Как найти массовую долю вещества по формуле. Как найти массовую долю
Является одним из распространенных понятий в современной химии. В статье мы выявим особенности растворов, их виды, применение. Отметим некоторые примеры расчета разных видов концентраций.
Особенности растворов
Раствор - это однородная система, имеющая переменный состав. Из двух компонентов раствора один всегда выступает в качестве среды. Именно в ней будут растворяться структурные фрагменты других веществ. Ее называют растворителем, внутри которого и располагаются молекулы растворенного вещества.
Если смешивается два газообразных вещества, то в таком случае не выделяют растворителя. Для каждой конкретной ситуации всегда проводятся специальные расчеты.
Получение однородных систем
Для получения однородных растворов необходимо дробление растворенных веществ до структурных единиц. Только в таком случае системы будут истинными. При раздроблении до небольших капелек, песчинок, которые будут распределяться в среде, получают эмульсии, суспензии.
Применение растворов
Кстати, в строительстве смесь песка, цемента, воды тоже называют раствором, но с химической точки зрения он представляет собой суспензию. Практическое значение растворов можно объяснить по разным причинам.
Химические реакции в жидких растворах происходят в объеме растворителя. Это делает их доступными для реакции без любого дополнительного действия на систему. В смеси, содержащей твердые частицы, невозможно провести реакцию в полном объеме. Чтобы ускорить процесс, потребуется соприкосновение частиц в некоторых точках. Для повышения скорости реакции перетирают кристаллы в ступке, затем их прессуют. Но не сразу можно достигнуть полноты протекания процесса.
В растворе же протекает процесс иначе. Молекулы движутся свободно, при их столкновениях происходят химические превращения. Энергия, которая начинает выделяться в таком взаимодействии, аккумулируется растворителем, система практически не разогревается.
Физические свойства и концентрация растворов
Вещества позволяет определять количественное соотношение растворенного вещества и растворителя, взятое для их приготовления. Металлические сплавы, кстати, тоже являются растворами, но твердыми, характеризующимися определенными физическими параметрами.
Растворы обладают способностью менять силы действия растворенного компонента. Это делает их востребованными в сельском хозяйстве, медицине. Например, используют для обработки ссадин и ран в средней концентрации. Но практическое значение имеет и его незначительная концентрация. Так, массовая доля вещества 2-3% придает раствору слабо-розовый цвет, востребованный для промывания желудка.
Темные фиолетовые кристаллы перманганата калия не применяют в медицинских целях, поскольку они обладают сильными окислительными свойствами. Вообще, интенсивность окраски напрямую связана с тем, какова его концентрация. Массовая доля вещества позволяет регулировать токсичность готового раствора.
Массовая доля
Как вычисляется подобная концентрация? Массовая доля вещества характеризуется отношением массы вещества к массе раствора, взятого в процентах. На их органолептические свойства оказывает влияние не только то, что будет растворяться, но и количественный показатель. Например, для слабого раствора поваренной соли почти не характерен привкус, а при больших концентрациях он проявляется в разной степени.
Как на практике определяется концентрация? Массовая доля вещества в растворе рассматривается в школьном курсе неорганической химии. Задачи на ее определение включены в тестовые задания для выпускников 9 класса.
Приведем пример задания, в котором используется концентрация.
Массовая доля поваренной соли 25%. Масса раствора 250 граммов. Определите массу воды, содержащейся в нем. Для проведения вычислений сначала нужно выяснить массу вещества. Исходя из пропорции, получаем, что вещества в растворе 62,5 грамма. Для определения массы воды нужно вычесть из 250 граммов массу самого вещества, в результате получаем 187,5 г.
Виды концентраций
Что такое концентрация? Массовых долей в растворе может содержаться не более ста процентов. В химии термин «концентрация» предполагает некое содержание растворенного вещества. Существует несколько ее вариантов: молярная, массовая концентрация.
Например, если необходимо приготовить раствор из 80 граммов воды и 20 граммов поваренной соли и определить массовые доли вещества в растворе, сначала нужно определить массу раствора. Она составит сто граммов. Процентное содержание вещества получается 20 процентов.
Мы проанализировали, что представляет собой массовая доля. Молярная концентрация предполагает отношение количества вещества к объему взятого раствора. Чтобы приготовить раствор с заданной молярной концентрацией, сначала определяют массу вещества. Затем взвешивают его нужное количество и растворяют в литре растворителя.
Расчет молярной концентрации
Так, для приготовления 2 литров раствора с концентрацией 0,15 моль/л сначала рассчитывают массу соли, которая содержится в растворе. Для этого нужно разделить 0,15 моль на 2 литра, получаем 0,075 моль. Теперь вычисляем массу: 0,075 моль умножаем на 58,5 г/моль. Результат - 4,39 г.
Задачи аналитической химии
В качестве прикладной химической задачи рассматривают анализ. С его помощью выявляют состав смеси, проводят диагностические пробы, анализируют горные породы. Для этого нужно определять качественный и количественный состав раствора.
Среди тех задач, которые чаще всего встречаются в неорганической химии, выделим определение концентрации одного вещества по заданной величине у другого вещества. С помощью опытов можно осуществить постепенное добавление к раствору, у которого известна молярная концентрация, искомого раствора. Данный процесс называется титрованием.
Растворимость и растворители
Самым распространенным растворителем является вода. В ней отлично растворяются основания, кислоты, соли, некоторые органические соединения. Именно водные растворы являются самыми распространенными в природе системами. Вода выполняет функцию биологического растворителя. Она считается основой для протекания многих сред: крови, цитозолей, межклеточных жидкостей. Многие типы животных и растений живут именно в водной среде.
Растворимостью называют свойство в выбранном растворителе. Это сложное явление, которое требует учета определенных нюансов и особенностей строения растворителя.
В качестве хороших органических веществ можно отметить спирты. Они в свой состав включают гидрокисльные группы, поэтому имеют высокую растворимость.
Заключение
Любая жидкость может рассматриваться в качестве растворителя. Именно поэтому часто ведут речь о взаимной растворимости разных жидких веществ. К примеру, среди органических веществ можно упомянуть о растворимости в воде сложных эфиров.
Различные виды концентраций, используемые в неорганической и органической химии, помогают проводить качественные и количественные определения веществ. Теория растворов востребована в аналитической химии, фармацевтике и современной медицине.
1. Заполните пропуски.
а) Раствор = растворенное вещество + растворитель ;
б) m (раствора) = m (растворенного вещества) + m (растворителя) .
2. Составьте опредлеление, используя следующие слова:
массовая доля, вещества, массы, раствора, к массе, отношение, в растворе, вещества, растворенного.
Ответ: массовая доля вещества в растворе - это отношение массы растворенного вещества к массе раствора.
3. Составьте фомулы, используя обозначения велчин.
| m | m раствора | V |
| p=m/V | w=m(вещества) / m(раствора) | m = w*m(раствора) |
4. Какова массовая доля растворенног вещества, если известно, что в 80 г раствора содержится 20 г соли?
5. Определите массы соли и воды, которые потребуются для приготовления 300 г раствора с массовой долей соли 20%.
6. Вычислите массу воды, необходимую для приготовления 60 г 10%-го растора соли.
7. В аптеке продается порошок "Регидрон", который используют при обезвоживании организма. Один пакет порошка содержит 3б5 г хлорида натрияб 2б5 г хлорида калияб 2ю9 г цитрата натрия и 10 г глюкозыю Содержимле пакета растворяют в 1 л воды. Определите массовые доли всех компонентов порошка "Регидрон" в полученном растворе.
8. К 500 г 20%-го раствора глюкозы добавили 300 г воды. Рассчитайте массовую долю глюкозы в новом растворе.
9. К 400г 5%-го раствора поваренной соли добавили 50 г соли. Рассчитайте массовую долю хлорида натрия в новом растворе.
10. Слили два раствора соли: 100 г 20%-го и 450г 10%-го. Рассчитайте массовую долю соли в новом растворе.
На уроках химии достаточно часто приходится решать задачи, в которых используются математические методы и приемы, вызывающие затруднения у учащихся, и учителю химии приходится брать на себя функции учителя математики и, в тоже время, задачи с химическим содержанием, с использованием специальных терминов сложно объяснить без специальной подготовки учителю математики. Так родилась идея подготовить и провести серию факультативных занятий совместно учителем химии и математики по решению задач на смеси с учащимися 9 классов.
ТЕМА: РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ “МАССОВАЯ ДОЛЯ РАСТВОРЁННОГО ВЕЩЕСТВА. РАЗБАВЛЕНИЕ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ РАСТВОРОВ” (ИНТЕГРАЦИЯ ХИМИИ И АЛГЕБРЫ)
ЦЕЛИ:
ОБОРУДОВАНИЕ: КОМПЬЮТЕР, МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ ПРИСТАВКА, ЭКРАН, ПРЕЗЕНТАЦИЯ.
ХОД УРОКА.
Учитель химии: Количественный состав раствора выражается его концентрацией, которая имеет разные формы выражения. Чаще всего используют массовую концентрацию или массовую долю растворённого вещества. Вспомним математическую формулу для выражения массовой доли растворённого вещества.
- Массовая доля растворённого вещества обозначается – W р.в.
- Массовая доля растворённого вещества – это отношение массы растворённого вещества к массе раствора: W (р.в.) = m (р.в.)/m (р-ра) x 100%.
- Масса раствора складывается из массы растворённого вещества и массы растворителя: m (р-ра) = m (р.в.) + m (р-ля)
- Формула для массовой доли растворённого вещества будет выглядеть следующим образом: W (р.в.) = m (р.в.)/ m (р.в.) + m (р-ля) x 100%
- Преобразуем данную формулу и выразим массу растворённого вещества и массу раствора: m (р.в.) = w (р.в.) x m (р-ра)/100%, m (р-ра) =m (р.в.)/w (р.в.) x 100%
Учитель химии : Предлагаю решить задачу, используя предложенные формулы.
Задача. Сколько грамм йода и спирта нужно взять для приготовления 500 грамм 5%-ной йодной настойки?
| ДАНО : | РЕШЕНИЕ: |
| M (р-ра)=500 г. | W (р.в.)=m(р.в.)/m(р-ра) |
| W (р.в.)=5%=0,05 | W (р.в.)=m(I2)/m(наст.) |
| НАЙТИ : | m (I2)=W(р.в.)x m(наст.) |
| m(I2)=? | m(I2)=0,05 x 500 г.=25 г. |
| m(спирта)=? | m(р-ра)=m(I2)+m(спирта) |
| m(спирта)=m(р-ра)-m(I2) | |
| m(спирта)=500 г.-25г.=475 г. |
ОТВЕТ: m (I2)=25 г., m (спирта)=475 г.
Учитель химии: Очень часто в работе химических лабораторий приходится готовить растворы с определённой массовой долей растворённого вещества смешиванием двух растворов или разбавлением крепкого раствора водой. Перед приготовлением раствора нужно провести определённые арифметические расчёты.
Задача. Смешаны 100 грамм раствора с массовой долей некоторого вещества 20% и 50 грамм раствора с массовой долей этого вещества 32%. Вычислите массовую долю растворённого вещества во вновь полученном растворе.
Учитель химии: Решим эту задачу, используя правило смешения.
Запишем условие задачи в таблицу:
Решим задачу, используя правило смешения:
- m 1 w 1 +m 2 w 2 =m 3 w 3
- m 1 w 1 +m 2 w 2 =(m 1 +m 2) w 3
- m 1 w 1 +m 2 w 2 =m 1 w 3 +m 2 w 3
- m 1 w 1 -m 1 w 3 =m 2 w 2 -m 2 w 2
- m 1 (w 1 -w 3)=m 2 (w 3 -w 2)
- m 1 /m 2 =(w 3 -w 2)/(w 1 -w 3)
Отношение массы первого раствора к массе второго равно отношению разности массовых долей смеси и второго раствора к разности массовых долей первого раствора и смеси:
1 /m 2 =(w 3 -w 2 )/(w 1 -w 3 )ОТВЕТ: массовая доля растворённого вещества во вновь полученном растворе составляет 24%.
Учитель математики: Эту задачу можно решить, используя алгебраические преобразования:
1.Найдём массу растворённого вещества в каждом из растворов:
20% от 100 г 32% от 50 г
0,2х100=20(г) 0,32х50=16(г)
2.Найдём массу растворённого вещества в смеси:
3.Найдём массу раствора:
4.Пусть концентрация полученного раствора составляет х%, тогда масса растворённого вещества в смеси:
0,01Хх150=1,5Х
5.Составим уравнение и решим его:
ОТВЕТ: концентрация полученного раствора составляет 24%.
Учитель химии: В курсе химии встречаются задачи, решение которых можно осуществить только методом систем уравнений
Задача: Смешали 30%-ный раствор соляной кислоты с 10%-ным раствором этой же кислоты и получили 600 грамм 15%-ного раствора. Сколько грамм каждого раствора было взято?
- W 1 =30%=0,3
- W 2 =10%=0,1
- W 3 =15%=0,15
- m 3 (р-ра)=600 г.
- m1(р-ра)=?
- m2(р-ра)=?
Учитель математики: Введём обозначения:
Рассчитаем массы растворённых в-в:
- m 1 =0,3X,
- m 2 =0,1Y,
- m 3 =600 г. x 0,15=90 г.
Составим систему уравнений:
Решим подчёркнутое уравнение :
180-0,3Y+0,1Y=90
- если Y=450 г., то X=600 г.-450 г.=150 г.
- масса 1 р-ра=150 г.
- масса 2 р-ра=450г.
Учитель химии. Решим эту же задачу методом смешения. Какой ответ у вас получился? (Ответы сходятся).
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.
- В каких массовых надо смешать 20%-ный и 5%-ный растворы одного вещества, чтобы получить 10%-ный раствор?
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ:
- 1.Ввести буквенные обозначения для масс растворов.
- 2.Вычислить массы растворённых веществ в первом, втором растворе и смеси.
- 3.Составить систему уравнений и решить её.
- 4.Записать ответ.
Данный урок посвящен изучению темы «Массовая доля вещества в растворе». С помощью материалов урока Вы научитесь количественно оценивать содержание растворенного вещества в растворе, а также определять состав раствора по данным о массовой доле растворенного вещества.
Тема: Классы неорганических веществ
Урок: Массовая доля вещества в растворе
Масса раствора складывается из масс растворителя и растворенного вещества:
m(р)=m(в)+m(р-ля)
Массовая доля вещества в растворе равна отношению массы растворенного вещества к массе всего раствора:
Решим несколько задач с использованием приведенных формул.
Вычислите массовую долю (в %) сахарозы в растворе, содержащем воду массой 250 г и сахарозу массой 50 г.
Массовую долю сахарозы в растворе можно вычислить по известной формуле:
Подставляем числовые значения и находим массовую долю сахарозы в растворе. Получили в ответе 16,7%.
Преобразуя формулу для вычисления массовой доли вещества в растворе, вы можете находить значения массы растворенного вещества по известной массе раствора и массовой доли вещества в растворе; или массу растворителя по массе растворенного вещества и массовой доли вещества в растворе.
Рассмотрим решение задачи, в которой изменяется массовая доля растворенного вещества при разбавлении раствора.
К 120 г раствора с массовой долей соли 7% прилили 30 г воды. Определите массовую долю соли в образовавшемся растворе.
Проанализируем условие задачи. В процессе разбавления раствора масса растворенного вещества не меняется, а увеличивается масса растворителя, а значит, увеличивается масса раствора и, наоборот, уменьшается массовая доля вещества в растворе.
Во-первых, определим массу растворенного вещества, зная массу начального раствора и массовую долю соли в этом растворе. Масса растворенного вещества равна произведению массы раствора и массовой доли вещества в растворе.
Мы уже выяснили, что масса растворенного вещества при разбавлении раствора не изменяется. Значит, вычислив массу полученного раствора, можно найти массовую долю соли в образовавшемся растворе.
Масса полученного раствора равна сумме масс исходного раствора и добавленной воды. Массовая доля соли в образовавшемся растворе равна отношению массы растворенного вещества и массы образовавшегося раствора. Таким образом, получили массовую долю соли в образовавшемся растворе равную 5,6%.
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006. (с.111-116)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под.ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.111-115)
3. Химия. 8 класс. Учеб.для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.:Астрель, 2013. (§35)
4. Химия: 8-й класс: учеб.для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§41)
5. Химия: неорг. химия: учеб.для 8 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§28)
6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав.ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
3. Взаимодействие веществ с водой ().
Домашнее задание
1. с. 113-114 №№ 9,10 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под.ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
2. с.197 №№ 1,2 из учебника П.А. Оржековского, Л.М. Мещеряковой, М.М. Шалашовой «Химия: 8кл.», 2013 г.
Общая формула определения массовой доли имеет вид:
Для случая растворов формула определения массовой доли вещества конкретизируется в вид:
Задача 1.
Определить массовую долю каждого вещества в растворе, образованном из 15 г чистой уксусной кислоты и 235 г воды.
Дано:
масса воды: m(Н 2 О) = 235 г;
масса уксусной кислоты: m(СН 3 СООН) = 15 г.
Найти:
массовую долю воды;
массовую долю уксусной кислоты.
Решение:
Схематично алгоритм решения можно представить следующим образом:
Масса всего раствора равна сумме масс уксусной кислоты и воды: m р-ра = 15 + 235 = 250 г. Подставляем данные в формулу для определения массовой доли:
Сумма массовых долей всех веществ раствора всегда будет равна 100% . Поэтому для раствора состоящего из двух веществ достаточно указать массовую долю одного из них. Массовая доля второго вещества вычисляется по разнице: 2 = 100 – 1 . Массовую долю воды в рассмотренной задаче мы могли вычислить тоже по разнице:
Н 2 О) = 100% – СН 3 СООН) = 100% – 6% = 94%.
Ответ: СН 3 СООН) = 6% ; Н 2 О) = 94% .
Задача 2.
В 600 г воды растворили 13 г КОН и 12 г МаОН. Определить массовую долю всех веществ в полученном растворе.
Дано:
масса воды: m(Н 2 О) = 600 г;
масса гидроксида калия: m(КОН) = 13 г;
масса гидроксида натрия: m(NаОН) = 12 г;
Найти:
массовую долю каждого из веществ в растворе.
Решение:
В этой задаче раствор состоит из трех веществ: Н 2 О, КОН и NaаОН. Гидроксид калия химически не взаимодействует с гидроксидом натрия, поэтому новых веществ не образуется и ничего не расходуется.
Массовую долю воды можно было найти и по разности:
Н 2 О) = 100% – (КОН) – (NаОН) = 100 – 2,08 – 1,92 = 96% .
Ответ: (КОН) - 2,08%; NаОН) = 1,92%; Н 2 О) = 96,00%.
Задача 3.
При растворении 17 г МаОН в воде образовалось 36,8 мл раствора (р = 1,32 г/мл). Определите массовую долю NаОН в полученном растворе.
Дано:
масса гидроксида натрия: m(NаОН) = 17 г;
объем раствора: V р-ра = 36,8 мл;
плотность раствора: р
р-ра =1,32 г/мл.
Найти:
NaOH.
Решение:
Во всех задачах, в которых используется массовая доля необходимо от объема раствора переходить к массе. Переход от объемных единиц измерения к массовым осуществляется только через плотность по соотношению:
Находим массовую долю NаОН в растворе:
