Как найти массовую долю вещества через плотность

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Отношение количества
или массы вещества, содержащегося в
системе, к объему или массе этой системы
называется концентрацией.

Рассмотрим несколько
способов выражения концентрации.

Процентная
концентрация
(массовая доля растворенного вещества)
(ω) показывает, сколько единиц массы
растворенного вещества содержится в
100 единицах массы раствора. Массовая
доля – безразмерная величина, ее выражают
в долях единицы или процентах:

,

где ω – массовая
доля (%) растворенного вещества; m₁
– масса растворенного вещества, г; m
– масса раствора, г.

Масса раствора
равна произведению объема раствора V
(мл) на его плотность r
(г/см³):

,
тогда
.

Молярная
концентрация (молярность)
раствора – показывает, сколько молей
растворенного вещества содержится в
1л раствора.

Молярную концентрацию
(моль на литр) выражают формулой

,

где m₁
– масса растворенного вещества, г; М –
молярная масса растворенного вещества,
г/моль; V
– объем раствора, л.

Количество вещества
в молях определяется по формуле:

n
= m₁
/М, тогда

Нормальная
концентрация (нормальность раствора)
показывает, сколько грамм-эквивалентов
растворенного вещества содержится в 1
л раствора (моль на литр):

,

где m₁
– масса растворенного вещества, г; V
– объем раствора, л.

Э – эквивалентная
масса растворенного вещества (г/моль),
которую рассчитывают по формуле:

Э=(г/моль),

где М – мольная
масса вещества, n
– количество катионов (анионов), В
– валентность. Валентность – это
способность атомов элемента присоединять
определенное число атомов другого
элемента. Эквивалент кислоты можно
определить по формуле: Э = М (кислоты)
/ основность (число атомов водорода).

Например: Э
Н₂SO₄==49г/моль;
эквивалент основания по формуле: Э = М
(основания) / кислотность (число ОН^—
групп), так Э
Fe(OH)₃==35,6г/моль;
эквивалент соли по формуле: Э = М(соли)
/ число атомов металла * валентность
металла,

Э Al₂(SO₄)₃==114г/моль.

Моляльность
раствора С_m
показывает
количество растворенного вещества,
находящееся в 1 кг растворителя:

,

где m₂
– масса растворителя, кг; n
– количество растворенного вещества,
моль.

Пример
1.
Вычислить молярность и нормальность
40 %-го раствора фосфорной кислоты,
плотность которого 1,25 г/см³.
Объем раствора 1л.

Решение.
Для расчета молярности и нормальности
раствора найдем массу фосфорной кислоты
в 1 л (1000 мл) 40 %-го раствора:

w
= m₁
· 100/V
∙ r;

.Молярная
масса Н₃РO₄
равна 98 г/моль, следовательно,
=
500/98 = 5,1 моль/л.

Молярная
масса эквивалента Н₃РO₄
равна 98/3 = 32,7 г/моль.

Тогда
С_Н
= 500/32,7 =
1,53 моль/л.

Пример
2.
Вычислить
массовую долю КОН в 2н. растворе, плотность
которого 1,08 г/см³.

Решение.
Поскольку
нормальность рассчитывается на 1 л
раст­вора, найдем массу растворенного
вещества в 1 л:

С_Н=
m₁/Э∙V;

Э_KOH
= 56 г/моль;

m_КОН=2∙56∙1=112
г.

Теперь
вычислим массовую доли КОН в растворе,
содержащем 112
г
гидроксида калия:

w=
m₁∙100/V∙r=112∙100/1000∙1,08=10,4
%.

Пример 3.
На нейтрализацию 50 см³
раствора кислоты израсходовано 25 см³
0,5 н. раствора щелочи. Чему равна молярная
концентрация эквивалентов кислоты?

Решение.
Так как вещества взаимодействуют между
собой в эквивалентных соотношениях, то
растворы равной молярной концентрации
эквивалентов реагируют в равных объемах.
При разных молярных концентрациях
эквивалентов объемы растворов реагирующих
веществ обратно пропорциональны их
нормальностям, т.е.

V₁:
V₂
= С₂
: С₁
или V_1∙
С₁
= V_2
∙
С₂

50С₁
= 25 • 0,5; откуда С₁
= 25 • 0,5 / 50 = 0,25н.

Задание:
решить следующие задачи, принимая объем
раствора равным
1 л:

Задание: решить
следующие задачи

Соседние файлы в папке му по химии

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

В этой статье мы коснемся нескольких краеугольных понятий в химии, без которых совершенно невозможно
решение задач. Старайтесь понять смысл физических величин, чтобы усвоить эту тему.

Я постараюсь приводить как можно больше примеров по ходу этой статьи, в ходе изучения вы увидите множество примеров
по данной теме.

Относительная атомная масса — A_r

Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической
таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.

Относительная молекулярная масса — M_r

Относительная молекулярная масса складывается из суммы относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав вещества.
В качестве примера найдем относительные молекулярные массы кислорода, воды, перманганата калия и медного купороса:

M_r (O₂) = (2 × A_r(O)) = 2 × 16 = 32

M_r (H₂O) = (2 × A_r(H)) + A_r(O) = (2 × 1) + 16 = 18

M_r (KMnO₄) = A_r(K) + A_r(Mn) + (4 × A_r(O)) = 39 + 55 + (4 * 16) = 158

M_r (CuSO₄*5H₂O) = A_r(Cu) + A_r(S) + (4 × A_r(O)) + (5 × ((A_r(H) × 2) +
A_r(O))) = 64 + 32 + (4 × 16) + (5 × ((1 × 2) + 16)) = 160 + 5 * 18 = 250

Моль и число Авогадро

Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц
этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа ¹²C, т.е. 6 × 10²³.

Число Авогадро (постоянная Авогадро, N_A) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.

Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая
показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества. Один моль любого вещества
содержит 6.02 × 10²³ атомов/молекул/ионов — вот самое важное, что сейчас нужно понять.

Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии
обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).

Рассчитаем по формуле: ν = N/N_A количество вещества 3.01 × 10²³ молекул воды и 12.04 × 10²³ атомов углерода.

Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода. Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти
количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.

Молярная масса — M

Молярная масса — масса одного моля вещества, выражается в «г/моль» (грамм/моль). Численно совпадает с изученной нами ранее
относительной молекулярной массой.

Рассчитаем молярные массы CaCO₃, HCl и N₂

M (CaCO₃) = A_r(Ca) + A_r(C) + (3 × A_r(O)) = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 г/моль

M (HCl) = A_r(H) + A_r(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль

M (N₂) = A_r(N) × 2 = 14 × 2 = 28 г/моль

Полученные знания не должны быть отрывочны, из них следует создать цельную систему. Обратите внимание: только что мы рассчитали
молярные массы — массы одного моля вещества. Вспомните про число Авогадро.

Получается, что, несмотря на одинаковое число молекул в 1 моле (1 моль любого вещества содержит 6.02 × 10²³ молекул),
молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 10²³ молекул N₂ весят 28 грамм, а такое же количество молекул
HCl — 36.5 грамм.

Это связано с тем, что, хоть количество молекул одинаково — 6.02 × 10²³, в их состав входят разные атомы, поэтому и
массы получаются разные.

Часто в задачах бывает дана масса, а от вас требуется рассчитать количество вещества, чтобы перейти к другому веществу в реакции.
Сейчас мы определим количество вещества (моль) 70 грамм N₂, 50 грамм CaCO₃, 109.5 грамм HCl. Их молярные
массы были найдены нам уже чуть раньше, что ускорит ход решения.

ν (CaCO₃) = m(CaCO₃) : M(CaCO₃) = 50 г. : 100 г/моль = 0.5 моль

ν (HCl) = m(HCl) : M(HCl) = 109.5 г. : 36.5 г/моль = 3 моль

Иногда в задачах может быть дано число молекул, а вам требуется рассчитать массу, которую они занимают. Здесь нужно использовать
количество вещества (моль) как посредника, который поможет решить поставленную задачу.

Предположим нам дали 15.05 × 10²³ молекул азота, 3.01 × 10²³ молекул CaCO₃ и 18.06 × 10²³ молекул
HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать
моль и число Авогадро.

Теперь вы всесторонне посвящены в тему. Надеюсь, что вы поняли, как связаны молярная масса, число Авогадро и количество вещества.
Практика — лучший учитель. Найдите самостоятельно подобные значения для оставшихся CaCO₃ и HCl.

Молярный объем

Молярный объем — объем, занимаемый одним молем вещества. Примерно одинаков для всех газов при стандартной температуре
и давлении составляет 22.4 л/моль. Он обозначается как — V_M.

Подключим к нашей системе еще одно понятие. Предлагаю найти количество вещества, количество молекул и массу газа объемом
33.6 литра. Поскольку показательно молярного объема при н.у. — константа (22.4 л/моль), то совершенно неважно, какой газ мы
возьмем: хлор, азот или сероводород.

Запомните, что 1 моль любого газа занимает объем 22.4 литра. Итак, приступим к решению задачи. Поскольку какой-то газ
все же надо выбрать, выберем хлор — Cl₂.

Моль (количество вещества) — самое гибкое из всех понятий в химии. Количество вещества позволяет вам перейти и к
числу Авогадро, и к массе, и к объему. Если вы усвоили это, то главная задача данной статьи — выполнена

Относительная плотность и газы — D

Относительной плотностью газа называют отношение молярных масс (плотностей) двух газов. Она показывает, во сколько раз одно вещество
легче/тяжелее другого. D = M (1 вещества) / M (2 вещества).

В задачах бывает дано неизвестное вещество, однако известна его плотность по водороду, азоту, кислороду или
воздуху. Для того чтобы найти молярную массу вещества, следует умножить значение плотности на молярную массу
газа, по которому дана плотность.

Запомните, что молярная масса воздуха = 29 г/моль. Лучше объяснить, что такое плотность и с чем ее едят на примере.
Нам нужно найти молярную массу неизвестного вещества, плотность которого по воздуху 2.5

Предлагаю самостоятельно решить следующую задачку (ниже вы найдете решение): «Плотность неизвестного вещества по
кислороду 3.5, найдите молярную массу неизвестного вещества»

Относительная плотность и водный раствор — ρ

Пишу об этом из-за исключительной важности в решении
сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность. Обозначается греческой буквой ρ.

Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы
измерения плотности: г/мл, г/см³, кг/м³ и т.д.

Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не
запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так
вы точно не запутаетесь.

Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки,
если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.

В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае
вы бы получили граммы в квадрате

К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.76 г/мл. Нужно найти объем раствора.

Массовая доля — ω

Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит
как растворитель, так и само растворенное вещество.

Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю
в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.

Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.

Определение массовой доли, молярности и мольной доли

Задача 4. 
Определите массовую долю NаС1 в 0,5 М водном растворе (плотность раствора принять равной 1,000 г/мл).
Дано:
молярная концентрация NаС1 в р-ре: С_м(NаС1) = 0,5 моль/л.;
плотность раствора: р_р-ра = 1,000 г/мл.
Найти:
массовую долю NаС1 в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать именно объем раствора, т.к. известная концентрация выражена в моль/л. Причем разумнее всего взять объем равный 1 л.

По записи концентрации (0,5 моль/л) видно, что в этом 1 л раствора содержится 0,5 моль чистой соли NаС1.
Определим массу 0,5 моль NаС1:

 m(NаС1) = n(NаС1) ^. М(NаС1) = 0,5 . 58,5 = 29,25 г.

Определим массу раствора:

 m_р-ра =  V_р-ра ^. p_р-ра = 1000мл . 1 г/мл = 1000 г.

Массовую долю NаС1 в растворе определяем, пользуясь соотношением:

Ответ:  (NaCl) = 2,925%.

Задача 5. 
Определить молярность 18%-ного раствора Н₂SО₄ в воде (р_р-ра = 1,124 г/мл).
Дано:
массовая доля Н₂SО₄ в растворе: (Н₂SО₄) = 18% ;
плотность раствора: р_р-ра = 1,124 г/мл.
Найти:
молярную концентрацию Н₂SО₄ в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать именно массу раствора, т.к. известна массовая доля. Причем разумнее всего взять массу 100 г.

1. Находим массу серной кислоты в выбранной массе раствора:
100 г составляют 100%
х г составляют 18%

в 100 г 18% -ного раствора.

 2. Определяем количество вещества в 18 г Н₂SО₄

 3. Используя плотность, находим объем 100 г раствора:

4. Объем переводим в литры, т.к. молярная концентрация измеряется в моль/л: V_р-ра = 89 мл = 0,089 л.

 5. Определяем молярную концентрацию:

 Ответ: С_М(Н₂SО₄) = 2,07 моль/л.

Задача 6. 
Определите мольную долю NаОН в водном растворе, если его концентрация равна 9,96 моль/л, а плотность 1,328 г/мл.
Дано:
молярная концентрация NаОН в растворе: С_м(NаОН) = 9,96 моль/л;
плотность раствора: рр-ра = 1,328 г/мл.
Найти:
мольную долю NаОН в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

 Наиболее удобно выбрать именно объем раствора, т.к. известная концентрация выражена в моль/л. Причем разумнее всего взять объем равный 1 л.

По записи концентрации (9,96 моль/л) видно, что в этом 1 л раствора содержится 9,96 моль чистого NаОН.

 Для определения мольной доли NаОН еще необходимо выявить количество вещества (n, моль) воды в выбранной порции раствора (1л). Для этого определим массу раствора и вычтем из нее массу NаОН.

 Ответ^1:  NaOH = 0,16.

Задача 7. 
Мольная доля водного раствора Н₃РО₄ в воде составляет 7,29%(мольн.) Определите молярность этого раствора, если его плотность 1,181 г/мл.
Дано:
мольная доля Н₃РО₄ в растворе: Z(Н₃РО₄) = 7,29%;
плотность раствора: р_р-ра= 1,181 г/мл.
Найти:
молярную концентрацию Н₃РО₄ в растворе.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать такое количество раствора, в котором:

n(Н₃РО₄) + n(Н₂О) = 100 моль.

В этой порции раствора количество вещества Н₃РО₄ численно совпадает с мольной долей: Z(Н₃РО₄) = 7,29 моль.

Для определения молярности нам осталось выявить объем выбранной порции раствора. Его можно вычислить, используя плотность раствора. Но для этого необходимо знать его массу. Массу же раствора можно рассчитать исходя из количеств веществ компонентов (Н₃РО₄ и Н₂О) раствора. 

1. Выбранная нами порция содержит суммарно 100 моль. Количество вещества Н₃РO₄ нам известно. Используя эти данные, находим n(Н₂О).

п(Н₂О) = 100 – 7,29 = 92,71 моль.

2. Определим массу 92,71 моль воды:

m(Н₂О) = n(Н₂О) ^. М(Н₂О) = 92,71 ^. 18 = 1669 г.

3. Определим массу 7,29 моль Н₃РО₄:

m(Н3РO4) = n(Н₃РО₄) ^. М(Н₃РО₄) = 7,29 ^. 98 = 714,4 г.

4. Находим массу выбранной порции раствора:

m_р-ра = m(Н₂О) + m(Н₃РО₄) = 1669 + 714,4 =2383 г.

5. Используя данные о плотности раствора, находим его объем:

6. Теперь определим молярную концентрацию:

Ответ: С_М(Н₃РО₄) = 3,612моль/л.

Задача 8. 
Определите мольные доли веществ в водном растворе КОН, если массовая доля гидроксида калия в нем составляет 10,00%.
Дано:
массовая доля КОН в растворе:  (КОН) = 10,00%;
Найти:
мольную долю КОН и Н₂O(в растворе: Z(КОН) = ?; Z(H₂O) = ?
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать именно массу раствора, т.к. известна массовая доля. Причем разумнее всего взять массу 100 г. В этом случае массы каждого компонента совпадут с численным значением массовой доли:

m(КОН) = 10 г, m(Н₂О) = 100 – m(КОН) = 100 – 10 = 90 г.

1. Определим количество вещества (n, моль) воды и КОН.

2. Определяем мольную долю КОН

3. Определяем мольную долю воды:

Z(Н₂O) = 1 – Z(КОН) = 1 – 0,035 = 0,965.

Ответ:  Z(КОН) = 0,035 (доли от 1) или 3,5%(мольн.);

Задача 9. 
Определите массовые доли веществ в водном растворе Н2SО4, если мольная доля серной кислоты в нем составляет 2,000%.
Дано:
мольная доля Н₂SО₄ в растворе: Z (Н₂SО₄)= 2,000%;
Найти:
массовые доли Н₂SО₄ и Н₂О в растворе:  (Н₂SО₄) = ?;   (Н₂O) г ?
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить так:

Наиболее удобно выбрать такое количество раствора, в котором n(Н₂SО₄) + n(Н₂О) = 100 моль. В этой порции раствора количество вещества Н₂SО₄ численно совпадает с мольной долей: nН₂SО₄= 2 моль.

1. Находим количество вещества воды в выбранной порции 

n(Н₂О) = 100 моль – 2 моль = 98 моль.

2. Определяем массы Н₂SО₄ и Н₂О по найденным значениям количеств веществ.

m (Н₂SО₄) = n(Н₂SО₄) ^. М(Н₂SО₄) = 2 ^. 98 = 196 г.

m(Н₂О) = n(Н₂О) ^. М(Н₂О) = 98 ^. 18 = 1764 г.

3. По массам компонентов раствора находим их массовые доли.

Ответ:   = 10%;  (Н2О) = 90%.

Комментарии; 
1 Мольная доля выражена в долях от единицы.