Формула вычисления массовой доли. Массовая доля элемента в сложном веществе

Массовая доля - один из важных параметров, который активно используется для расчетов и не только в химии. Приготовление сиропов и рассолов, расчет внесения удобрений на площадь под ту или иную культуру, приготовление и назначение лекарственных препаратов. Для всех этих расчетов нужна массовая доля. Формула для ее нахождения будет дана ниже.

В химии она рассчитывается:

для компонента смеси, раствора;
для составной части соединения (химического элемента);
для примесей к чистым веществам.

Раствор - это тоже смесь, только гомогенная.

Массовая доля - это отношение массы компонента смеси (вещества) ко всей его массе. Выражают в обычных числах или в процентах.

Формула для нахождения такая:

? = (m (сост. части) · m (смеси, в-ва)) / 100% .

Нахождение массовой доли химического элемента

Массовая доля химического элемента в веществе находится по отношению атомной массы химического элемента, умноженной на количество его атомов в этом соединении, к молекулярной массе вещества.

Например, для определения w кислорода (оксигена) в молекуле углекислого газа СО2 вначале найдем молекулярную массу всего соединения. Она составляет 44. В молекуле содержится 2 атома кислорода. Значит w кислорода рассчитываем так:

w(O) = (Ar(O) · 2) / Mr(СО2)) х 100%,

w(O) = ((16 · 2) / 44) х 100% = 72,73%.

Аналогичным образом в химии определяют, например, w воды в кристаллогидрате - комплексе соединения с водой. В таком виде в природе находятся многие вещества в минералах.

Например, формула медного купороса CuSO4 · 5H2O. Чтобы определить w воды в этом кристаллогидрате, нужно в уже известную формулу подставить, соответственно, Mr воды (в числитель) и общую m кристаллогидрата (в знаменатель). Mr воды 18, а всего кристаллогидрата - 250.

w(H2O) = ((18 · 5) / 250) · 100% = 36%

Нахождение массовой доли вещества в смесях и растворах

Массовая доля химического соединения в смеси или растворе определяется по той же формуле, только в числителе будет масса вещества в растворе (смеси), а в знаменателе - масса всего раствора (смеси):

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% .

Следует обратить внимание , что массовая концентрация - это отношение массы вещества к массе всего раствора , а не только растворителя.

Например, растворили 10 г поваренной соли в 200 г воды. Нужно найти процентную концентрацию соли в полученном растворе.

Для определения концентрации соли нам нужна m раствора. Она составляет:

m (р-ра) = m (соли) + m (воды) = 10 + 200 = 210 (г).

Находим массовую долю соли в растворе:

? = (10 · 210) / 100% = 4,76%

Таким образом, концентрация поваренной соли в растворе составит 4,76%.

Если в условии задачи дается не m , а объем раствора, то его нужно перевести в массу. Делается это обычно через формулу для нахождения плотности:

где m - масса вещества (раствора, смеси), а V - его объем.

Такую концентрацию используют чаще всего. Именно ее имеют в виду (если нет отдельных указаний), когда пишут о процентном содержании веществ в растворах и смесях.

В задачах часто дается концентрация примесей в веществе или вещества в его минералах. Следует обратить внимание на то, что концентрация (массовая доля) чистого соединения будет определяться путем вычитания из 100% доли примеси.

Например, если говорится, что из минерала получают железо, а процент примесей 80%, то чистого железа в минерале 100 - 80 = 20%.

Соответственно, если написано, что в минерале содержится только 20% железа, то во все химические реакции и в химическом производстве будут участвовать именно эти 20%.

Например , для реакции с соляной кислотой взяли 200 г природного минерала, в котором содержание цинка 5%. Для определения массы взятого цинка пользуемся той же формулой:

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% ,

из которой находим неизвестную m раствора:

m (Zn) = (w · 100%) / m (минер.)

m (Zn) = (5 · 100) / 200 = 10 (г)

То есть, в 200 г взятого для реакции минерала содержится 5% цинка.

Задача . Образец медной руды массой 150 г содержит сульфид меди одновалентной и примеси, массовая доля которых составляет 15%. Вычислите массу сульфида меди в образце .

Решение задачи возможно двумя способами. Первый - это найти по известной концентрации массу примесей и вычесть ее из общей m образца руды. Второй способ - это найти массовую долю чистого сульфида и по ней уже рассчитать его массу. Решим обоими способами.

I способ

Вначале найдем m примесей в образце руды. Для этого воспользуемся уже известной формулой:

? = (m (примесей) · m (образца)) / 100% ,

m(примес.) = (w · m (образца)) · 100% , (А)

m(примес.) = (15 · 150) / 100% = 22,5 (г).

Теперь по разности найдем количество сульфида в образце:

150 - 22,5 = 127,5 г

II способ

Вначале находим w соединения:

А теперь по ней, воспользовавшись той же формулой, что и в первом способе (формула А), найдем m сульфида меди:

m(Cu2S) = (w · m (образца)) / 100% ,

m(Cu2S) = (85 · 150) / 100% = 127,5 (г).

Ответ: масса сульфида меди одновалентного в образце составляет 127,5 г.

Видео

Из видео вы узнаете, как правильно производить рассчеты по химическим формулам и как найти массовую долю.

1. Заполните пропуски в предложениях.

а) В математике "доля" - это отношенеи части к целому. 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.

б) Сумма массовых долей всех элементов, входящих в состав вещества, равна 1 или 100 %.

2. Запишите математические формулы для нахождения массовых долей элементов, если:

а) формула вещества - P 2 O 5 , M r = 2*31+5*16=142
w(P) = 2*31/132 *100% = 44%
w(O) = 5*16/142*100% = 56% или w(O) = 100-44=56.

б) формула вещства - A x B y
w(A) = Ar(A)*x/Mr(AxBy) * 100%
w(B) = Ar(B)*y / Mr(AxBy) *100%

3. Рассчитывайте массовые доли элементов:

а) в метане (СН 4)

б) в карбонате натрия (Na 2 CO 3)

4. Сравните массовые доли указанных элементов в веществах и поставьте знак <, > или = :

5. В соединении кремния с водородом массовая доля кремния равна 87,5%, водорода 12,5%. Относительная молекулярная масса вещества равна 32. Определите формулу этого соединения.

6. Массовые доли элементов в соединении отражены в диаграмме:

Определите формулу этого вещества, если известно, что его относительная молекулярная масса равна 100.

7. Этилен является природным стимулятором созревания плодов: его накопление в плодах ускоряет их созревание. Чем раньше начинается накопление этилена, тем раньше созревают плоды. Поэтому этилен используют для искусственного ускорения созревания плодов. Выведите формулу этилена, если известно, что массовая доля углерода составляет 85,7%, массовая доля водорода -14,3%. Относительная молекулярная масса этого вещства равна 28.

8. Выведите химическую формулу вещества, если известно, что

а) w(Ca) = 36%, w(Cl) = 64%

б) w(Na) 29,1%, w(S) = 40,5%, w(O) = 30,4%.

9. Ляпис обладает противомикробными свойствами. Раньшего его применяли для прижигания бородавок. В небльших концентрациях он действует как противовоспалительное и вяжущее вредство, но может вызвать ожоги. Выведите формулу ляписа, если известно, что в его состав входит 63,53% серебра, 8,24% азота, 28,23% кислорода.

На данный момент известно около 120 разных химических элементов, из которых в природе можно обнаружить не более 90. Многообразие же различных химических веществ вокруг нас несоизмеримо больше этого числа.
Связано это с тем, что крайне редко химические вещества состоят из отдельных, не связанных между собой атомов химических элементов. Таким строением в обычных условиях обладает лишь небольшой ряд газов называемых благородными — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Чаще же всего, химические вещества состоят не из разрозненных атомов, а из их объединений в различные группировки.
То есть атомы большинства химических элементов способны связываться друг с другом. Чаще всего в результате этого получаются молекулы – частицы, представляющие собой группировки из двух или более атомов. Например, химическое вещество водород состоит из молекул водорода, которые образуются из атомов следующим образом:

Рисунок 3. Образование молекулы водорода

Образовывать связи друг с другом могут и атомы разных химических элементов, так, например, при взаимодействии атома кислорода с двумя атомами водорода образуется молекула воды:

Рисунок 4. Образование молекулы воды

Поскольку каждый раз рисовать атомы химических элементов и подписывать их неудобно, для отражения состава молекул были придуманы химические формулы. Так, например, формула молекулярного водорода записывается как Н 2 , где число 2, написанное подстрочным шрифтом справа от символа атома водорода, означает количество атомов данного типа в молекуле. Таким образом, формулу воды можно записать как H 2 O. Единица, которая должна показывать количество атомов кислорода в молекуле, согласно принятым в химии правилам, не пишется. Числа, обозначающие количества атомов в составе одной молекулы называют индексами.
Рассмотрим еще несколько примеров химических формул веществ. Так, формула аммиака записывается как NH 3 , что говорит о том, что каждая молекула аммиака состоит из одного атома азота и трех атомов водорода.
Нередко встречаются молекулы, в которых можно насчитать несколько одинаковых групп атомов. Например, из формулы сульфата алюминия Al 2 (SO 4) 3 , можно сделать вывод о том, что в составе молекулы данного вещества находятся две группы атомов SO 4 .
Таким образом, химические формулы веществ однозначно характеризуют как их качественный, так и количественный состав.
Из всего вышесказанного логично вытекает закон постоянства состава вещества, установленный еще в 1808 году французским ученым Жозефом Луи Прустом, и звучит он следующим образом:

Любое чистое химическое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, не зависящий от способа получения этого вещества.

Поскольку любое химическое вещество является совокупностью молекул одинакового состава, это приводит к тому, что пропорции между атомами химических элементов в любой порции вещества такие же, как и в одной молекуле данного вещества. Все различия в химических свойствах веществ зависят от количественного и качественного состава молекул и кроме того, от порядка связей атомов между собой, если таковое возможно.
Таким образом, можно дать следующее определение термина молекула:

Молекула – это наименьшая частица какого-либо химического вещества обладающая его химическими свойствами.

Аналогично относительной атомной массе, существует также и такое понятие как относительная молекулярная масса M r :

Относительная молекулярная масса (M r) вещества это отношение массы одной молекулы этого вещества к одной двенадцатой массы одного атома углерода (1 атомной единице массы).

Таким образом, очевидно, что относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс элементов, каждая из которых помножена на количество атомов данного конкретного типа в одной молекуле. Так, например, относительная молекулярная масса молекулы азотной кислоты HNO 3 складывается из относительной атомной массы водорода, относительной атомной массы азота и трех относительных атомных масс кислорода:

Для описания качественного и количественного состава вещества используют такое понятие как массовая доля химического элемента w(X) .

Что же такое массовая доля? Например, массовая доля химического элемента - это отношении массы элемента к массе всего вещества . Массовая доля может выражаться как в процентах, так и долях.

Где же может применятся массовая доля?

Вот одни из направлений:

Определение элементарного состава сложного химического вещества

Нахождение массы элемента по массе сложного вещества

Для расчетов используется калькулятор Молярная масса вещества онлайн с расширенными данными которые можно увидеть если пользоватся XMPP запросом.

Расчет подобных задач, что указаны выше, при примении этой страницы становятся еще проще, удобнее и точнее. Кстати про точность. В школьных учебниках почему то молярные массы элементов округлены до целых значений, что для решения школьных задач это вполне пригодится, хотя на самом деле молярные массы каждого химического элемента периодически предаются корректировке.

Наш калькулятор не стремится показать высокую точность (выше 5-ти знаков после запятой), хотя в этом нет ничего сложного. В большинстве своем, те атомные массы элементов, которые используют калькулятор, достаточны для решения поставленных задач на определение массовых долей элементов

Но для тех педантов:) , которым важна точность, хотелось бы порекомендовать ссылку Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Element s в которой отображены все химические элементы, их относительные атомные массы, а также массы всех изотопов каждого из элемента.

Вот и все, что хотелось бы сказать. Теперь будем рассматривать конкретные задачи и как их решать. Заметьте что несмотря на то, что они все разнородны, они в своей сути опираются на молярную массу вещества и массовые доли элементов в этом веществе

На начало осени 2017 года, я добавил еще один калькульятор Мольные доли вещества и количество атомов , который поможет решать задачи на массу чистого вещества в сложном веществе, количество моль в веществе и в каждом элементе, а также количество атомов/молекул в веществе.

Примеры

Вычислит массовую долю элементов в меди сульфате CuSO 4

Запрос очень простой, просто пишем формулу и получаем результат который и будет нашим ответом

Как уже сказано в школьных учебниках идет достаточно угрубленные значения, поэтому не удивляйтесь если в ответах бумажных книг Вы увидите Cu = 40% ,O = 40%, S = 20%. Это скажем так "побочные эффекты" упрощения школьного материала, для учеников. Для реальных задач наш ответ (ответ бота) естественно более точен.

Если речь шла о том, что бы выразить в долях а не процентах, то делим проценты каждого из элементов на 100 и получаем ответ в долях.

Сколько натрия содержится в 10 тоннах криолина Na3?

Введем формулу криолина и получим следующие данные

Из полученных данных мы видим, что в 209,9412 количестве вещества содержится 68,96931 количества натрия.

В граммах ли мы будем это измерять, в килограммах или тоннах для соотношения это ничего не меняется.

Теперь осталось построить другое соответствие где у нас есть 10 тон исходного вещества и неизвестное количество натрия

Это получилась типичная пропорция. Можно конечно воспользоваться ботом Расчет пропорций и соотношений но данная пропорция настолько проста, что сделаем это ручками.

209,9412 относится к 10(тоннам) как 68,96391 к неизвестному числу.

Таким образом количество натрия (в тоннах) в криолине составит 68.96391*10/209.9412=3.2849154906231 тонны натрия.

Опять же для школы иногда придется округлять до целого числа массовое содержание элементов в веществе, но ответ фактически не сильно отличается от предыдущего

69*10/210=3.285714

Точность до сотых долей совпадает.

Вычислить сколько кислорода содержится в 50 тоннах фосфата кальция Ca3(PO4)2 ?

Массовые доли заданного вещества следующие

Та же самая пропорция что и в предыдущей задаче 310.18272 относится к 50 (тоннам) так же как и 127.9952 к неизвестной величине

ответ 20,63 тонны кислорода находится в заданной массе вещества.

Если же мы добавим к формуле служебный символ восклицательный знак, говорящий нам о том что задача школьная(используются грубые округления атомных масс до целых чисел), то ответ получим следующий:

Пропорция будет уже вот такой

310 относится к 50 (тоннам) так же как и 128 к неизвестной величине. И ответ

20,64 тонны

Как то так:)

Удачи в расчетах!!

ТЕМА УРОКА: Массовая доля химического элемента в соединении.

ЦЕЛЬ УРОКА: Научить вычислять массовую долю элементов в соединении по формуле соединения и устанавливать химическую формулу сложного вещества по известным массовым долям химических элементов.

Основные понятия. Массовая доля химического элемента.

Планируемые результаты обучения

Предметные. Уметь рассчитывать массовую долю элемента в соединении по его формуле и устанавливать химическую формулу сложного вещества по известным массовым долям химических элементов.

Метапредметные . Формировать умения устанавливать аналогии, использовать алгоритмы для решения учебных и познавательных задач.

Основные виды деятельности учащихся. Рассчитывать массовую долю элемента в соединении по его формуле. Устанавливать химическую формулу сложного вещества по известным массовым долям химических элементов.

Структура урока

I . Организационный этап

II . Актуализация опорных знаний

III . Изучение нового материала

IV . Закрепление. Подведение итогов урока

V . Домашнее задание

Ход урока

Организационный момент.

Проверка домашнего задания.

Актуализация опорных знаний.

Дайте определения: относительной атомной массе, относительной молекулярной массе.

В каких единицах можно измерить относительную атомную массу.

В каких единицах можно измерить относительную молекулярную массу.

Изучение нового материала.

Работа с учебником. Рабочая тетрадь.

Ребята, допустим у нас есть вещество - серная кислота H 2 SO 4,

можем мы ли узнать какие атомы входят в состав соединения.

А их количество?

А в каком массовом соотношении они соединяются?

Вычисление массовых отношений химических

элементов в сложном веществе. (стр. 51)

А как можно узнать в каких массовых отношениях соединены элементы в соединении формула которого H 2 SO 4 ?

m (H ): m (S ): m (O )= 2*2 + 32 + 16*4= 2:32:64 = 1:16:32.

1+16+32 = 49, то есть 49 массовых частей серной кислоты, содержаться 1 массовая часть водорода, 16 массовых частей серы, 32 массовых частей кислорода.

Ребята, а как вы думаете, можем ли мы рассчитать долю каждого элемента в соединении?

Сегодня мы с вами познакомимся с новым понятием массовая доля элемента в соединении.

W - массовая доля элемента в соединении.

n - число атомов элемента.

Mr - относительная молекулярная масса.

Вычисление массовых долей химических элементов