Massefraktion af grundstoffet i forbindelsen. Beregning af massefraktionen af ​​kemiske grundstoffer ved formlen for et stof

Artiklen diskuterer et sådant begreb som massefraktion. Metoder til dens beregning er givet. Også beskrevet er definitioner af mængder, der er ens i lyd, men forskellige i fysisk betydning. Disse er massefraktionerne for emnet og output.

Livets vugge - mørtel

Vand er kilden til liv på vores smukke blå planet. Dette udtryk kan findes ret ofte. Men få mennesker, undtagen specialister, tænker: faktisk blev en opløsning af stoffer, og ikke kemisk rent vand, substratet for udviklingen af ​​de første biologiske systemer. Sikkert i populærlitteratur eller udsendelse er læseren stødt på udtrykket "primær suppe".

De kilder, der satte skub i udviklingen af ​​liv i form af komplekse organiske molekyler, diskuteres stadig. Nogle antyder endda ikke bare et naturligt og meget heldigt tilfælde, men et kosmisk indgreb. Desuden handler det slet ikke om mytiske rumvæsener, men om specifikke betingelser for skabelsen af ​​disse molekyler, som kun kan eksistere på overfladen af ​​små kosmiske legemer blottet for en atmosfære - kometer og asteroider. Det ville således være mere korrekt at sige, at en opløsning af organiske molekyler er alle levende tings vugge.

Vand som et kemisk rent stof

På trods af de enorme salte oceaner og have, friske søer og floder er kemisk rent vand yderst sjældent, hovedsageligt i specielle laboratorier. Husk på, at i den indenlandske videnskabelige tradition er et kemisk rent stof et stof, der ikke indeholder mere end ti til minus sjette potens af massefraktionen af ​​urenheder.

At opnå en masse helt fri for uvedkommende komponenter er utrolig dyrt og retfærdiggør sjældent sig selv. Det bruges kun i visse industrier, hvor selv et fremmed atom kan ødelægge eksperimentet. Bemærk, at halvlederelementer, som danner grundlaget for nutidens miniatureteknologi (inklusive smartphones og tablets), er meget følsomme over for urenheder. I deres skabelse er der bare brug for helt uforurenede opløsningsmidler. Men sammenlignet med hele planetens væske er dette ubetydeligt. Hvordan kan det være, at den udbredte, gennemtrængende vores planet gennem vand er så sjælden i sin rene form? Lad os forklare nedenfor.

Ideelt opløsningsmiddel

Svaret på spørgsmålet i det foregående afsnit er utrolig enkelt. Vand har polære molekyler. Det betyder, at i hver mindste partikel af denne væske er de positive og negative poler ikke meget fra hinanden, men de er adskilt. I dette tilfælde skaber strukturer, der opstår selv i flydende vand, yderligere (såkaldte brint)bindinger. I alt giver dette følgende resultat. Et stof, der kommer ned i vandet (uanset hvilken ladning det har) bliver spredt af flydende molekyler. Hver partikel af den opløste urenhed er indhyllet i enten de negative eller positive sider af vandmolekylerne. Denne unikke væske er således i stand til at opløse et meget stort antal af en lang række stoffer.

Begrebet massefraktionen i løsningen

Den resulterende opløsning indeholder noget af urenheden kaldet "massefraktion". Selvom dette udtryk ikke er almindeligt. Det almindeligt anvendte udtryk er "koncentration". Massefraktion bestemmes af et specifikt forhold. Vi vil ikke give et formeludtryk, det er ret simpelt, vi vil forklare den fysiske betydning bedre. Dette er forholdet mellem to masser - urenhed til opløsning. Massefraktion er en dimensionsløs størrelse. Det kommer til udtryk på forskellige måder alt efter de konkrete opgaver. Det vil sige i brøkdele af én, hvis formlen kun indeholder forholdet mellem masser og i procent - hvis resultatet ganges med 100%.

Opløselighed

Udover H 2 O anvendes også andre opløsningsmidler. Derudover er der stoffer, som i princippet ikke afgiver deres molekyler til vand. Men de opløses let i benzin eller varm svovlsyre.

Der er specielle tabeller, der viser, hvor meget af dette eller hint materiale, der bliver tilbage i væsken. Denne indikator kaldes opløselighed, og den afhænger af temperaturen. Jo højere det er, jo mere aktivt bevæger atomerne eller molekylerne i opløsningsmidlet sig, og jo flere urenheder kan det absorbere.

Muligheder for at bestemme fraktionen af ​​et opløst stof i en opløsning

Da kemikere og teknologers opgaver samt ingeniører og fysikere kan være forskellige, bestemmes den del af det opløste stof i vand på forskellige måder. Volumenfraktionen beregnes som volumenet af urenheden i forhold til opløsningens totale volumen. Der bruges en anden parameter, men princippet er det samme.

Volumenfraktionen forbliver dimensionsløs, udtrykt enten i brøkdele af en enhed eller som en procentdel. Molaritet (på en anden måde kaldes det også "molær volumenkoncentration") er antallet af mol af et opløst stof i et givet volumen opløsning. Denne definition involverer allerede to forskellige parametre for et system, og dimensionen af ​​den givne mængde er forskellig. Det er udtrykt i mol per liter. For en sikkerheds skyld, så husk, at en muldvarp er mængden af ​​et stof, der indeholder omkring 10 til tredieogtyvende potens af molekyler eller atomer.

Element massefraktion koncept

Denne værdi er kun indirekte relateret til løsninger. Massefraktionen af ​​grundstoffet adskiller sig fra konceptet diskuteret ovenfor. Enhver kompleks kemisk forbindelse består af to eller flere grundstoffer. Hver har sin egen relative masse. Denne værdi kan findes i Mendeleevs kemiske system. Der er det angivet i ikke-heltal, men for omtrentlige opgaver kan værdien afrundes. Sammensætningen af ​​et komplekst stof omfatter et vist antal atomer af hver type. For eksempel er der i vand (H 2 O) to brintatomer og et oxygen. Forholdet mellem den relative masse af hele stoffet og et givet grundstof i procent vil udgøre grundstoffets massefraktion.

For en uerfaren læser kan disse to begreber virke tætte. Og ret ofte er de forvirrede med hinanden. Massefraktionen af ​​output refererer ikke til løsninger, men til reaktioner. Enhver kemisk proces fortsætter altid med modtagelse af specifikke produkter. Deres output beregnes ved hjælp af formler afhængigt af de reagerende stoffer og procesbetingelser. I modsætning til den simple massefraktion er denne værdi ikke så let at bestemme. Teoretiske beregninger foreslår den maksimalt mulige mængde af stoffet i reaktionsproduktet. Øvelse giver dog altid lidt mindre værdi. Årsagerne til denne uoverensstemmelse ligger i fordelingen af ​​energier blandt selv meget opvarmede molekyler.

Der vil således altid være de "koldeste" partikler, som ikke vil være i stand til at reagere og vil forblive i deres oprindelige tilstand. Den fysiske betydning af massefraktionen af ​​outputtet er, hvor stor en procentdel af det faktisk opnåede stof er fra det teoretisk beregnede. Formlen er utrolig enkel. Massen af ​​det praktisk opnåede produkt divideres med massen af ​​det praktisk talt beregnede, hele udtrykket ganges med hundrede procent. Massefraktionen af ​​outputtet bestemmes af antallet af mol af reaktanten. Glem ikke dette. Faktum er, at et mol af et stof er et vist antal af dets atomer eller molekyler. Ifølge loven om bevaring af stof kan der ud af tyve vandmolekyler ikke opnås tredive svovlsyremolekyler, så problemerne beregnes på denne måde. Ud fra antallet af mol af den oprindelige komponent udledes massen, hvilket er teoretisk muligt for resultatet. Ved at vide, hvor meget af reaktionsproduktet der rent faktisk blev opnået, ved hjælp af formlen beskrevet ovenfor, bestemmes massefraktionen af ​​udbyttet.

1. Udfyld de tomme felter i sætningerne.

a) I matematik er "andel" forholdet mellem en del og en helhed. For at beregne massefraktionen af ​​et grundstof skal dets relative atommasse ganges med antallet af atomer af et givet grundstof i formlen og divideres med stoffets relative molekylvægt.

b) Summen af ​​massefraktionerne af alle de grundstoffer, der udgør stoffet, er 1 eller 100 %.

2. Skriv matematiske formler ned til at finde massebrøkerne af grundstoffer, hvis:

a) Formlen for stoffet er 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 % eller w (O) = 100-44 = 56.

b) stofformlen - A x B y
w (A) = Ar (A) * x / Mr (AxBy) * 100 %
w (B) = Ar (B) * y / Mr (AxBy) * 100 %

3. Beregn massefraktionen af ​​grundstoffer:

a) i metan (CH 4)

b) i natriumcarbonat (Na 2 CO 3)

4. Sammenlign massefraktionerne af de angivne grundstoffer i stoffer og sæt et tegn<, >eller =:

5. I kombinationen af ​​silicium med brint er massefraktionen af ​​silicium 87,5%, brint er 12,5%. Stoffets relative molekylvægt er 32. Bestem formlen for denne forbindelse.

6. Massefraktioner af grundstoffer i forbindelsen er vist i diagrammet:

Bestem formlen for dette stof, hvis det vides, at dets relative molekylvægt er 100.

7. Ethylen er en naturlig stimulator af frugtmodning: dets ophobning i frugter fremskynder deres modning. Jo tidligere ophobningen af ​​ethylen begynder, jo tidligere modner frugterne. Derfor bruges ethylen til kunstigt at fremskynde modningen af ​​frugter. Udled formlen for ethylen, hvis det er kendt, at massefraktionen af ​​kulstof er 85,7%, og massefraktionen af ​​brint er 14,3%. Den relative molekylvægt af dette stof er 28.

8. Udled den kemiske formel for et stof, hvis man ved det

a) w (Ca) = 36 %, w (Cl) = 64 %

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

9. Lapis har antimikrobielle egenskaber. Tidligere blev det brugt til at kauterisere vorter. I små koncentrationer virker det antiinflammatorisk og astringerende, men kan forårsage forbrændinger. Udled formlen for lapis, hvis det er kendt, at den indeholder 63,53 % sølv, 8,24 % nitrogen, 28,23 % oxygen.

Løsning refererer til en homogen blanding af to eller flere komponenter.

Stofferne, ved blanding, som opløsningen opnås, kalder det komponenter.

Blandt komponenterne i opløsningen skelnes opløst stof som måske ikke er en, og opløsningsmiddel... For eksempel, i tilfælde af en opløsning af sukker i vand, er sukker et opløst stof, og vand er et opløsningsmiddel.

Nogle gange kan konceptet med et opløsningsmiddel anvendes ligeligt på enhver af komponenterne. For eksempel gælder dette for de opløsninger, der opnås ved at blande to eller flere væsker, ideelt opløselige i hinanden. Så især i en opløsning bestående af alkohol og vand kan både alkohol og vand kaldes et opløsningsmiddel. Men oftest i forhold til vandige opløsninger er det sædvanligt at kalde vand et opløsningsmiddel og en anden komponent som et opløst stof.

Som en kvantitativ karakteristik af sammensætningen af ​​løsningen er det mest brugte koncept massefraktion stoffer i opløsning. Massefraktionen af ​​et stof er forholdet mellem massen af ​​dette stof og massen af ​​opløsningen, hvori det er indeholdt:

hvor ω (in-va) - massefraktion af stoffet indeholdt i opløsningen (g), m(in-va) - massen af ​​stoffet indeholdt i opløsningen (g), m (opløsning) - massen af ​​opløsningen (g).

Af formel (1) følger det, at massefraktionen kan tage værdier fra 0 til 1, det vil sige, at den er en brøkdel af en enhed. I den forbindelse kan massefraktionen også udtrykkes i procent (%), og det er i dette format, at den optræder i næsten alle opgaver. Massefraktionen, udtrykt som en procentdel, beregnes ved hjælp af en formel svarende til formel (1) med den eneste forskel, at forholdet mellem massen af ​​det opløste stof og massen af ​​hele opløsningen multipliceres med 100 %:

For en opløsning, der kun består af to komponenter, kan massefraktionen af ​​det opløste stof ω (r.v.) og massefraktionen af ​​opløsningsmidlet ω (opløsningsmiddel) beregnes tilsvarende.

Massefraktionen af ​​det opløste stof kaldes også koncentration af opløsning.

For en to-komponent opløsning består dens masse af masserne af det opløste stof og opløsningsmidlet:

Også i tilfælde af en to-komponent opløsning er summen af ​​massefraktionerne af det opløste stof og opløsningsmidlet altid 100%:

Ud over formlerne skrevet ovenfor bør du naturligvis kende alle de formler, der er matematisk afledt direkte fra dem. For eksempel:

Det er også nødvendigt at huske formlen, der relaterer massen, volumen og densiteten af ​​et stof:

m = ρ ∙ V

og du skal også vide, at densiteten af ​​vand er 1 g / ml. Af denne grund er mængden af ​​vand i milliliter numerisk lig med massen af ​​vand i gram. For eksempel har 10 ml vand en masse på 10 g, 200 ml - 200 g osv.

For at kunne løse problemer med succes, ud over at kende ovenstående formler, er det ekstremt vigtigt at bringe færdighederne i deres ansøgning til automatisme. Dette kan kun opnås ved at løse et stort antal forskellige problemer. Problemer fra reelle undersøgelser af Unified State Exam om emnet "Beregninger ved hjælp af begrebet" massefraktion af et stof i en opløsning "" kan løses.

Eksempler på problemer til løsninger

Eksempel 1

Beregn massefraktionen af ​​kaliumnitrat i en opløsning opnået ved at blande 5 g salt og 20 g vand.

Løsning:

Det opløste stof i vores tilfælde er kaliumnitrat, og opløsningsmidlet er vand. Derfor kan formlerne (2) og (3) skrives henholdsvis som:

Fra betingelsen m (KNO 3) = 5 g, og m (H 2 O) = 20 g, derfor:

Eksempel 2

Hvilken masse vand skal tilsættes til 20 g glukose for at opnå en 10% glukoseopløsning.

Løsning:

Af betingelserne for problemet følger det, at det opløste stof er glucose, og opløsningsmidlet er vand. Så kan formel (4) i vores tilfælde skrives som følger:

Fra tilstanden kender vi massefraktionen (koncentrationen) af glukose og massen af ​​selve glukosen. Ved at angive vandmassen som x g, kan vi nedskrive følgende ækvivalente ligning baseret på formlen ovenfor:

Ved at løse denne ligning finder vi x:

de der. m (H20) = xg = 180 g

Svar: m (H 2 O) = 180 g

Eksempel 3

150 g af en 15 % natriumchloridopløsning blev blandet med 100 g af en 20 % opløsning af det samme salt. Hvad er massefraktionen af ​​salt i den resulterende opløsning? Angiv dit svar til nærmeste hele.

Løsning:

For at løse problemer til udarbejdelse af løsninger er det praktisk at bruge følgende tabel:

hvor m r.v. , m opløsning og ω r.v. - værdierne af henholdsvis massen af ​​det opløste stof, massen af ​​opløsningen og massefraktionen af ​​det opløste stof, individuelle for hver af opløsningerne.

Fra tilstanden ved vi, at:

m (1) opløsning = 150 g,

ω (1) r.v. = 15 %,

m (2) opløsning = 100 g,

ω (1) r.v. = 20 %,

Lad os indsætte alle disse værdier i tabellen, vi får:

Vi bør huske følgende formler, der kræves til beregninger:

ω r.v. = 100 % ∙ m r.v. / m løsning, m r.v. = m løsning ∙ ω r.v. / 100 %, m opløsning = 100 % ∙ m r.v. / ω r.v.

Vi begynder at udfylde tabellen.

Hvis der kun mangler én værdi i en række eller kolonne, kan den beregnes. En undtagelse er en linje med ω r.v., ved at kende værdierne i to af dens celler, kan værdien i den tredje ikke beregnes.

Den første kolonne mangler kun en værdi i én celle. Så vi kan beregne det:

m (1) r.v. = m (1) r-ra ∙ ω (1) r.v. / 100 % = 150 g ∙ 15 % / 100 % = 22,5 g

På samme måde kender vi værdierne i to celler i den anden kolonne, hvilket betyder:

m (2) r.v. = m (2) r-ra ∙ ω (2) r.v. / 100 % = 100 g ∙ 20 % / 100 % = 20 g

Lad os indtaste de beregnede værdier i tabellen:

Nu kender vi to værdier i den første linje og to værdier i den anden linje. Så vi kan beregne de manglende værdier (m (3) r.v. og m (3) r-ra):

m (3) r.v. = m (1) r.v. + m (2) r.v. = 22,5 g + 20 g = 42,5 g

m (3) opløsning = m (1) opløsning + m (2) opløsning = 150 g + 100 g = 250 g.

Lad os indtaste de beregnede værdier i tabellen, vi får:

Nu er vi kommet tæt på at beregne den nødvendige værdi af ω (3) r.v. ... I kolonnen, hvor den er placeret, er indholdet af de to andre celler kendt, hvilket betyder, at vi kan beregne det:

ω (3) r.v. = 100 % ∙ m (3) r.v. / m (3) opløsning = 100 % ∙ 42,5 g / 250 g = 17 %

Eksempel 4

Til 200 g af en 15% natriumchloridopløsning blev der tilsat 50 ml vand. Hvad er massefraktionen af ​​salt i den resulterende opløsning. Angiv dit svar til nærmeste hundrededel _______%

Løsning:

Først og fremmest skal du være opmærksom på, at i stedet for massen af ​​tilsat vand får vi dens volumen. Lad os beregne dens masse, vel vidende at vandtætheden er 1 g / ml:

m ext. (H20) = V ekst. (H2O) ∙ ρ (H 2 O) = 50 ml ∙ 1 g / ml = 50 g

Hvis vi betragter vand som en 0% natriumchloridopløsning indeholdende hhv. 0 g natriumchlorid, kan problemet løses ved at bruge samme tabel som i eksemplet ovenfor. Lad os tegne sådan en tabel og indsætte de værdier, vi kender, i den:

I den første kolonne er to værdier kendt, hvilket betyder, at vi kan beregne den tredje:

m (1) r.v. = m (1) r-ra ∙ ω (1) r.v. / 100 % = 200 g ∙ 15 % / 100 % = 30 g,

I den anden linje er to værdier også kendt, hvilket betyder, at vi kan beregne den tredje:

m (3) opløsning = m (1) opløsning + m (2) opløsning = 200 g + 50 g = 250 g,

Lad os indtaste de beregnede værdier i de tilsvarende celler:

Nu er to værdier i den første linje blevet kendt, hvilket betyder, at vi kan beregne værdien af ​​m (3) r.v. i den tredje celle:

m (3) r.v. = m (1) r.v. + m (2) r.v. = 30 g + 0 g = 30 g

ω (3) r.v. = 30/250 ∙ 100 % = 12 %.

Ved at kende den kemiske formel kan du beregne massefraktionen af ​​kemiske grundstoffer i et stof. grundstof i stoffet er betegnet med det græske. bogstavet "omega" - ω E / V og beregnes ved formlen:

hvor k er antallet af atomer af dette grundstof i et molekyle.

Hvad er massefraktionen af ​​brint og oxygen i vand (H 2 O)?

Løsning:

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

2) Vi beregner massefraktionen af ​​brint i vand:

3) Vi beregner massefraktionen af ​​ilt i vand. Da sammensætningen af ​​vand kun indeholder atomer af to kemiske grundstoffer, vil massefraktionen af ​​ilt være lig med:

Ris. 1. Registrering af løsningen på problem 1

Beregn massefraktionen af ​​grundstoffer i stoffet H 3 PO 4.

1) Beregn stoffets relative molekylvægt:

M r (H 3 PO 4) = 3 * A r (H) + 1 * A r (R) + 4 * A r (O) = 3 * 1 + 1 * 31 + 4 * 16 = 98

2) Vi beregner massefraktionen af ​​brint i stoffet:

3) Vi beregner massefraktionen af ​​fosfor i stoffet:

4) Vi beregner massefraktionen af ​​oxygen i stoffet:

1. Samling af opgaver og øvelser i kemi: 8. klasse: til lærebogen af ​​P.А. Orzhekovsky et al. "Kemi, klasse 8" / P.А. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M .: AST: Astrel, 2006.

2. Ushakova O.V. Kemi arbejdsbog: klasse 8: til lærebogen af ​​P.A. Orzhekovsky og andre. "Kemi. Grade 8 "/ О.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; under. udg. prof. P.A. Orzhekovsky - M .: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (s. 34-36)

3. Kemi: 8. klasse: lærebog. for generelt institutioner / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. M .: AST: Astrel, 2005. (§15)

4. Encyklopædi for børn. Bind 17. Kemi / Kap. red. af V.A. Volodin, led. videnskabelig. udg. I. Leenson. - M .: Avanta +, 2003.

1. Samlet samling af digitale pædagogiske ressourcer ().

2. Elektronisk version af tidsskriftet "Chemistry and Life" ().

4. Videotutorial om emnet "Massefraktion af et kemisk element i et stof" ().

Lektier

1.s.78 nr. 2 fra lærebogen "Kemi: 8. klasse" (PA Orzhekovsky, LM Meshcheryakova, LS Pontak. M .: AST: Astrel, 2005).

2. med. 34-36 nr. 3,5 fra Arbejdsbogen om kemi: klasse 8: til lærebogen af ​​P.A. Orzhekovsky og andre. "Kemi. Grade 8 "/ О.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; under. udg. prof. P.A. Orzhekovsky - M .: AST: Astrel: Profizdat, 2006.