Массовая доля молекулы. Вычисление массовой доли элемента или вещества
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.
Вам понадобится
- Нужно определить, к какому варианту относится ваша задача. В случае первого варианта вам понадобится таблица Менделеева. В случае второго - надо знать, что раствор состоит из двух компонентов: растворенного вещества и растворителя. И масса раствора равна массам этих двух компонентов.
Инструкция
В случае первого варианта задачи:
По Менделеева находим молярную массу вещества. Молярная сумме атомных масс , входящих в состав вещества.
Например, молярная масса (Mr) гидрокисда кальция Са(ОН)2: Mr(Са(ОН)2) = Ar(Ca) + (Ar(O) + Ar(H))*2 = 40 + (16 + 1)*2 = 74.
Если нет мерной посуды, в которую можно перелить воду, вычислите объем сосуда, в котором она находится. Объем всегда равен произведению площади основания на высоту, и с сосудами постой формы обычно проблем не возникает. Объем воды в банке будет равен площади круглого основания на высоту, заполненную водой. Умножив плотность? на объем воды V, вы получите массу воды m: m=?*V.
Видео по теме
Обратите внимание
Определить массу можно и зная количество воды и ее молярную массу. Молярная масса воды равна 18, поскольку состоит из молярных масс 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. MH2O = 2MH+MO=2·1+16=18 (г/моль). m=n*M, где m – масса воды, n – количество, M – молярная масса.
Что такое массовая доля элемента ? Из самого названия можно понять, что это величина, указывающая, в каком соотношении находятся масса элемента , входящего в состав вещества, и общая масса этого вещества. Она выражается в долях единицы: процентах (сотых долях), промилле (тысячных) и т.д. Как можно вычислить массу какого-либо элемента ?
Инструкция
Для наглядности рассмотрите хорошо известный всем углерод, без которого не было бы . Если углерод представляет собою вещество (например, ), то его массовую долю можно смело принять за единицу или за 100%. Разумеется, алмаз тоже содержит примеси других элементов, но в большинстве случаев, в столь малых количествах, что ими можно пренебречь. А вот в таких модификациях углерода, как или , содержание примесей довольно высокое, и пренебрежение недопустимо.
Если же углерод входит в состав сложного вещества, надо действовать следующим образом: запишите точную формулу вещества, затем, зная молярные массы каждого элемента , входящего в его состав, вычислите точную молярную массу этого вещества (разумеется, с учетом «индекса» каждого элемента ). После этого определить массовую долю , разделив общую молярную массу элемента на молярную массу вещества.
Например, нужно найти массовую долю углерода в уксусной кислоте. Напишите формулу уксусной кислоты: СН3СООН. Для облегчения подсчетов преобразуйте ее в вид: С2Н4О2. Молярная масса этого вещества складывается из молярных масс элементов: 24 + 4 + 32 = 60. Соответственно, массовая доля углерода в этом веществе вычисляется так: 24/60 = 0,4.
Если нужно исчислить ее в процентном соотношении, соответственно, 0,4 * 100 = 40%. То есть в каждом уксусной кислоты содержится (приблизительно) 400 грамм углерода.
Разумеется, совершенно аналогичным образом можно найти массовые доли всех других элементов. Например, массовая в той же уксусной кислоте вычисляется так: 32/60 = 0,533 или примерно 53,3%; а массовая доля водорода равна 4/60 = 0,666 или примерно 6,7%.
Источники:
- массовые доли элементов
Массовая доля вещества показывает его содержание в более сложной структуре, например, в сплаве или смеси. Если известна общая масса смеси или сплава, то зная массовые доли составляющих веществ можно найти их массы. Найти массовую долю вещества, можно зная его массу и массу всей смеси. Эта величина, может выражаться в дольных величинах или процентах.
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 %
Задача 3.1. Определите массу воды в 250 г 10%-ного раствора хлорида натрия.
Решение.
Из w = m в-ва / m р-ра
находим массу хлорида натрия:
m в-ва = w m р-ра = 0,1 250 г = 25 г NaCl
Поскольку m р-ра = m в-ва + m р-ля
, то получаем:
m(Н 2 0) = m р-ра — m в-ва = 250 г — 25 г = 225 г Н 2 0
.
Задача 3.2. Определите массу хлороводорода в 400 мл раствора соляной кислоты с массовой долей 0,262 и плотностью 1,13 г/мл.
Решение.
Поскольку w = m в-ва / (V ρ)
, то получаем:
m в-ва = w V ρ = 0,262 400 мл 1,13 г/мл = 118 г
Задача 3.3. К 200 г 14%-ного раствора соли добавили 80 г воды. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
Решение.
Находим массу соли в исходном растворе:
m соли = w m р-ра = 0,14 200 г = 28 г.
Эта же масса соли осталась и в новом растворе. Находим массу нового раствора:
m р-ра = 200 г + 80 г = 280 г.
Находим массовую долю соли в полученном растворе:
w = m соли / m р-ра = 28 г / 280 г = 0,100.
Задача 3.4. Какой объем 78%-ного раствора серной кислоты с плотностью 1,70 г/мл надо взять для приготовления 500 мл 12%-ного раствора серной кислоты с плотностью 1,08 г/мл?
Решение.
Для первого раствора имеем:
w 1 = 0,78
и ρ 1 = 1,70 г/мл
.
Для второго раствора имеем:
V 2 = 500 мл, w 2 = 0,12
и ρ 2 = 1,08 г/мл
.
Поскольку второй раствор готовим из первого добавлением воды, то массы вещества в обоих растворах одинаковы. Находим массу вещества во втором растворе. Из w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2)
имеем:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,12 500 мл 1,08 г/мл = 64,8 г.
m 2 = 64,8 г
. Находим
объем первого раствора. Из w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1)
имеем:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 64,8 г / (0,78 1,70 г/мл) = 48,9 мл.
Задача 3.5. Какой объем 4,65%-ного раствора гидроксида натрия с плотностью 1,05 г/мл можно приготовить из 50 мл 30%-ного раствора гидроксида натрия с плотностью 1,33 г/мл?
Решение.
Для первого раствора имеем:
w 1 = 0,0465
и ρ 1 = 1,05 г/мл
.
Для второго раствора имеем:
V 2 = 50 мл
, w 2 = 0,30
и ρ 2 = 1,33 г/мл
.
Поскольку первый раствор готовим из второго добавлением воды, то массы вещества в обоих растворах одинаковы. Находим массу вещества во втором растворе. Из w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2)
имеем:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,30 50 мл 1,33 г/мл = 19,95 г.
Масса вещества в первом растворе также равна m 2 = 19,95 г
.
Находим объем первого раствора. Из w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1)
имеем:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 19,95 г / (0,0465 1,05 г/мл) = 409 мл
.
Коэффициент растворимости (растворимость) - максимальная масса вещества, растворимая в 100 г воды при данной температуре. Насыщенный раствор - это раствор вещества, который находится в равновесии с имеющимся осадком этого вещества.
Задача 3.6. Коэффициент растворимости хлората калия при 25 °С равен 8,6 г. Определите массовую долю этой соли в насыщенном растворе при 25 °С.
Решение.
В 100 г воды растворилось 8,6 г соли.
Масса раствора равна:
m р-ра = m воды + m соли = 100 г + 8,6 г = 108,6 г
,
а массовая доля соли в растворе равна:
w = m соли / m р-ра = 8,6 г / 108,6 г = 0,0792
.
Задача 3.7. Массовая доля соли в насыщенном при 20 °С растворе хлорида калия равна 0,256. Определите растворимость этой соли в 100 г воды.
Решение.
Пусть растворимость соли равна х
г в 100 г воды.
Тогда масса раствора равна:
m р-ра = m воды + m соли = (х + 100) г
,
а массовая доля равна:
w = m соли / m р-ра = х / (100 + х) = 0,256
.
Отсюда
х = 25,6 + 0,256х; 0,744х = 25,6; х = 34,4 г
на 100 г воды.
Молярная концентрация с
- отношение количества растворенного вещества v (моль)
к объему раствора V (в литрах)
, с = v(моль) / V(л)
, с = m в-ва / (М V(л))
.
Молярная концентрация показывает число моль вещества в 1 л раствора: если раствор децимолярный (с = 0,1 М = 0,1 моль/л
) значит, что в 1 л раствора содержится 0,1 моль вещества.
Задача 3.8. Определите массу КОН, необходимую для приготовления 4 л 2 М раствора.
Решение.
Для растворов с молярной концентрацией имеем:
с = m / (М V)
,
где с
- молярная концентрация,
m
- масса вещества,
М
- молярная масса вещества,
V
- объем раствора в литрах.
Отсюда
m = с М V(л) = 2 моль/л 56 г/моль 4 л = 448 г КОН
.
Задача 3.9. Сколько мл 98%-ного раствора Н 2 SO 4 (ρ = 1,84 г/мл) необходимо взять для приготовления 1500 мл 0,25 М раствора?
Решение. Задача на разбавление раствора. Для концентрированного раствора имеем:
w 1 = m 1 / (V 1 (мл) ρ 1)
.
Необходимо найти объем этого раствора V 1 (мл) = m 1 / (w 1 ρ 1)
.
Поскольку разбавленный раствор готовится из концентрированного смешиванием последнего с водой, то масса вещества в этих двух растворах будет одинакова.
Для разбавленного раствора имеем:
с 2 = m 2 / (М V 2 (л))
и m 2 = с 2 М V 2 (л)
.
Найденное значение массы подставляем в выражение для объема концентрированного раствора и проводим необходимые вычисления:
V 1 (мл) = m / (w 1 ρ 1) = (с 2 М V 2) / (w 1 ρ 1) = (0,25 моль/л 98 г/моль 1,5 л) / (0,98 1,84 г/мл) = 20,4 мл
.
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.
