Что такое массовая доля компонента в смеси

Что такое массовая доля компонента в смеси

Ключевые слова конспекта: массовая доля вещества в смеси или растворе, молярная доля вещества, объемная доля вещества, массовая доля элемента в соединении, масса элемента, массовая доля элемента.

Массовую долю вещества в смеси или растворе вычисляют как отношение массы вещества, входящего в состав смеси, к массе всей смеси. Массовую долю часто выражают в процентах. Для этого отношение массы вещества к массе смеси умножают на 100%:

Аналогично объемную долю вещества вычисляют как отношение объема вещества к объему смеси, а молярную долю вещества — как отношение количества вещества одного из компонентов смеси к сумме количеств веществ всех компонентов смеси:

Массовую долю элемента в соединении вычисляют как отношение массы элемента, входящего в состав данного соединения, к массе всего соединения:

Зная молекулярную формулу соединения, массу элемента, входящего в его состав, вычисляют как произведение молярной массы элемента на число атомов этого элемента в соединении.

В этом случае массовую долю элемента в соединении рассчитывают как отношение этой величины к молярной массе всего соединения:

Цитаты из пособия «Задачи по химии 8-9 кл.» (авт. О.С. Габриелян и др.) использованы в учебных целях. Ссылка на покупку книги указана в конце конспекта.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. 25 г оксида магния смешали с 35 г оксида алюминия. Определите массовую долю оксида магния в данной смеси.

Ответ. ω(MgO) = 0,417, или 41,7%.

Задача № 2. Вычислите объемную долю азота в смеси газов, содержащей 32 л азота, 48 л углекислого газа, 36 л гелия и 14 л водорода.

Ответ. φ(N₂) = 0,246, или 24,6%.

Задача № 3. Вычислите молярную и массовую долю (в %) оксида углерода (II) в смеси, содержащей 16,8 л (н. у.) оксида углерода (II) и 13,44 л (н. у.) оксида углерода (IV).

Ответ. χ(СО) = 55,56%, ω(СО) = 44,3%.

Задача № 4. В воде растворили 15 г хлорида натрия. Вычислите массу полученного раствора, если массовая доля соли в нем равна 5%.

Ответ: m(р-ра) = 300 г.

Задача № 5. Образец сплава меди с цинком имеет массу 75 г. Массовая доля меди в этом сплаве равна 64%. Определите массу цинка в данном образце.

Ответ. m(Zn) = 27 г.

[highlight]Задача № 6.[/highlight] Объемная доля аммиака в смеси с кислородом равна 40%. Вычислите плотность данной смеси по воздуху.

Ответ. D_возд(смеси) = 0,896.

Задача № 7. Найдите массовую долю кислорода в фосфате натрия.

Ответ. ω (O) = 39%.

[highlight]Задача № 8.[/highlight] Определите массовую долю фосфора в смеси, содержащей 55 г фосфата натрия и 70 г дигидрофосфата натрия.

Ответ. ω(Р) = 22,77%

[highlight]Задача № 9.[/highlight] Массовая доля серы в техническом сульфате натрия равна 20,48%. Рассчитайте массовую долю примесей в данном продукте (в %).

Ответ. ω (примесей) = 9,12%.

Задача № 10. Плотность смеси оксида азота (II) и оксида азота (IV) по водороду равна 17,8. Найдите массовую долю оксида азота (IV) в данной смеси.

Ответ. ω(NO₂) = 45,2%.

Решение задач с долей вещества в смеси, в соединении. Выберите дальнейшие действия:

Источник

Как найти массовую долю вещества по формуле

В химии она рассчитывается:

Формула для нахождения такая:

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%.

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

Нахождение массовой доли вещества в смесях и растворах

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:

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:

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

Массовая доля примесей

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.

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:

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.

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

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

Теперь по разности найдем количество сульфида в образце:

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) = (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.

Источник

Концентрации и доли. Как перевести одну концентрацию в другую.

При решении химических задач, при расчётах на работе, да и просто в жизни иногда приходится рассчитывать концентрации. Неважно, будет это школьная теоретическая задача, необходимость приготовить электролит для аккумулятора автомобиля, надобность узнать количество сахара для компота — все расчёты концентраций выполняются по известным формулам, которых не так много. Однако, с этим часто возникают трудности.

Прочитав эту статью, Вы научитесь легко рассчитывать концентрации веществ и при надобности играючи переводить одну концентрацию в другую. В статье приводятся примеры задач с решениями, а в конце приведём справочную табличку с формулами, которую можно распечатать и держать под рукой.

Массовая доля

Начнём с простого, но в то же время нужного способа выражения концентрации компонента в смеси — массовой доли.

Массовая доля есть отношение массы данного компонента к сумме масс всех компонентов. Обозначать её принято буквой w или ω (омега).

Рассчитывается массовая доля по формуле:

где \Large w_ — массовая доля компонента i в смеси,

\Large m_ — масса этого компонента,

m — масса всей смеси.

И сразу разберём на примере:

Задача:

Зимой дороги посыпают песком с солью. Известно, что куча имеет массу 50 кг, и в неё всыпали 1 кг соли и перемешали. Найти массовую долю соли.

Решение:

Масса соли есть \Large m_ по формуле выше. Масса всей смеси нам пока неизвестна, но найти её легко. Просуммируем массу песка и соли:

\Large m = m_<п>+m_<с>= 50 кг + 1 кг = 51 кг

А теперь находим и массовую долю:

\Large w_ <с>= \frac> = 1 кг / 51 кг = 0.0196,

или умножаем на 100% и получаем 1.96%.

Ответ: 0.0196, или 1.96%.

Теперь решим что-то посложнее, и ближе к ЕГЭ.

Задача:

Смешали 200 г раствора глюкозы с массовой концентрацией 25% и 300 г раствора глюкозы с массовой концентрацией 10%. Найти массовую концентрацию полученного раствора, ответ округлить до целых.

Решение:

Обозначим первый и второй растворы соответственно \Large m_ <1>и \Large m_ <2>. Массу полученного после смешения раствора обозначим \Large m и найдём:

\Large m = m_ <1>+ m_ <2>= 200 г + 300 г = 500 г

Массу самой глюкозы в первом и втором растворе обозначим \Large m_ <гл. 1>и \Large m_ <гл. 2>. По формуле (1) это будут наши массы компонентов. Массы растворов нам известны, их массовые концентрации тоже. Как найти массу компонента? Очень просто, находим неизвестное делимое умножением (и не забываем, что проценты — это сотые части):

\Large m_ <гл. 1>= w_<1>\cdot m_ <1>= 0.25 \cdot 200 г = 50 г

\Large m_ <гл. 2>= w_<2>\cdot m_ <2>= 0.1 \cdot 300 г = 30 г

Таким образом, общая масса глюкозы \Large m_ <гл>:

\Large m_ <гл>= m_ <гл. 1>+ m_ <гл. 2>= 50 г + 30 г = 80 г.

Ответ: 80 г.

Задачи на смешение раствором с разными концентрациями одного вещества можно решать с помощью «конверта Пирсона».

Объёмная доля

Часто, когда мы имеем дело с жидкостями и газами, удобно оперировать их объёмами, а не массой. Поэтому, чтобы выражать долю какого-либо компонента в таких смесях (но и в твёрдых тоже вполне можно), пользуются понятием объёмной доли.

Объёмная доля компонента — отношение объёма компонента к сумме объёмов компонентов до смешивания. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах. Обычно обозначается греческой буквой φ (фи).

Рассчитывается объёмная доля по формуле:

где \Large \phi_ — объёмная доля компонента B;

\Large V_ — объём компонента B;

\Large \sum> — сумма объёмов всех компонентов.

Здесь важно понимать, что в формулу по возможности подставляем именно сумму объёмов всех компонентов, а не объём смеси, так как при смешивании некоторых жидкостей суммарный объём уменьшается. Так, если смешать литр воды и литр спирта, два литра аквавита мы не получим — будет примерно 1800 мл. В школьных задачах, как правило, это не так важно, но в уме держим и помним.

Задача:

Смешали 6 объёмов воды и 1 объём серной кислоты. Найти объёмную долю кислоты в полученном растворе.

Решение:

Так как объёмная доля — безразмерная величина, объёмы компонентов в условии задачи могут даваться в любых единицах — литрах, стаканах, баррелях, штофах, сексталях — главное, чтобы в одинаковых. Если не так — переводим одни в другие, если одинаковые — решаем. В нашем условии описаны просто некоторые «объёмы», их и подставляем.

Ответ: 14.3 %.

С газами всё обстоит немного интереснее — при не очень больших давлениях и температурах объёмная доля какого-либо газа в газовой смеси равна его мольной доле. (Ведь мы знаем, что молярный объём газов почти равен 22.4 л/моль).

Задача:

Мольная доля кислорода в сухом воздухе составляет 0.21. Найдите объёмную долю азота, если объёмная доля аргона составляет 1%.

Решение:

Внимательный читатель заметил, что мы написали о том, что объёмная и мольная доля для газов в смеси равны. Поэтому, объёмная доля кислорода равна также 0.21, или 21%. Найдём объёмную долю азота:

Ответ: 78%.

Мольная доля

В тех случаях, когда нам известны количества веществ в смеси, мы можем выразить содержание того или иного компонента с помощью мольной доли.

Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. Мольную долю выражают в долях единицы. ИЮПАК рекомендует обозначать мольную долю буквой x (а для газов — y).

Находят мольную долю по формуле:

где \Large x_ — мольная доля компонента B;

\Large n_ — количество компонента B, моль;

\Large \sum> — сумма количеств всех компонентов.

Разберём на примере.

Задача:

При неизвестных условиях смешали 3 кг азота, 1 кг кислорода и 0.5 кг гелия. Найти мольную долю каждого компонента полученной газовой смеси.

Решение:

Сначала находим количество каждого из газов (моль):

Затем считаем сумму количеств:

\Large \sum = 107.14 \: моль + 31.25 \: моль + 125 \: моль = 263.39 \: моль

И находим мольную долю каждого компонента:

\Large 40.68 \% + 11.86 \% + 47.46 \% = 100\%.

И радуемся правильному решению.

Молярность (молярная объёмная концентрация)

А сейчас рассмотрим, вероятно, самый часто встречающийся способ выражения концентрации — молярную концентрацию.

Молярная концентрация (молярность, мольность) — количество вещества (число молей) компонента в единице объёма смеси. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л.

Также иногда говорят просто «молярность», и обозначают буквой М. Это значит, что, например, обозначение «0.5 М раствор соляной кислоты» следует понимать как «полумолярный раствор соляной кислоты», или 0.5 моль/л.

Обозначают молярную концентрацию буквой c (латинская «цэ»), или заключают в квадратные скобки вещество, концентрация которого указывается. Например, [Na + ] — концентрация катионов натрия в моль/л. Кстати, слово «моль» в обозначениях не склоняют — 5 моль/л, 3 моль/л.

Рассчитывается молярная концентрация по формуле:

где \Large n_ — количество вещества компонента B, моль;

\Large V — общий объём смеси, л.

Разберём на примере.

Задача:

В пивную кружку зачем-то насыпали 24 г сахара и до краёв заполнили кипятком. А нам зачем-то нужно найти молярную концентрацию сахарозы в полученном сиропе. И кстати, дело происходило в Британии.

Решение:

Молекулярная масса сахарозы равна 342 (посчитайте, может мы ошиблись — C₁₂H₂₂O₁₁). Найдём количество вещества:

Британская пинта (мера объёма такая) равна 0.568 л. Поэтому молярная концентрация находится так:

Ответ: 0.1236 моль/л.

Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, «нормальность»)

Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре смеси. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов).

Обозначается нормальная концентрация как с_н, с_N, или даже c(f_eq B). Рассчитывается нормальная концентрация по формуле:

\Large c_ = z \cdot c_ = z \cdot \frac>= \frac<1>> \cdot \frac > \; \;\;\;\; (5)

где \Large n_ — количество вещества компонента В, моль;

V — общий объём смеси, л;

z — число эквивалентности (фактор эквивалентности \Large f_ = 1/z ).

Значение нормальной концентрации для растворов записывают как «н» или «N», а говорят «нормальность» или «нормальный». Например, раствор с концентрацией 0.25 н — четвертьнормальный раствор.

Разберём на примере.

Задача:

Рассчитать нормальность раствора объёмом 1 л, если в нём содержится 40 г перманганата калия. Раствор приготовили для последующего проведения реакции в нейтральной среде.

Решение:

В нейтральной среде перманганат калия восстанавливается до оксида марганца (IV). При этом в окислительно-восстановительной реакции 1 атом марганца принимает 3 электрона (проверьте на любой окислительно-восстановительной реакции перманганата калия с образованием оксида, расставив степени окисления), что означает, что число эквивалентности будет равно 3. Для расчёта концентрации по формуле (5) выше нам ещё не хватает количества вещества KMnO4. найдём его:

Теперь считаем нормальную концентрацию:

Ответ: 0.759 моль-экв/л.

Таким образом, заметим важное на практике свойство — нормальная концентрация больше молярной в z раз.

Мы не будем рассматривать в данной статье особо экзотические способы выражения концентраций, о них вы можете почитать в литературе или интернете. Поэтому расскажем ещё об одном способе, и на нём остановимся — массовая концентрация.

Моляльная концентрация

Моляльная концентрация (моляльность, молярная весовая концентрация) — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя.

Измеряется моляльная концентрация в молях на кг. Как и с молярной концентрацией, иногда говорят «моляльность», то есть раствор с концентрацией 0.25 моль/кг можно назвать четвертьмоляльным.

Находится моляльная концентрация по формуле:

где \Large n_ — количество вещества компонента B, моль;

Казалось бы, зачем нужна такая единица измерения для выражения концентрации? Так вот, у моляльной концентрации есть одно важное свойство — она не зависит от температуры, в отличие, например, от молярной. Подумайте, почему?

Массовая концентрация

Массовая концентрация — отношение массы растворённого вещества к объёму раствора. По рекомендации ИЮПАК, обозначается символом γ или ρ.

Находится массовая концентрация по формуле:

где \Large m_ — масса растворенного вещества, г;

\Large V — общий объём смеси, л.

Разберём на примере.

Задача:

Рассчитать массовую концентрацию перманганата калия по условиям предыдущей задачи.

Решение:

Решение будет совсем простым. Считаем:

Ответ: 40 г/л.

Также в аналитической химии пользуются понятием титра по растворенному веществу. Титр по растворенному веществу находится так же, как и массовая концентрация, но выражается в г/мл. Легко догадаться, что в задаче выше титр будет равен 0.04 г/мл (для этого надо умножить наш ответ на 0.001 мл/л, проверьте). Кстати, обозначается титр буквой Т.

А теперь, как обещали, табличка с формулами перевода одной концентрации в другую.

Таблица перевода одной концентрации в другую.

В таблице слева — ВО ЧТО переводим, сверху — ЧТО. Если стоит знак «=», то, естественно, эти величины равны.

Источник

Определение молярной концентрации вещества

В результате деления целого предмета на части образуются его доли. Они могут быть равными либо нет. В химии существует понятие «массовая доля». Оно характеризует соотношение масс компонентов и выражается в долях единицы или процентах.

Массовая доля в химии — что это за параметр

Массовой долей компонента называется отношение его массы к массе смеси.

Другими словами, массовая доля части в целом расценивается как ее отношение к сумме масс всех, составляющих эту смесь, компонентов.

Для обозначения данного параметра введен символ ω (омега). ω может иметь процентное выражение либо измерятся в долях единицы.

Любая смесь (жидкая, твердая, газообразная) состоит из компонентов, сумма масс которых равна массе смеси. Их количество в единице объема конечного вещества различно. При приготовлении составов используются установленные рецептуры с соотношением компонентов. В смесях природного происхождения состав зависит от условий внешней среды.

Например, атмосферный воздух населенного пункта, имеющего производственный комбинат, будет различным по составу над жилой зоной и в радиусе выбросов в атмосферу производственных газов. Каждый из этих газов составляет в выбросах определенный процент. Зная его, а также общую массу выбросов, можно определить массу каждого компонента воздушной смеси и сравнить ее с аналогичными параметрами воздушных масс над жилой зоной.

На таком же принципе основаны экологические исследования состава вод открытых водоемов, сплавов, концентратов в пищевой промышленности, фармацевтических препаратов и т.д.

Понятие «массовая доля» хоть и является аналогичным понятиям «объемная доля» или «молярность», но отлично тем, что при ее определении используются именно массы компонентов и смеси в целом.

Умение определять массовую долю важно, например, если нужно рассчитать, сколько бензина можно получить из нефти определенной массы или какое количество каждого компонента взять для приготовления синтетических материалов.

От массовых долей компонентов раствора зависит его плотность, что очень важно в химическом производстве. Плотность вещества рассчитывают на основании формулы:

m вещества = ρ вещества × V вещества

Исходя из этой формулы, если плотность воды 1 г/мл, то 1 мл воды будет иметь массу 1 г.

Вычисление массовой доли элемента в веществе

Чтобы определить массовую долю вещества в смеси, следует высчитать соотношение его массы к массе всей смеси. Математически это выражение записывается так:

ω вещества = m вещества ÷ m смеси

Такой метод можно применить и для определения массовой доли элемента в каком-либо веществе. Формула аналогична:

ω элемента = M элемента ÷ M вещества

Например, перед исследователем стоит задача определить массовую долю водорода в этиловом спирте. На первом этапе, исходя из формулы этанола, нужно рассчитать его молярную (относительную молекулярную) массу:

Затем, зная, что относительная атомная масса шести атомов водорода равна 6, составляется выражение:

Полученный результат является безразмерным, но может быть выражен в процентах. Для этого цифра умножается на 100%, и получается 13%.

Трактовка результата задачи следующая: в каждом грамме этилового спирта содержится 0,13 г водорода. Соответственно, с увеличением массы спирта увеличивается и масса содержащегося в нем водорода. Например, в 10 г этанола содержится 1,3 г водорода.

В случае двухкомпонентного раствора его масса будет равна сумме масс растворителя и растворенного вещества. Растворителем при этом часто выступает вода.

Формула молярной концентрации, единица измерения

Под молярной концентрацией понимают количество вещества в единице объема раствора

Используя формулу молярной концентрации, можно проводить различные расчеты.

Решение. Известно, что массовая доля глицерина в растворе с такой плотностью равна 40,36%.

Какова молярность воды при температуре 25°C?

На первом этапе определяем массу и количество воды. На втором — искомую молярную концентрацию воды.

Как перевести одну концентрацию в другую

Концентрация раствора — это количество вещества, содержащееся в единице объема (массы раствора).

В жизни человека окружает много растворов. Они представляют собой однородные устойчивые смеси, состоящие из нескольких компонентов.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Состав растворов можно описать с помощью качественных и количественных характеристик. Качественные характеристики состава раствора:

Количественными характеристиками являются молярность, нормальность, массовая доля, моляльность, а также титр и мольная доля.

Часто на практике стоит задача перевода одной величины, выражающей состав раствора, в другую. Рассмотрим способ перевода массовой доли в молярную и нормальную концентрацию, а также рассчитаем моляльность, молярность и титр раствора.

Теперь найдем молярность и нормальность раствора:

В заключение найдем моляльность и титр раствора.

На практике, чтобы определить искомые величины, часто пользуются таблицей перевода одной концентрации в другую. Выглядит она следующим образом:

Когда решается задача пересчета массовой доли (или процентной концентрации вещества) в молярную концентрацию, нужно иметь в виду, что массовая доля определяется на основе массы раствора. В то же время для вычисления молярной концентрации, помимо массы, необходимо знать объем или плотность раствора.

В химии существуют общие формулы перевода концентраций. Так, используя вышеприведенные обозначения, формула перевода массовой доли в молярную или нормальную концентрацию имеет следующий вид:

Источник