, предположим, у нас имеется 500 г какого-то сложного вещества. Сложного в данном случае означает то, что оно не однородно по своему составу. По большому счёту любые вещества, которыми мы пользуемся, являются сложными, даже простая поваренная соль, формула которой – NaCl, то есть она состоит из молекул натрия и хлора. Если продолжать рассуждения на примере поваренной соли, то можно предположить, что в 500 граммах соли содержится 400 г натрия. Тогда его массовая доля будет 80 % или 0,8.
Зачем это нужно дачнику?
Думаю, ответ на этот вопрос вы уже знаете. Приготовление всевозможных растворов, смесей и т. п. является неотъемлемой частью хозяйственной деятельности любого огородника. В виде растворов используются удобрения, различные питательные смеси, а также другие препараты, например, стимуляторы роста «Эпин», «Корневин» и т.д. Кроме того, часто приходится смешивать сухие вещества, например, цемент, песок и другие компоненты, или обычную садовую землю с приобретенным субстратом. При этом рекомендуемая концентрация указанных средств и препаратов в приготовленных растворах или смесях в большинстве инструкций приводится именно в массовых долях.
Таким образом, знание как вычислить массовую долю элемента в веществе поможет дачнику правильно приготовить необходимый раствор удобрения или питательной смеси, а это, в свою очередь, обязательно отразится на будущем урожае.
Алгоритм вычисления
Итак, массовая доля отдельного компонента – это отношение его массы к общей массе раствора или вещества. Если полученный результат нужно перевести в проценты, то надо умножить его на 100. Таким образом, формулу для вычисления массовой доли можно записать так:
W = Масса вещества / Масса раствора
W = (Масса вещества / Масса раствора) х 100 %.
Пример определения массовой доли
Предположим, что мы имеем раствор, для приготовления которого в 100 мл воды было добавлено 5 г NaCl, и теперь необходимо вычислить концентрацию поваренной соли, то есть ее массовую долю. Масса вещества нам известна, а масса полученного раствора представляет собой сумму двух масс – соли и воды и равняется 105 г. Таким образом, делим 5 г на 105 г, умножаем результат на 100 и получаем искомую величину 4,7 %. Именно такую концентрацию будет иметь соляной раствор.
Более практичная задача
На практике же дачнику чаще приходится сталкиваться с задачами другого рода. Например, необходимо приготовить водный раствор какого-либо удобрения, концентрация которого по массе должна быть 10 %. Чтобы точно соблюсти рекомендуемые пропорции, нужно определить, какое понадобится количество вещества и в каком объеме воды его нужно будет растворить.
Решение задачи начинается в обратном порядке. Сначала следует разделить выраженную в процентах массовую долю на 100. В результате получим W= 0,1 – это массовая доля вещества в единицах. Теперь обозначим количество вещества как х, а конечную массу раствора – М. При этом последнюю величину составляют два слагаемых – масса воды и масса удобрения. То есть М = Мв + х. Таким образом, мы получаем простое уравнение:
W = х / (Мв + х)
Решая его относительно х, получим:
х = W х Мв / (1 – W)
Подставляя имеющиеся данные, получаем следующую зависимость:
х = 0,1 х Мв / 0,9
Таким образом, если для приготовления раствора мы возьмем 1 л (то есть 1000 г) воды, то для приготовления раствора нужной концентрации понадобиться примерно 111-112 г удобрения.
Решение задач с разбавлением или добавлением
Предположим, мы имеем 10 л (10 000 г) готового водного раствора с концентрацией в нем некого вещества W1 = 30 % или 0,3. Сколько понадобится добавить в него воды, чтобы концентрация снизилась до W2 = 15 % или 0,15? В этом случае поможет формула:
Мв = (W1х М1 / W2) – М1
Подставив исходные данные, получим, что количество добавляемой воды должно быть:
Мв = (0,3 х 10 000 / 0,15) – 10 000 = 10 000 г
То есть добавить нужно те же 10 л.
Теперь представим обратную задачу – имеется 10 л водного раствора (М1 = 10 000 г) концентрацией W1 = 10 % или 0,1. Нужно получить раствор с массовой долей удобрения W2 = 20 % или 0,2. Сколько нужно будет добавить исходного вещества? Для этого нужно воспользоваться формулой:
х = М1 х (W2 – W1) / (1 – W2)
Подставив исходные значение, получим х = 1 125 г.
Таким образом, знание простейших основ школьной химии поможет огороднику правильно приготовить растворы удобрений, питательные субстраты из нескольких элементов или смеси для строительных работ.
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.
В статье рассматривается такое понятие, как массовая доля. Приводятся способы ее вычисления. Также описаны определения сходных по звучанию, но отличных по физическому смыслу величин. Это массовые доли для элемента и выхода.
Колыбель жизни - раствор
Вода - источник жизни на нашей прекрасной голубой планете. Это выражение можно встретить довольно часто. Однако мало кто, кроме специалистов, задумывается: на самом деле субстратом для развития первых биологических систем стал раствор веществ, а не химически чистая вода. Наверняка в популярной литературе или передаче читатель встречал выражение «первичный бульон».
Об источниках, давших толчок развитию жизни в виде сложных органических молекул, до сих пор спорят. Некоторые даже предполагают не просто естественное и весьма удачное стечение обстоятельств, а космическое вмешательство. Причем речь идет вовсе не о мифических пришельцах, а о специфических условиях для создания этих молекул, которые могут существовать только на поверхности малых космических тел, лишенных атмосферы, - кометах и астероидах. Таким образом, было бы правильнее говорить, что раствор органических молекул - колыбель всего живого.
Вода как химически чистое вещество
Несмотря на огромные соленые океаны и моря, пресные озера и реки, в химически чистом виде вода встречается крайне редко, в основном в специальных лабораториях. Напомним, в отечественной научной традиции химически чистое вещество - это субстанция, которая содержит не более десяти в минус шестой степени массовой доли примесей.
Получение абсолютно свободной от посторонних компонентов массы требует невероятных затрат и редко себя оправдывает. Применяется только в отдельных производствах, где даже один посторонний атом может испортить эксперимент. Отметим, что полупроводниковые элементы, которые составляют основу сегодняшней миниатюрной техники (в том числе смартфоны и планшеты), к примесям очень чувствительны. В их создании как раз и нужны совершенно незагрязненные растворители. Однако по сравнению со всей жидкостью планеты это ничтожно мало. Как же так получается, что распространенная, пронизывающая нашу планету насквозь вода так редко встречается в чистом виде? Объясним чуть ниже.
Идеальный растворитель
Ответ на поставленный в предыдущем разделе вопрос невероятно прост. Вода имеет полярные молекулы. Это значит, что в каждой мельчайше частице этой жидкости положительный и отрицательный полюсы не намного, но разнесены. При этом структуры, возникающие даже в жидкой воде, создают дополнительные (так называемые водородные) связи. И в общей сложности это дает следующий результат. Попадающее в воду вещество (не важно, какой заряд оно имеет) растаскивается молекулами жидкости. Каждая частичка растворенной примеси обволакивается либо отрицательными, либо положительными сторонами молекул воды. Таким образом, эта уникальная жидкость способна растворять очень большое количество самых разнообразных веществ.
Понятие массовой доли в растворе
Получающийся раствор содержит некоторую часть примеси, имеющей название "массовая доля". Хотя такое выражение встречается не часто. Обычно используется другой термин - "концентрация". Массовая доля определяется конкретным соотношением. Формульное выражение приводить не будем, оно достаточно простое, объясним лучше физический смысл. Это соотношение двух масс - примеси к раствору. Массовая доля - величина безразмерная. Выражается по-разному в зависимости от конкретных задач. То есть в долях единицы, если в формуле есть только соотношение масс, и в процентах - если результат умножается на 100%.
Растворимость
Помимо Н 2 О применяются и другие растворители. Кроме того, есть вещества, которые принципиально не отдают свои молекулы воде. Зато с легкостью растворяются в бензине или горячей серной кислоте.
Существуют специальные таблицы, которые показывают, сколько того или иного материала останется в жидкости. Этот показатель называется растворимостью, и он зависит от температуры. Чем она выше, тем активнее двигаются атомы или молекулы растворителя, и тем больше примеси он способен поглотить.
Варианты определения доли растворенного вещества в растворе
Так как задачи у химиков и технологов, а также инженеров и физиков могут быть разными, часть растворенного вещества в воде определяется по-разному. Объемная доля вычисляется как объем примеси к общему объему раствора. Используется другой параметр, однако принцип остается тем же.
Объемная доля сохраняет безразмерность, выражаясь либо в долях единицы, либо в процентах. Молярность (по-другому еще называется "молярная объемная концентрация") - это число молей растворенного вещества в заданном объеме раствора. В этом определении участвуют уже два различных параметра одной системы, и размерность у данной величины другая. Она выражается в молях на литр. На всякий случай напомним, что моль - это количество вещества, содержащего примерно десять в двадцать третьей степени молекул или атомов.
Понятие массовой доли элемента
Эта величина имеет лишь косвенное отношение к растворам. Массовая доля элемента отличается от рассмотренного выше понятия. Любое сложное химическое соединение состоит из двух или более элементов. Каждый обладает своей относительной массой. Эту величину можно найти в химической системе Менделеева. Там она указана в нецелых числах, но для приблизительных задач значение можно округлить. В состав сложного вещества входит определенное количество атомов каждого вида. Например, в воде (Н 2 О) два атома водорода и один кислорода. Соотношение между относительной массой всего вещества и данного элемента в процентах и будет составлять массовую долю элемента.
Для неискушенного читателя эти два понятия могут показаться близкими. И достаточно часто их путают между собой. Массовая доля выхода относится не к растворам, а к реакциям. Любой химический процесс всегда протекает с получением конкретных продуктов. Их выход рассчитывается по формулам в зависимости от реагирующих веществ и условий процесса. В отличие от просто массовой доли, эту величину не так просто определить. Теоретические расчеты предлагают максимально возможное количество вещества продукта реакции. Однако практика всегда дает немного меньшее значение. Причины такого расхождения кроются в распределении энергий среди даже сильно нагретых молекул.
Таким образом, всегда найдутся наиболее «холодные» частицы, которые не смогут вступить в реакцию и останутся в первоначальном состоянии. Физический смысл массовой доли выхода состоит в том, какой процент составляет реально полученное вещество от теоретически рассчитанного. Формула невероятно проста. Масса практически полученного продукта делится на массу практически рассчитанного, все выражение умножается на сто процентов. Массовая доля выхода определяется по количеству молей реагирующего вещества. Не стоит забывать об этом. Дело в том, что один моль вещества - определенное количество его атомов или молекул. По закону сохранения вещества из двадцати молекул воды не может получиться тридцать молекул серной кислоты, поэтому задачи вычисляются именно так. Из количества молей исходного компонента выводят массу, которая теоретически возможна для результата. Затем, зная, сколько продукта реакции на самом деле было получено, по описанной выше формуле определяют массовую долю выхода.
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 A r 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 FeSO 4 *7 H 2 O. Как решить эту задачу? Рассмотрим решение далее.
Решение:
Возьмем 1 моль FeSO 4 *7 H 2 O, 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 A r =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(NO 3) 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 H 2 O найдем, что количество кислорода = количеству воды, то есть 28 моль.
Теперь найдем количество кислорода в растворенном Ca(NO 3) 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.