Химия массовая доля элемента в сложном веществе. Вычисление массовых долей химических элементов в сложном веществе

Массовая доля элемента ω(Э) % - это отношение массы данного элемента m (Э) во взятой молекуле вещества к молекулярной массе этого вещества Mr (в-ва).

Массовую долю элемента выражают в долях от единицы или в процентах:

ω(Э) = m (Э) / Мr(в-ва) (1)

ω% (Э) = m(Э) · 100%/Мr(в-ва)

Сумма массовых долей всех элементов вещества равна 1 или 100%.

Как правило, для расчетов массовой доли элемента берут порцию вещества, равную молярной массе вещества, тогда масса данного элемента в этой порции равна его молярной массе, умноженной на число атомов данного элемента в молекуле.

Так, для вещества А x В y в долях от единицы:

ω(A) = Ar(Э) · Х / Мr(в-ва) (2)

Из пропорции (2) выведем расчетную формулу для определения индексов (х, y) в химической формуле вещества, если известны массовые доли обоих элементов и молярная масса вещества:

Х = ω%(A) · Mr(в-ва) / Аr(Э) · 100% (3)

Разделив ω% (A) на ω% (В) , т.е. преобразовав формулу (2), получим:

ω(A) / ω(В) = Х · Ar(А) / У · Ar(В) (4)

Расчетную формулу (4) можно преобразовать следующим образом:

Х: У = ω%(A) / Ar(А) : ω%(В) / Ar(В) = X(А) : У(В) (5)

Расчетные формулы (3) и (5) используют для определения формулы вещества.

Если известны число атомов в молекуле вещества для одного из элементов и его массовая доля, можно определить молярную массу вещества:

Mr(в-ва) = Ar(Э) · Х / W(A)

Примеры решения задач на вычисление массовых долей химических элементов в сложном веществе

Вычисление массовых долей химических элементов в сложном веществе

Пример 1. Определите массовые доли химических элементов в серной кислоте H 2 SO 4 и выразите их в процентах.

Решение

1. Вычисляем относительную молекулярную массу серной кислоты:

Mr (H 2 SO 4) = 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98

2. Вычисляем массовые доли элементов.

Для этого численное значение массы элемента (с учетом индекса) делят на молярную массу вещества:

Учитывая это и обозначая массовую долю элемента буквой ω, вычисления массовых долей проводят так:

ω(Н) = 2: 98 = 0,0204, или 2,04%;

ω(S) = 32: 98 = 0,3265, или 32,65%;

ω(О) = 64: 98 =0,6531, или 65,31%

Пример 2. Определите массовые доли химических элементов в оксиде алюминия Al 2 O 3 и выразите их в процентах.

Решение

1. Вычисляем относительную молекулярную массу оксида алюминия:

Mr(Al 2 O 3) = 27 · 2 + 16 · 3 = 102

2. Вычисляем массовые доли элементов:

ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%

ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%

Как вычислить массовую долю вещества в кристаллогидрате

Массовая доля вещества - отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е. ω(Х) = m(Х) / m,

где ω(X) - массовая доля вещества Х,

m(X) - масса вещества Х,

m - масса всей системы

Массовая доля - безразмерная величина. Её выражают в долях от единицы или в процентах.

Пример 1. Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 ·2H 2 O.

Решение

Молярная масса BaCl 2 ·2H 2 O составляет:

М(BaCl 2 ·2H 2 O) = 137+ 2 · 35,5 + 2 · 18 = 244 г/моль

Из формулы BaCl 2 ·2H 2 O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль H 2 O. Отсюда можно определить массу воды, содержащейся в BaCl 2 ·2H 2 O:

m(H2O) = 2 · 18 = 36 г.

Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 ·2H 2 O.

ω(H 2 O) = m(H 2 O)/m(BaCl 2 · 2H 2 O) = 36 / 244 = 0,1475 = 14,75%.

Пример 2. Из образца горной породы массой 25 г, содержащей минерал аргентит Ag 2 S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.

Определяем количество вещества серебра, находящегося в аргентите:

n(Ag) = m(Ag) / M(Ag) = 5,4 / 108 = 0,05 моль.

Из формулы Ag 2 S следует, что количество вещества аргентита в два раза меньше количества вещества серебра.

Определяем количество вещества аргентита:

n(Ag 2 S) = 0,5 · n(Ag) = 0,5 · 0,05 = 0,025 моль

Рассчитываем массу аргентита:

m(Ag 2 S) = n(Ag 2 S) · М(Ag2S) = 0,025 · 248 = 6,2 г.

Теперь определяем массовую долю аргентита в образце горной породы, массой 25 г.

ω(Ag 2 S) = m(Ag 2 S) / m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8%.

С XVII в. химия перестала быть описательной наукой. Ученые-химики стали широко использовать измерение вещества. Все более совершенствовалась конструкция весов, позволяющих определять массы образцов. Для газообразных веществ помимо массы измеряли также объем и давление. Применение количественных измерений дало возможность понять сущность химических превращений, определять состав сложных веществ.

Как вы уже знаете, в состав сложного вещества входят два или более химических элементов. Очевидно, что масса всего вещества слагается из масс составляющих его элементов. Значит, на долю каждого элемента приходится определенная часть массы вещества.

Массовой долей элемента называется отношение массы этого элемента в сложном веществе к массе всего вещества, выраженное в долях единицы (или в процентах):

Массовая доля элемента в соединении обозначается латинской строчной буквой w («дубль-вэ») и показывает долю (часть массы), приходящуюся на данный элемент в общей массе вещества. Эта величина может выражаться в долях единицы или в процентах. Конечно, массовая доля элемента в сложном веществе всегда меньше единицы (или меньше 100%). Ведь часть от целого всегда меньше целого, как долька апельсина меньше всего апельсина.

Например, в состав оксида ртути входят два элемента – ртуть и кислород. При нагревании 50 г этого вещества получается 46,3 г ртути и 3,7 г кислорода (рис. 57). Рассчитаем массовую долю ртути в сложном веществе:

Массовую долю кислорода в этом веществе можно рассчитать двумя способами. По определению массовая доля кислорода в оксиде ртути равна отношению массы кислорода к массе оксида:

Зная, что сумма массовых долей элементов в веществе равна единице (100%), массовую долю кислорода можно вычислить по разности:

w (O) = 1 – 0,926 = 0,074,

w (О) = 100% – 92,6% = 7,4%.

Для того чтобы найти массовые доли элементов предложенным способом, необходимо провести сложный и трудоемкий химический эксперимент по определению массы каждого элемента. Если же формула сложного вещества известна, та же задача решается значительно проще.

Для расчета массовой доли элемента нужно его относительную атомную массу умножить на число атомов (n ) данного элемента в формуле и разделить на относительную молекулярную массу вещества:

Например, для воды (рис. 58):

M r (H 2 O) = 1 2 + 16 = 18,

Задача 1. Рассчитайте массовые доли элементов в аммиаке, формула которого NH 3 .

Дано:

вещество аммиак NH 3 .

Найти :

w (N), w (H).

Решение

1) Рассчитаем относительную молекулярную массу аммиака:

M r (NH 3) = A r (N) + 3A r (H) = 14 + 3 1 = 17.

2) Найдем массовую долю азота в веществе:

3) Вычислим массовую долю водорода в аммиаке:

w (H) = 1 – w (N) = 1 – 0,8235 = 0,1765, или 17,65%.

Ответ. w (N) = 82,35%, w (H) = 17,65%.

Задача 2. Рассчитайте массовые доли элементов в серной кислоте, имеющей формулу H 2 SO 4 .

Дано:

серная кислота H 2 SO 4 .

Найти :

w (H), w (S), w (O).

Решение

1) Рассчитаем относительную молекулярную массу серной кислоты:

M r (H 2 SO 4) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2 1 + 32 + 4 16 = 98.

2) Найдем массовую долю водорода в веществе:

3) Вычислим массовую долю серы в серной кислоте:

4. Рассчитаем массовую долю кислорода в веществе:

w (O) = 1 – (w (H) + w (S)) = 1 – (0,0204 + 0,3265) = 0,6531, или 65,31%.

Ответ. w (H) = 2,04%, w (S) = 32,65%, w (O) = 65,31%.

Чаще химикам приходится решать обратную задачу: по массовым долям элементов определять формулу сложного вещества. То, как решаются подобные задачи, проиллюстрируем одним историческим примером.

Из природных минералов – тенорита и куприта – были выделены два соединения меди с кислородом (оксиды). Они отличались друг от друга по цвету и массовым долям элементов. В черном оксиде массовая доля меди составляла 80%, а массовая доля кислорода – 20%. В оксиде меди красного цвета массовые доли элементов составляли соответственно 88,9% и 11,1%. Каковы же формулы этих сложных веществ? Проведем несложные математические расчеты.

Пример 1. Расчет химической формулы черного оксида меди (w (Cu) = 0,8 и w (О) = 0,2).

х, у – по числу атомов химических элементов в его составе: Сu x O y .

2) Отношение индексов равно отношению частных от деления массовой доли элемента в соединении на относительную атомную массу элемента:

3) Полученное соотношение нужно привести к соотношению целых чисел: индексы в формуле, показывающие число атомов, не могут быть дробными. Для этого полученные числа разделим на меньшее (т.е. любое) из них:

Получилась формула – СuO.

Пример 2. Расчет формулы красного оксида меди по известным массовым долям w (Cu) = 88,9% и w (O) = 11,1%.

Дано:

w (Cu) = 88,9%, или 0,889,

w (O) = 11,1%, или 0,111.

Найти:

Решение

1) Обозначим формулу оксида Сu x O y .

2) Найдем соотношение индексов x и y :

3) Приведем соотношение индексов к отношению целых чисел:

Ответ . Формула соединения – Cu 2 O.

А теперь немного усложним задачу.

Задача 3. По данным элементного анализа состав прокаленной горькой соли, использовавшейся еще алхимиками в качестве слабительного средства, следующий: массовая доля магния – 20,0%, массовая доля серы – 26,7%, массовая доля кислорода – 53,3%.

Дано:

w (Mg) = 20,0%, или 0,2,

w (S) = 26,7%, или 0,267,

w (O) = 53,3%, или 0,533.

Найти:

Решение

1) Обозначим формулу вещества с помощью индексов x, y, z : Mg x S y O z .

2) Найдем соотношение индексов:

3) Определим значение индексов x, y, z :

Ответ. Формула вещества – MgSO 4 .

1. Что называется массовой долей элемента в сложном веществе? Как рассчитывается эта величина?

2. Рассчитайте массовые доли элементов в веществах: а) углекислом газе CO 2 ;
б) сульфиде кальция СаS; в) натриевой селитре NaNO 3 ; г) оксиде алюминия Al 2 O 3 .

3. В каком из азотных удобрений массовая доля питательного элемента азота наибольшая: а) хлориде аммония NH 4 Cl; б) сульфате аммония (NH 4) 2 SO 4 ; в) мочевине (NH 2) 2 CO?

4. В минерале пирите на 7 г железа приходится 8 г серы. Вычислите массовые доли каждого элемента в этом веществе и определите его формулу.

5. Массовая доля азота в одном из его оксидов равна 30,43%, а массовая доля кислорода – 69,57%. Определите формулу оксида.

6. В средние века из золы костра выделяли вещество, которое называли поташ и использовали для варки мыла. Массовые доли элементов в этом веществе: калий – 56,6%, углерод – 8,7%, кислород – 34,7%. Определите формулу поташа.

§5.1 Химические реакции. Уравнения химических реакций

Химическая реакция - это превращение одних веществ в другие. Впрочем, такое определение нуждается в одном существенном дополнении. В ядерном реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие превращения химическими не называют. В чем же здесь дело? В ядерном реакторе происходят ядерные реакции. Они заключаются в том, что ядра элементов при столкновении с частицами высокой энергии (ими могут быть нейтроны, протоны и ядра иных элементов) - разбиваются на осколки, представляющие собой ядра других элементов. Возможно и слияние ядер между собой. Эти новые ядра затем получают электроны из окружающей среды и, таким образом, завершается образование двух или нескольких новых веществ. Все эти вещества являются какими-либо элементами Периодической системы. Примеры ядерных реакций, используемых для открытия новых элементов, приведены в §4.4.

В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.

Химическими реакциями называются явления, при которых одни вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества - с другим составом и другими свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.

Рассмотрим типичную химическую реакцию: сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха. Те из вас, у кого дома есть газовая плита, могут ежедневно наблюдать эту реакцию у себя на кухне. Запишем реакцию так, как показано на рис. 5-1.

Рис. 5-1. Метан СН 4 и кислород О 2 реагируют между собой с образованием диоксида углерода СО 2 и воды Н 2 О. При этом в молекуле метана разрываются связи между С и Н и на их месте возникают связи углерода с кислородом. Атомы водорода, ранее принадлежавшие метану, образуют связи с кислородом. На рисунке хорошо видно, что для успешного осуществления реакции на одну молекулу метана надо взять две молекулы кислорода.

Записывать химическую реакцию с помощью рисунков молекул не слишком удобно. Поэтому для записи химических реакций используют сокращенные формулы веществ - как это показано в нижней части рис. 5-1. Такая запись называется уравнением химической реакции .

Количество атомов разных элементов в левой и правой частях уравнения одинаково. В левой части один атом углерода в составе молекулы метана (СН 4), и в правой - тот же атом углерода мы находим в составе молекулы СО 2 . Все четыре водородных атома из левой части уравнения мы обязательно найдем и в правой - в составе молекул воды.

В уравнении химической реакции для выравнивания количества одинаковых атомов в разных частях уравнения используются коэффициенты , которые записываются перед формулами веществ. Коэффициенты не надо путать с индексами в химических формулах.

Рассмотрим другую реакцию - превращение оксида кальция СаО (негашеной извести) в гидроксид кальция Са(ОН) 2 (гашеную известь) под действием воды.

Рис. 5-2. Оксид кальция СаО присоединяет молекулу воды Н 2 О с образованием
гидроксида кальция Са(ОН) 2 .

В отличие от математических уравнений, в уравнениях химических реакций нельзя переставлять левую и правую части. Вещества в левой части уравнения химической реакции называются реагентами , а в правой - продуктами реакции . Если сделать перестановку левой и правой части в уравнении из рис. 5-2, то мы получим уравнение совсем другой химической реакции:

Если реакция между СаО и Н 2 О (рис. 5-2) начинается самопроизвольно и идет с выделением большого количества теплоты, то для проведения последней реакции, где реагентом служит Са(ОН) 2 , требуется сильное нагревание.

Обратите внимание: вместо знака равенства в уравнении химической реакции можно использовать стрелку. Стрелка удобна тем, что показывает направление течения реакции.

Добавим также, что реагентами и продуктами могут быть не обязательно молекулы, но и атомы - если в реакции участвует какой-нибудь элемент или элементы в чистом виде. Например:

H 2 + CuO = Cu + H 2 O

Существует несколько способов классификации химических реакций, из которых мы рассмотрим два.

По первому из них все химические реакции различают по признаку изменения числа исходных и конечных веществ . Здесь можно найти 4 типа химических реакций:

Реакции СОЕДИНЕНИЯ ,

Реакции РАЗЛОЖЕНИЯ ,

Реакции ОБМЕНА ,

Реакции ЗАМЕЩЕНИЯ .

Приведем конкретные примеры таких реакций. Для этого вернемся к уравнениям получения гашеной извести и уравнению получения негашеной извести:

СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2

Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О

Эти реакции относятся к разным типам химических реакций. Первая реакция является типичной реакцией соединения , поскольку при ее протекании два вещества СаО и Н 2 О соединяются в одно: Са(ОН) 2 .

Вторая реакция Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О является типичной реакцией разложения : здесь одно вещество Ca(OH) 2 разлагается с образованием двух других.

В реакциях обмена количество реагентов и продуктов обычно одинаково. В таких реакциях исходные вещества обмениваются между собой атомами и даже целыми составными частями своих молекул. Например, при сливании раствора CaBr 2 с раствором HF выпадает осадок. В растворе ионы кальция и водорода обмениваются между собой ионами брома и фтора. Реакция происходит только в одном направлении потому, что ионы кальция и фтора связываются в нерастворимое соединение CaF 2 и после этого "обратный обмен" ионами уже невозможен:

CaBr 2 + 2HF = CaF 2 ¯ + 2HBr

При сливании растворов CaCl 2 и Na 2 CO 3 тоже выпадает осадок, потому что ионы кальция и натрия обмениваются между собой частицами CO 3 2– и Cl – с образованием нерастворимого соединения - карбоната кальция CaCO 3 .

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ¯ + 2NaCl

Стрелка рядом с продуктом реакции показывает, что это соединение нерастворимо и выпадает в осадок. Таким образом, стрелку можно использовать и для обозначения удаления какого-нибудь продукта из химической реакции в виде осадка (¯) или газа (). Например:

Zn + 2HCl = H 2 + ZnCl 2

Последняя реакция относится к еще одному типу химических реакций - реакциям замещения . Цинк заместил водород в его соединении с хлором (HCl). Водород при этом выделяется в виде газа.

Реакции замещения внешне могут быть похожи на реакции обмена. Отличие заключается в том, что в реакциях замещения обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Например:

2NaBr + Cl 2 = 2NaCl + Br 2 - реакция замещения ;

в левой части уравнения есть простое вещество – молекула хлора Cl 2 , и в правой части есть простое вещество – молекула брома Br 2 .

В реакциях обмена и реагенты и продукты являются сложными веществами. Например:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ¯ + 2NaCl - реакция обмена ;

в этом уравнении реагенты и продукты - сложные вещества.

Деление всех химических реакций на реакции соединения, разложения, замещения и обмена - не единственное. Есть другой способ классификации: по признаку изменения (или отсутствия изменения) степеней окисления у реагентов и продуктов. По этому признаку все реакции делятся на окислительно - восстановительные реакции и все прочие (не окислительно - восстановительные).

Реакция между Zn и HCl является не только реакцией замещения, но и окислительно -восстановительной реакцией , потому что в ней изменяются степени окисления реагирующих веществ:

Zn 0 + 2H +1 Cl = H 2 0 + Zn +2 Cl 2 - реакция замещения и одновременно окислительно-восстановительная реакция.

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.

Химия - однозначно интересная наука. Несмотря на всю свою сложность, она позволяет нам лучше понимать природу окружающего нас мира. И более того - хотя бы элементарные познания в этом предмете серьезно помогают в повседневной жизни. К примеру, определение массовой доли вещества в многокомпонентной системе, то есть отношение массы какого-либо компонента к общей массе всей смеси.

Необходимо:

— калькулятор;
— весы (если вам предварительно нужно определить массы всех компонентов смеси);
— периодическая система элементов Менделеева.

Инструкции:

Итак, вам стало необходимо определить массовую долю вещества. С чего начать? Прежде всего это зависит от конкретной задачи и от имеющихся под рукой средств для работы. Но в любом случае, чтобы определить содержание компонента в смеси, вам необходимо знать его массу и общую массу смеси. Сделать это можно либо на основе известных данных, либо на основе собственных исследований. Для этого вам понадобится взвесить на лабораторных весах добавляемый компонент. После того, как смесь будет приготовлена, взвесьте ее также.
Массу нужного вещества запишите как «m «, суммарную массу системы поставьте под обозначение «M «. В этом случае, формула массовой доли вещества примет следующий вид: W=(m/M)*100. Полученный результат записывается в процентах.
Пример: рассчитать массовую долю 15 грамм поваренной соли, растворенной в 115 г воды . Решение: суммарная масса раствора определяется по формуле M=m в +m c , где m в - масса воды, m c - масса поваренной соли. Из несложных вычислений можно определить, что общая масса раствора составляет 130 грамм . По приведенной выше формуле определения получим, что содержание поваренной соли в растворе будет равно W=(15/130)*100=12% .
Более частным ситуацией является необходимость определения массовой доли химического элемента в веществе . Определяется она точно также. Главный принцип расчета останется тем же, только вместо массы смеси и конкретного компонента вам придется иметь дело с молекулярными массами химических элементов.
Всю необходимую информацию можно найти в периодической системе Менделеева. Разложите химическую формулу вещества на основные компоненты. При помощи таблицы Менделеева определите массу каждого элемента. Просуммировав их, получите молекулярную массу вашего вещества (М ). Аналогично предыдущему случаю, массовая доля вещества, а если быть более точным - элемента будет определяться отношением его массы к молекулярной массе. Формула примет следующий вид W=(m a /M)*100. Где m a — атомная масса элемента, М - молекулярная масса вещества.
Рассмотрим этот случай на конкретно примере. Пример: определить массовую долю калия в поташе . Поташ - карбонат калия. Его формула K 2 CO 3 . Атомная масса калия - 39 , углерода - 12 , кислорода - 16 . Молекулярная масса карбоната будет определяться следующим образом - М = 2m K +m C +2m O = 2*39+12+2*16 = 122 . Молекула карбоната калия вмещает два атома калия с атомной массой, равной 39 . Массовая доля калия в веществе будет определяться по формуле W = (2m K /M)*100 = (2*39/122)*100 = 63,93% .

С XVII в. химия перестала быть описательной наукой. Ученые-химики стали широко использовать методы измерения различных параметров вещества. Все более совершенствовалась конструкция весов, позволяющих определять массы образцов для газообразных веществ, помимо массы, измеряли также объем и давление. Применение количественных измерений дало возможность понять сущность химических превращений, определять состав сложных веществ.

Как вы уже знаете, в состав сложного вещества входят два или более химических элемента. Очевидно, что масса всего вещества слагается из масс составляющих его элементов. Значит, на долю каждого элемента приходится определенная часть массы вещества.

Массовая доля элемента в веществе обозначается латинской строчной буквой w (дубль-вэ) и показывает долю (часть массы), приходящуюся на данный элемент в общей массе вещества. Эта величина может выражаться в долях единицы или в процентах (рис. 69). Конечно, массовая доля элемента в сложном веществе всегда меньше единицы (или меньше 100%). Ведь часть от целого всегда меньше целого, как долька апельсина меньше всего апельсина.

Рис. 69.
Диаграмма элементного состава оксида ртути

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

Для расчета массовой доли элемента нужно его относительную атомную массу умножить на число атомов данного элемента в формуле и разделить на относительную молекулярную массу вещества.

Например, для воды (рис. 70):

Давайте потренируемся в решении задач на вычисление массовых долей элементов в сложных веществах.

Задача 1. Рассчитайте массовые доли элементов в аммиаке, формула которого NH 3 .

Задача 2. Рассчитайте массовые доли элементов в серной кислоте, имеющей формулу H 2 SО 4 .

Чаще химикам приходится решать обратную задачу: по массовым долям элементов определять формулу сложного вещества.

То, как решаются подобные задачи, проиллюстрируем одним историческим примером.

Задача 3. Из природных минералов - тенорита и куприта (рис. 71) были выделены два соединения меди с кислородом (оксиды). Они отличались друг от друга по цвету и массовым долям элементов. В черном оксиде (рис. 72), выделенном из тенорита, массовая доля меди составляла 80%, а массовая доля кислорода - 20%. В оксиде меди красного цвета, выделенного из куприта, массовые доли элементов составляли соответственно 88,9% и 11,1% . Каковы же формулы этих сложных веществ? Решим эти две несложные задачи.

Рис. 71. Минерал куприт
Рис. 72. Оксид меди черного цвета, выделенный из минерала тенорита

3. Полученное соотношение нужно привести к значениям целых чисел: ведь индексы в формуле, показывающие число атомов, не могут быть дробными. Для этого полученные числа надо разделить на меньшее из них (в нашем случае они равны).

А теперь немного усложним задачу.

Задача 4. По данным элементного анализа, прокаленная горькая соль имеет следующий состав: массовая доля магния 20,0%, массовая доля серы - 26,7% , массовая доля кислорода - 53,3% .

Вопросы и задания

Что называется массовой долей элемента в сложном веществе? Как рассчитывается эта величина?
Рассчитайте массовые доли элементов в веществах: а) углекислом газе СО 2 ; б) сульфиде кальция CaS; в) натриевой селитре NaNО 3 ; г) оксиде алюминия А1 2 О 3 .
В каком из азотных удобрений массовая доля питательного элемента азота наибольшая: а) хлориде аммония NH 4 C1; б) сульфате аммония (NH 4) 2 SО 4 ; в) мочевине (NH 2) 2 СО?
В минерале пирите на 7 г железа приходится 8 г серы. Вычислите массовые доли каждого элемента в этом веществе и определите его формулу.
Массовая доля азота в одном из его оксидов равна 30,43%, а массовая доля кислорода - 69,57%. Определите формулу оксида.
В средние века из золы костра выделяли вещество, которое называли поташ и использовали для варки мыла. Массовые доли элементов в этом веществе составляют: калий - 56,6%, углерод - 8,7%, кислород - 34,7%. Определите формулу поташа.