2. Массовая доля элемента

Элементный количественный состав химических соединений принять характеризовать массовой долей элемента.

Массовая доля элемента – есть отношение массы данного элемента к молярной массе соединения, обозначается ῳ. Выражается в долях или в %.

В соответствии с определением можно написать формулы:

ω_(х) = m_(x)/M_(x) ω_(х%) = m_(x) *100%/M_(x), гдеm_(x) – масса элемента Х, содержащаяся в 1 моль данного соединения.

Аналогично оценивается и количественный состав различных смесей, а также содержание примесей или основного компонента в технических реактивах:

ω_(х) = m_(x)/m ω_(х%) = m_(x) *100%/mгде ω_(х) - массовая доля соединения Х; m_(x) – его масса, содержащаяся в смеси или реактиве массой m.

Задачи для самостоятельного решения

Задача20. Вычислить массовые доли углерода, водорода и кислорода в глюкозе (С₆Н₁₂О₆). (Ответ: 40% С; 6,67% Н; 53,33% О).

Задача 21. Вычислить молярную массу дихлорпроизводного некоторого углеводорода, если массовая доля хлора в нем составляет 71,717%. (Ответ: 99 г/моль).

Задача 22. При действии избытка раствора нитрата серебра на 50 г смеси нитрата и хлорида бария получили 28,6 г осадка. Определите массовые доли солей в исходной смеси. (Ответ: 58,4% Ba(NO₃)₂; 41,6% BaCl₂).

Задача23. Оксид трехвалентного металла содержит 47,06 % кислорода (по массе). Определите металл. (Ответ: Ме – Al)

3. Вывод химических формул. Расчеты по химическим формулам и уравнениям

Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества. Различают формулы простейшие и молекулярные. Простейшая формула показывает какие элементы и в каком соотношении входят в состав молекулы. Молекулярная формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле.

Для вывода простейшей формулы вещества достаточно знать его состав и атомные массы образующих данное вещество элементов.

Пример 1. Найти простейшую формулу оксида хрома, содержащего 68,4% хрома.

Решение. Обозначим число атомов хрома и кислорода в простейшей формуле оксида соответственно через х и у. атомные массы этих элементов равны 52 и 16. Поэтому массы хрома и кислорода в составе оксида относятся как 52х : 16у. по условию задачи это отношение равно 68,4 : 31,6. Следовательно,

52х : 16у = 68,4 : 31,6, откуда х : у = 68,4/52 : 31,6/16 = 1,32 : 1,98.

Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим оба его члена на меньший из них:

х :у = 1,32/1,32 = 1,98/1,32 = 1 : 1,5,

а затем умножим оба члена последнего отношения на два:

х : у = 2 : 3.

Таким образом, простейшая формула оксида хрома Cr₂O₃.

Пример 2. При полном сжигании 2,66 г некоторого вещества получилось 1,54 г СО₂ и 4,48 г SO₂. Найти простейшую формулу вещества.

Решение. Состав продуктов горения показывает, что вещество содержало углерод и серу. Кроме этих элементов в состав его мог входить и кислород.

Массу углерода, входившего в состав вещества, находим по массе образовавшегося СО₂. Мольная масса СО₂ равна 44 г/моль; находим количество образовавшегося СО₂ по формуле n(_СО2) = m_(в-ва)/М_(в-ва), отсюда: 1,54/44 = 0,035.

Так как в 1 моле СО₂ содержится 1 моль углерода, значит п_(С) = 0,035. Используя формулу количества находим массу углерода: n *М = 0,035 * 12 = 0.42г.

Вычисляя аналогичным способом массу серы, содержащуюся в 4,48 г SO₂, получаем 2,24 г.

Таким образом, в сгоревшем веществе на 0,42 г углерода приходится 2,24 г серы. Так как сумма этих двух масс равна общей массе сгоревшего вещества (2,66г), то кислорода в нем не содержится. Вычисляем отношение числа атомов углерода (х) и серы (у) в молекуле сгоревшего вещества:

х : у = 0,42/12 : 2,24/32 = 0,035 : 0,070 = 1 : 2.

Следовательно, простейшая формула вещества CS₂.

Для нахождения молекулярной формулы вещества необходимо кроме состава вещества знать его молекулярную массу.

Пример 3. Газообразное соединение азота с водородом содержит 12,5% водорода. Плотность соединения по водороду равна 16. Найти молекулярную формулу соединения.

Решение. Находим отношение числа атомов азота (х) к числу атомов водорода (у) в молекуле соединения:

Х : у = 87,5/14 : 12,5/1 = 6,25 : 12,5 = 1 : 2.

Простейшая формула соединения NH₂. Этой формуле отвечает молекулярная масса 16. Истинную молекулярную массу вещества находим, исходя из его плотности по водороду:

М = 2 * 16 = 32.

Таким образом, истинная молекулярная масса вещества вдвое больше вычисленной по его простейшей формуле. Следовательно, молекулярная формула соединения N₂H₄.

В уравнении химической реакции каждая формула изображает один моль соответствующего вещества. Поэтому, зная мольные массы участвующих в реакции веществ, можно по уравнению реакции найти соотношение между массами веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее протекания. Если в реакции участвуют вещества в газообразном состоянии, то уравнение реакции позволяет найти их объемные отношения.

Пример 4. Найти массу серной кислоты, необходимую для полной нейтрализации 20 г гидроксида натрия.

Решение. Уравнение протекающей реакции:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

Молекулярные массы H₂SO₄ и NaOH соответственно равны 98 и 40; следовательно, их мольные массы составляют 98 и 40 г/моль. Согласно уравнению реакции, 1 моль H₂SO₄ реагирует с 2 молями NaOH. Находим количество (п) 20 г NaOH – 0,5 моль, отсюда следует, что п_(H2SO4) = 0,25 моль, значит масса = 0,25 * 98 = 24,5 г.

Пример 5. Хлор может быть получен действием серной кислоты на смесь MnO₂ с NaCl. Реакция протекает по уравнению:

2NaCl + MnO₂ + 3H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + MnSO₄ + Cl₂↑ + 2H₂O.

Какой объем хлора (н.у.) можно получить из 100 г хлорида натрия?

Решение. Находим количество 100 г хлорида натрия 100/58,5 = 1,71. Согласно уравнению реакции п_(Cl2) = 0,85, отсюда объем = 0,85 * 22,4 = 19,04 л.

Задачи для самостоятельного решения

Задача № 24. Найти простейшую формулу вещества, содержащего 43,4% натрия, 11,3% углерода и 45,3% кислорода.

Задача № 25. Найти простейшую формулу оксида ванадия, зная, что 2,73 г оксида содержит 1,53 г металла.

Задача № 26. Вещество содержит 26,53% калия, 35,37% хрома и 38,10% кислорода. Найти его простейшую формулу.

Задача № 27. Найти формулу кристаллогидрата хлорида бария, зная, что 36,6 г соли теряет при прокаливании в массе 5,4 г.

Задача №28. Найти молекулярную формулу масляной кислоты, содержащей 54,5% углерода, 36,4% кислорода и 9,1% водорода, зная, что плотность ее паров по водороду равна 44.

Задача №29. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 93,75% углерода и 6,25% водорода, если плотность этого вещества по воздуху равна 4,41.

Задача № 30. При сгорании 4,3 г углеводорода образовалось 13, 2 г СО₂. Плотность пара углеводорода по водороду равна 43. Вывести молекулярную формулу вещества.

Задача № 31. При полном сгорании навески органического бромсодержащего вещества массой 1,88 г получено 0,88 гСО₂ и 0,3 г Н₂О. после превращения всего брома, содержащегося в навеске, в бромид серебра, получено 3,76 г AgBr. Плотность паров вещества по водороду равна 94. Определить молекулярную формулу исследуемого вещества.

Задача № 32. Найти молекулярную формулу соединения бора с водородом, если масса 1 л этого газа равна массе 1 л азота, а содержание бора в веществе составляет 78,2%.

Задача № 33. Элемент образует оксид ЭО₂, содержащий 72,73% кислорода. Определите элемент Э.

Задача № 34. Какую массу железа можно получить из 2 т железной руды, содержащей 94% Fe₂O₃?

Задача № 35. Раствор, содержащий 34,0 г AgNO₃, смешивают с раствором, содержащим такую же массу NaCl. Весь ли нитрат серебра вступит в реакцию? Сколько граммов AgСl получилось в результате реакции?

Задача № 36. При сжигании 3,00 г антрацита получилось 5,30 л СО₂ (н.у.). сколько % углерода содержит антрацит?

Задача № 37. Смешано 7,3 г HCl с 4,0 г NH₃. Сколько г NH₄Cl образуется? Найти массу оставшегося после реакции газа.

Задача №38. Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и СО₂. Какая масса природного известняка, содержащего 90% СаСО₃, потребуется для получения 7,0 т негашеной извести?

Задача №39. К раствору, содержащему 6,8 г AlCl₃, прилили раствор, содержащий 5,0 г КОН. Найти массу образовавшегося осадка.

Задача № 40. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили 3,36 л диоксида углерода (н.у.). найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.

Задача № 41. Рассчитать массу кристаллогидрата Cu(NO₃)₂*3H₂O, полученного растворением 10 г меди в азотной кислоте и последующим выпариванием раствора.

Задача № 42. При обработке раствором гидроксида натрия 3,90 г смеси алюминия с его оксидом выделилось 840 мл газа (н.у.). определить % состав исходной смеси.

Задача № 43. 5,10 г порошка частично окисленного магния обработали соляной кислотой. При этом выделилось 3,74 л Н₂ (н.у.). сколько % магния содержалось в образце?

Задача № 44. Какой объем водорода (н.у.) надо затратить для восстановления 125 г МоО₃ до металла?

Задача № 45. Для определения содержания NaCl в техническом NaNO₃ 2 г последнего растворили в воде и к полученному раствору добавили в избытке раствор AgNO₃. Полученный осадок промыли и высушили. Масса осадка оказалась равной 0,287 г. Найти массу NaCl, содержащегося в исходном образце.