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:
𝑤 = (m (сост. части) · m (смеси, в-ва)) / 100% .
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):
𝑤 = (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:
𝑤 = (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:
𝑤 = (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:
𝑤 = (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:
100 — 15 = 85%
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.
Не получили ответ на свой вопрос? Предложите авторам тему.
На примере замерзания раствора соли вы убедились, что присутствие посторонних веществ изменяет свойства вещества. В некоторых областях техники использование недостаточно «чистых» материалов недопустимо. В микросхеме компьютера используют особо чистый кристалл кремния, в атомной энергетике предъявляются повышенные требования к очистке ядерного топлива, световой сигнал «погаснет» (не пройдет по стекловолоконному кабелю), наткнувшись на посторонние вкрапления.
Если главное (основное) вещество содержит посторонние загрязнения - это тоже смесь, только в этом случае все ненужные, а порой и вредные ее компоненты называют одним словом - примеси. Чем меньше примесей, тем чище вещество.
Иногда вещество, содержащее примеси, называют техническим образцом или просто образцом. Следовательно, любой такой образец включает основное вещество и примеси.
Степень чистоты вещества принято выражать массовой долей основного компонента или массовой долей примесей.
С массовыми долями разного типа вы уже знакомы. Попробуйте теперь сами сформулировать определение, что такое массовая доля примесей в веществе.
Предположим, вам нужно вычислить массовую долю основного вещества в образце. Тогда можно воспользоваться формулой
или вспомнить, что сумма массовых долей основного вещества и примесей всегда равна 1, или 100% :
w(осн. в-ва) + w(примесей) = 1, или 100%.
Также справедливо утверждение, что масса образца складывается из массы основного вещества и массы примесей:
m(образца) = m(осн. в-ва) + m(примесей).
Давайте разберем несколько задач с использованием понятия «массовая доля примесей».
Задача 8 . Природная самородная сера содержит 8% примесей. Какая масса чистой серы содержится в 2 т природного образца?
Задача 9 . В пищевой промышленности можно использовать лимонную кислоту, содержащую не более 1% посторонних примесей. В аналитической лаборатории установлено, что в 2,345 г продукта содержится 2,312 г кислоты. Можно ли использовать продукт в пищевых целях?
2. Рассчитаем массовую долю примесей в образце: w(примесей) = 1 - w(кислоты) = 1 - 0,986 = 0,014, или 1,4%.
Ответ. Данный образец лимонной кислоты не может быть использован в пищевой промышленности.
Вопросы и задания
- Что называется массовой долей примесей? Что показывает эта величина?
- В промышленности используются вещества с маркировкой «ч», что означает «чистое вещество». Содержание примесей в них может составлять, например, 0,01%. Найдите массу примесей в 120 г образца сажи с маркировкой «ч».
- Массовая доля примесей в известняке составляет 5%. Рассчитайте массу основного вещества (карбоната кальция), содержащегося в 300 кг природного известняка.
- При очистке медного купороса получилось 150 мг примесей, что составило 2% от массы образца. Определите массу технического медного купороса, который подвергли очистке.
- Для изготовления полупроводниковых батарей используется сверхчистый кремний. Массовая доля примесей в нем не должна превышать 0,0000000001% . Годится ли для данных целей кремний, в 30 кг которого содержится 0,03 мг примесей?
Абсолютно чистых веществ не бывает, любое всегда содержит какое-то количество примесей. Это содержание может быть весьма большим, может быть очень малым, но примеси все равно есть. А можно ли найти массу чистого вещества ?
Инструкция
- Согласно принятым нормам, любая химическая продукция, выпущенная на государственных или частных предприятиях, должна иметь сертификат качества, в котором указано процентное содержание основного вещества и наиболее значимых примесей. Это определяется лабораторным путем с помощью методов качественного и количественного анализа. Сертификат прилагается к любой конкретной партии продукции, а его основные показатели должны быть отражены на каждой единице упаковки.
- Например, хорошо известная поваренная соль - хлористый натрий. Покупая упаковку марки «Экстра» массой 1 килограмм, сколько чистой соли вы приобретаете? Посмотрите на информацию с упаковки. Если содержание основного вещества 99,7%, это очень хороший показатель, что неудивительно, поскольку «экстра» означает высокую степень очистки. Следовательно, чистого вещества в единице упаковки содержится: 1000*0,997=997 грамм. Остальные три грамма распределятся между различными примесями. Разумеется, в других, менее очищенных сортах поваренной соли, содержание чистого вещества будет ниже.
- Или вот задача, которая наверняка заинтересует прекрасный пол. Предположим, имеется золотое кольцо 585-й пробы, массой 20 грамм. Сколько чистого золота оно содержит? Дать ответ на этот вопрос очень просто, достаточно лишь вспомнить, каков смысл понятия «проба». В России ее величина указывает, какова доля чистого благородного металла в 1000 весовых долей изделия. Следовательно, 585-я проба соответствует концентрации, равной 58,5%. Произведите вычисление в одно действие: 20*0,585=11,7 грамма. Именно столько чистого золота содержится в кольце.
- А как быть, к примеру, если кольцо работы английского мастера, и весит те же 20 грамм, но на клейме вместо пробы указано что-то непонятное - «18К»? Как в таком случае найти количество чистого золота в изделии? И тут нет абсолютно ничего сложного. Дело в том, что в Великобритании принята «каратная» шкала чистоты благородных металлов. Наивысшей теоретически, 100% концентрации, соответствует 24 карата. Тогда изделие было бы промаркировано «24К». Раз стоит клеймо «18К», это значит, что в изделии 18 весовых частей золота, и 6 весовых частей примесей. Разделите: 18/24=0,75. Изделие соответствует вашей 750-й пробе. Произведите вычисление: 20*0,75=15 грамм. Вот сколько чистого золота содержится в этом кольце.
