Frazione di massa di un elemento nella formula di una sostanza. Come trovare la frazione di massa di un elemento in una sostanza? Cos'è

Dal 17 ° secolo La chimica non è più una scienza descrittiva. I chimici iniziarono a utilizzare ampiamente metodi per misurare vari parametri di una sostanza. La progettazione delle bilance è stata migliorata sempre di più, consentendo di determinare le masse dei campioni per le sostanze gassose, oltre alla massa, sono stati misurati anche il volume e la pressione. L'uso di misurazioni quantitative ha permesso di comprendere l'essenza delle trasformazioni chimiche, per determinare la composizione di sostanze complesse.

Come già sai, la composizione di una sostanza complessa comprende due o più elementi chimici. Ovviamente, la massa di tutta la materia è composta dalle masse dei suoi elementi costitutivi. Ciò significa che ogni elemento rappresenta una certa parte della massa della materia.

La frazione di massa di un elemento in una sostanza è indicata dalla lettera minuscola latina w (doppio-ve) e mostra la quota (parte della massa) attribuibile a questo elemento nella massa totale della sostanza. Questo valore può essere espresso in frazioni di unità o in percentuale (Fig. 69). Naturalmente, la frazione di massa di un elemento in una sostanza complessa è sempre inferiore all'unità (o inferiore al 100%). Dopotutto, una parte del tutto è sempre meno del tutto, proprio come una fetta di arancia è meno di un'arancia.

Riso. 69.
Diagramma di composizione elementare dell'ossido di mercurio

Ad esempio, l'ossido di mercurio HgO contiene due elementi: mercurio e ossigeno. Riscaldando 50 g di questa sostanza si ottengono 46,3 g di mercurio e 3,7 g di ossigeno. Calcolare frazione di massa mercurio in una sostanza complessa:

La frazione di massa di ossigeno in questa sostanza può essere calcolata in due modi. Per definizione, la frazione di massa di ossigeno nell'ossido di mercurio è uguale al rapporto tra la massa di ossigeno e la massa di ossido di mercurio:

Sapendo che la somma delle frazioni di massa degli elementi in una sostanza è uguale a uno (100%), la frazione di massa dell'ossigeno può essere calcolata dalla differenza:

Per trovare le frazioni di massa degli elementi con il metodo proposto, è necessario condurre un esperimento chimico complesso e dispendioso in termini di tempo per determinare la massa di ciascun elemento. Se si conosce la formula di una sostanza complessa, lo stesso problema viene risolto molto più facilmente.

Per calcolare la frazione di massa di un elemento, moltiplica la sua massa atomica relativa per il numero di atomi di un dato elemento nella formula e dividi per la massa molecolare relativa della sostanza.

Ad esempio, per l'acqua (Fig. 70):

Esercitiamoci nella risoluzione dei problemi per il calcolo delle frazioni di massa degli elementi in sostanze complesse.

Attività 1. Calcola le frazioni di massa degli elementi nell'ammoniaca, la cui formula è NH 3.

Compito 2. Calcola le frazioni di massa degli elementi nell'acido solforico con la formula H 2 SO 4.

Più spesso, i chimici devono risolvere il problema inverso: determinare la formula di una sostanza complessa per frazioni di massa di elementi.

Come vengono risolti tali problemi, illustreremo con un esempio storico.

Compito 3. Due composti di rame con ossigeno (ossidi) sono stati isolati da minerali naturali: tenorite e cuprite (Fig. 71). Differivano l'uno dall'altro per colore e frazioni di massa degli elementi. Nell'ossido nero (Fig. 72), isolato dalla tenorite, la frazione di massa del rame era dell'80% e la frazione di massa dell'ossigeno era del 20%. Nell'ossido di rame rosso isolato dalla cuprite, le frazioni di massa degli elementi erano rispettivamente dell'88,9% e dell'11,1%. Quali sono le formule di queste sostanze complesse? Risolviamo questi due semplici problemi.

Riso. 71. Cuprite minerale
Riso. 72. Ossido di rame nero isolato dal minerale di tenorite

3. Il rapporto risultante deve essere ridotto ai valori dei numeri interi: dopo tutto, gli indici nella formula, che mostrano il numero di atomi, non possono essere frazionari. Per fare ciò, i numeri risultanti devono essere divisi per il più piccolo di essi (nel nostro caso sono uguali).

E ora complichiamo un po 'il compito.

Attività 4. Secondo l'analisi elementare, il sale amaro calcinato ha la seguente composizione: frazione di massa di magnesio 20,0%, frazione di massa di zolfo - 26,7%, frazione di massa di ossigeno - 53,3%.

Domande e compiti

1. Come si chiama la frazione di massa di un elemento in un composto? Come viene calcolato questo valore?
2. Calcola le frazioni di massa degli elementi nelle sostanze: a) anidride carbonica CO 2; b) solfuro di calcio CaS; c) nitrato di sodio NaNO 3; d) ossido di alluminio A1 2 O 3.
3. In quale dei fertilizzanti azotati è la frazione di massa del nutriente azotato la più grande: a) cloruro di ammonio NH 4 C1; b) solfato di ammonio (NH 4) 2 SO 4; c) urea (NH2)2CO?
4. Nella pirite minerale, 7 g di ferro rappresentano 8 g di zolfo. Calcola le frazioni di massa di ciascun elemento in questa sostanza e determina la sua formula.
5. La frazione di massa dell'azoto in uno dei suoi ossidi è del 30,43% e la frazione di massa dell'ossigeno è del 69,57%. Determinare la formula dell'ossido.
6. Nel Medioevo dalle ceneri di un fuoco veniva estratta una sostanza chiamata potassa che veniva usata per fare il sapone. Le frazioni di massa degli elementi in questa sostanza sono: potassio - 56,6%, carbonio - 8,7%, ossigeno - 34,7%. Determina la formula della potassa.

La frazione di massa dell'elemento ω (E)% è il rapporto tra la massa di un dato elemento m (E) in una molecola presa di una sostanza e il peso molecolare di questa sostanza Mr (in-va).

La frazione di massa di un elemento è espressa in frazioni di unità o in percentuale:

ω (E) \u003d m (E) / Mr (in-va) (1)

ω% (E) \u003d m (E) 100% / Mr (in-va)

La somma delle frazioni di massa di tutti gli elementi di una sostanza è uguale a 1 o 100%.

Di norma, per calcolare la frazione di massa di un elemento, si prende una porzione di una sostanza uguale alla massa molare della sostanza, quindi la massa di un dato elemento in questa porzione è uguale alla sua massa molare moltiplicata per il numero di atomi di un dato elemento in una molecola.

Quindi, per una sostanza A x B y in frazioni di unità:

ω (A) \u003d Ar (E) X / Mr (in-va) (2)

Dalla proporzione (2), deriviamo la formula di calcolo per determinare gli indici (x, y) nella formula chimica di una sostanza, se sono note le frazioni di massa di entrambi gli elementi e la massa molare della sostanza:

X \u003d ω% (A) Mr (in-va) / Ar (E) 100% (3)

Dividendo ω% (A) per ω% (B), cioè trasformando la formula (2), otteniamo:

ω(A) / ω(B) = X Ar(A) / Y Ar(B) (4)

La formula di calcolo (4) può essere trasformata come segue:

X: Y \u003d ω% (A) / Ar (A) : ω% (B) / Ar (B) \u003d X (A) : Y (B) (5)

Le formule di calcolo (3) e (5) vengono utilizzate per determinare la formula della sostanza.

Se il numero di atomi in una molecola di una sostanza per uno degli elementi e la sua frazione di massa sono noti, è possibile determinare la massa molare della sostanza:

Mr(in-va) \u003d Ar (E) X / W (A)

Esempi di risoluzione di problemi per il calcolo delle frazioni di massa di elementi chimici in una sostanza complessa

Calcolo delle frazioni di massa degli elementi chimici in una sostanza complessa

Esempio 1. Determinare le frazioni di massa degli elementi chimici nell'acido solforico H 2 SO 4 ed esprimerle in percentuale.

Soluzione

1. Calcola il peso molecolare relativo dell'acido solforico:

Signor (H 2 SO 4) \u003d 1 2 + 32 + 16 4 \u003d 98

2. Calcoliamo le frazioni di massa degli elementi.

Per fare ciò, il valore numerico della massa dell'elemento (tenendo conto dell'indice) è diviso per la massa molare della sostanza:

Tenendo conto di ciò e indicando la frazione di massa dell'elemento con la lettera ω, i calcoli delle frazioni di massa vengono eseguiti come segue:

ω(H) = 2: 98 = 0,0204, ovvero 2,04%;

ω(S) = 32: 98 = 0,3265, ovvero 32,65%;

ω(O) \u003d 64: 98 \u003d 0,6531, o 65,31%

Esempio 2. Determinare le frazioni di massa degli elementi chimici nell'ossido di alluminio Al 2 O 3 ed esprimerle in percentuale.

Soluzione

1. Calcola il peso molecolare relativo dell'ossido di alluminio:

Mr(Al 2 O 3) \u003d 27 2 + 16 3 \u003d 102

2. Calcoliamo le frazioni di massa degli elementi:

ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%

ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%

Come calcolare la frazione di massa di una sostanza in un idrato cristallino

La frazione di massa di una sostanza è il rapporto tra la massa di una data sostanza nel sistema e la massa dell'intero sistema, cioè ω(X) = m(X) / m,

dove ω(X) - frazione di massa della sostanza X,

m(X) - massa della sostanza X,

m - massa dell'intero sistema

La frazione di massa è una quantità adimensionale. È espresso come frazione di unità o come percentuale.

Esempio 1. Determinare la frazione di massa dell'acqua di cristallizzazione in cloruro di bario diidrato BaCl 2 2H 2 O.

Soluzione

La massa molare di BaCl 2 2H 2 O è:

M (BaCl 2 2H 2 O) \u003d 137 + 2 35,5 + 2 18 \u003d 244 g / mol

Dalla formula BaCl 2 2H 2 O segue che 1 mole di cloruro di bario diidrato contiene 2 mol H 2 O. Da questo, possiamo determinare la massa di acqua contenuta in BaCl 2 2H 2 O:

m(H2O) = 2 18 = 36 g.

Troviamo la frazione di massa dell'acqua di cristallizzazione in cloruro di bario diidrato BaCl 2 2H 2 O.

ω (H 2 O) \u003d m (H 2 O) / m (BaCl 2 2H 2 O) \u003d 36 / 244 \u003d 0,1475 \u003d 14,75%.

Esempio 2. Argento del peso di 5,4 g è stato isolato da un campione di roccia del peso di 25 g contenente il minerale argentite Ag 2 S. Determinare la frazione di massa dell'argentite nel campione.

Istruzione

La frazione di massa di una sostanza si trova con la formula: w \u003d m (c) / m (cm), dove w è la frazione di massa della sostanza, m (c) è la massa della sostanza, m (cm) è la massa della miscela. Se è dissolto, ha questo aspetto: w \u003d m (c) / m (p-ra), dove m (p-ra) è la massa della soluzione. La massa della soluzione, se necessario, può anche essere trovata: m (p-ra) \u003d m (c) + m (p-la), dove m (p-la) è la massa del solvente. Se lo si desidera, la frazione di massa può essere moltiplicata per il 100%.

Se il valore della massa non è indicato nella condizione del problema, allora può essere calcolato utilizzando diverse formule, i dati nella condizione ti aiuteranno a scegliere quello giusto. La prima formula per: m = V * p, dove m è la massa, V è il volume, p è la densità. La seguente formula ha questo aspetto: m \u003d n * M, dove m è la massa, n è la quantità di sostanza, M è la massa molare. La massa molare, a sua volta, è costituita dalle masse atomiche degli elementi che compongono la sostanza.

Per una migliore comprensione questo materiale risolviamo il problema. Una miscela di limatura di rame e magnesio del peso di 1,5 g è stata trattata con un eccesso. Come risultato della reazione, idrogeno con un volume di 0,56 l (). Calcola la frazione di massa di rame nella miscela.
In questo problema passa, scriviamo la sua equazione. Di due sostanze in eccesso di acido cloridrico solo magnesio: Mg + 2HCl = MgCl2 + H2. Per trovare la frazione di massa del rame nella miscela, è necessario sostituire i valori nella seguente formula: w(Cu) = m(Cu)/m(cm). Viene data la massa della miscela, troviamo la massa del rame: m (Cu) \u003d m (cm) - m (Mg). Stiamo cercando la massa: m (Mg) \u003d n (Mg) * M (Mg). L'equazione di reazione ti aiuterà a trovare la quantità di sostanza di magnesio. Troviamo la quantità di sostanza idrogeno: n \u003d V / Vm \u003d 0,56 / 22,4 \u003d 0,025 mol. L'equazione mostra che n(H2) = n(Mg) = 0,025 mol. Calcoliamo la massa di magnesio, sapendo che il molare è 24 g / mol: m (Mg) \u003d 0,025 * 24 \u003d 0,6 g Troviamo la massa di rame: m (Cu) \u003d 1,5 - 0,6 \u003d 0,9 g. Restante calcolare la frazione di massa: w(Cu) = 0.9/1.5 = 0.6 o 60%.

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Nota

La frazione di massa non può essere maggiore di uno o, se espressa in percentuale, maggiore del 100%.

Fonti:

• "Manuale di Chimica", G.P. Khomchenko, 2005.
• Calcolo della quota di fatturato per regione

La frazione di massa mostra in percentuale o in frazioni il contenuto di una sostanza in qualsiasi soluzione o elemento nella composizione di una sostanza. La capacità di calcolare la frazione di massa è utile non solo nelle lezioni di chimica, ma anche quando si desidera preparare una soluzione o una miscela, ad esempio, per scopi culinari. Oppure cambia la percentuale nella composizione che hai già.

Istruzione

Ad esempio, per l'inverno sono necessari almeno 15 metri cubi. metri di legna da ardere di betulla.
Cerca la densità di riferimento della legna da ardere di betulla. È: 650 kg/m3.
Calcola la massa sostituendo i valori nella stessa formula del peso specifico.

m = 650*15 = 9750 (kg)

Ora, in base alla portata e alla capienza del cassone, si può decidere il tipo di mezzo e il numero di viaggi.

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Nota

Le persone anziane hanno più familiarità con il concetto di peso specifico. Il peso specifico di una sostanza è uguale al peso specifico.

La frazione di massa di una sostanza mostra il suo contenuto in una struttura più complessa, ad esempio in una lega o miscela. Se si conosce la massa totale di una miscela o di una lega, conoscendo le frazioni di massa delle sostanze costituenti, si possono trovare le loro masse. Per trovare la frazione di massa di una sostanza, puoi conoscere la sua massa e la massa dell'intera miscela. Questo valore può essere espresso in unità frazionarie o percentuali.

Avrai bisogno

• bilancia;
• tavola periodica degli elementi chimici;
• calcolatrice.

Istruzione

Determina la frazione di massa della sostanza che si trova nella miscela attraverso le masse della miscela e della sostanza stessa. Per fare ciò, utilizzare una bilancia per determinare le masse che compongono la miscela o . Quindi piegali. Prendi la massa risultante come 100%. Per trovare la frazione di massa di una sostanza in una miscela, dividi la sua massa m per la massa della miscela M e moltiplica il risultato per 100% (ω%=(m/M)∙100%). Ad esempio, 20 g di sale da cucina vengono sciolti in 140 g di acqua. Per trovare la frazione di massa del sale, somma le masse di queste due sostanze М=140+20=160 g. Quindi trova la frazione di massa della sostanza ω%=(20/160)∙100%=12,5%.

Se hai bisogno di trovare o la frazione di massa di un elemento in una sostanza con una formula nota, usa la tavola periodica degli elementi. Da esso, trova le masse atomiche degli elementi che sono nelle sostanze. Se uno è nella formula più volte, moltiplica la sua massa atomica per quel numero e somma i risultati. Questo sarà il peso molecolare della sostanza. Per trovare la frazione di massa di qualsiasi elemento in una tale sostanza, dividi il suo numero di massa nella data formula chimica M0 per il peso molecolare della data sostanza M. Moltiplica il risultato per 100% (ω%=(M0/M)∙100 %).

Ad esempio, determinare la frazione di massa degli elementi chimici nel solfato di rame. Rame (solfato di rame II), ha formula chimica CuSO4. Le masse atomiche degli elementi inclusi nella sua composizione sono pari a Ar(Cu)=64, Ar(S)=32, Ar(O)=16, i numeri di massa di questi elementi saranno pari a M0(Cu)=64 , M0(S)=32, M0(O)=16∙4=64, tenendo conto che la molecola contiene 4 atomi. Calcola il peso molecolare di una sostanza, è uguale alla somma dei numeri di massa delle sostanze che compongono la molecola 64+32+64=160. Determina la frazione di massa del rame (Cu) nella composizione vetriolo blu(ω%=(64/160)∙100%)=40%. Con lo stesso principio, è possibile determinare le frazioni di massa di tutti gli elementi in questa sostanza. Frazione di massa di zolfo (S) ω%=(32/160)∙100%=20%, ossigeno (O) ω%=(64/160)∙100%=40%. Si noti che la somma di tutte le frazioni di massa della sostanza deve essere il 100%.

La chimica è sicuramente una scienza interessante. Nonostante tutta la sua complessità, ci permette di comprendere meglio la natura del mondo che ci circonda. E inoltre - almeno la conoscenza elementare in questo argomento aiuta seriamente Vita di ogni giorno. Ad esempio, la determinazione della frazione di massa di una sostanza in un sistema multicomponente, ovvero il rapporto tra la massa di qualsiasi componente e la massa totale dell'intera miscela.

Necessario:

- calcolatrice;
- scale (se prima devi determinare le masse di tutti i componenti della miscela);
è il sistema periodico di elementi di Mendeleev.

Istruzioni:

• Quindi, è diventato necessario per te determinare la frazione di massa di una sostanza. Da dove cominciare? Prima di tutto, dipende dal compito specifico e dagli strumenti a disposizione per il lavoro. Ma in ogni caso, per determinare il contenuto di un componente in una miscela, è necessario conoscere la sua massa e la massa totale della miscela. Puoi farlo sulla base di dati noti o sulla base della tua ricerca. Per fare ciò, dovrai pesare il componente aggiunto su una bilancia da laboratorio. Dopo che il composto è pronto, pesalo anche.
• Scrivi la massa della sostanza desiderata come " M«, massa totale sistemi posti sotto la denominazione " M". In questo caso, la formula per la frazione di massa di una sostanza assumerà la seguente forma: L=(m/M)*100. Il risultato ottenuto viene registrato in percentuale.
• Esempio: calcola la frazione di massa di 15 grammi di sale sciolti in 115 grammi di acqua. Soluzione: la massa totale della soluzione è determinata dalla formula M=ma +m C, Dove m- massa d'acqua mc- massa di sale. Da semplici calcoli, si può determinare che la massa totale della soluzione è 130 grammi. Secondo la formula di definizione di cui sopra, otteniamo che il contenuto di sale da tavola nella soluzione sarà uguale a W=(15/130)*100=12%.
• Una situazione più particolare è la necessità di definire frazione di massa di un elemento chimico in una sostanza . È definito esattamente lo stesso. Principio principale il calcolo rimarrà lo stesso, solo che invece della massa della miscela e del componente specifico, dovrai fare i conti con i pesi molecolari degli elementi chimici.
• Tutte le informazioni necessarie possono essere trovate nel sistema periodico di Mendeleev. Scomporre la formula chimica di una sostanza nei suoi componenti principali. Usando la tavola periodica, determina la massa di ciascun elemento. Sommandoli, ottieni il peso molecolare della tua sostanza ( M). Analogamente al caso precedente, la frazione di massa di una sostanza, o, per essere più precisi, di un elemento, sarà determinata dal rapporto tra la sua massa e la massa molecolare. La formula assumerà la seguente forma W=(ma /M)*100. Dove M UNè la massa atomica dell'elemento, Mè il peso molecolare della sostanza.
• Consideriamo questo caso con un esempio concreto. Esempio: determinare la frazione in massa di potassio in cloruro di potassio. La potassa è carbonato di potassio. La sua formula K2CO3. La massa atomica del potassio è 39 , carbonio - 12 , ossigeno - 16 . Il peso molecolare del carbonato sarà determinato come segue: M \u003d 2m K + m C + 2m O \u003d 2 * 39 + 12 + 2 * 16 \u003d 122. Una molecola di carbonato di potassio contiene due atomi di potassio con una massa atomica pari a 39 . La frazione di massa di potassio nella sostanza sarà determinata dalla formula W \u003d (2m K / M) * 100 \u003d (2 * 39/122) * 100 \u003d 63,93%.

Frazioni di soluto
ω = m1/m,
dove m1 è la massa del soluto ed m è la massa dell'intera soluzione.

Se è necessaria la frazione di massa del soluto, moltiplicare il numero risultante per il 100%:
ω \u003d m1 / mx 100%

Nelle attività in cui è necessario calcolare le frazioni di massa di ciascuno degli elementi inclusi nella sostanza chimica, utilizzare la tabella D.I. Mendeleev. Ad esempio, scopri le frazioni di massa di ciascuno degli elementi che compongono l'idrocarburo, quale C6H12

m (C6H12) \u003d 6 x 12 + 12 x 1 \u003d 84 g / mol
ω (C) \u003d 6 m1 (C) / m (C6H12) x 100% \u003d 6 x 12 g / 84 g / mol x 100% \u003d 85%
ω (H) \u003d 12 m1 (H) / m (C6H12) x 100% \u003d 12 x 1 g / 84 g / mol x 100% \u003d 15%

Consigli utili

Risolvi i problemi di trovare la frazione di massa di una sostanza dopo evaporazione, diluizione, concentrazione, miscelazione di soluzioni utilizzando formule ottenute dalla determinazione della frazione di massa. Ad esempio, il problema dell'evaporazione può essere risolto utilizzando la seguente formula
ω 2 \u003d m1 / (m - Dm) \u003d (ω 1 m) / (m - Dm), dove ω 2 è la frazione di massa della sostanza in una soluzione rimossa, Dm è la differenza tra le masse prima e dopo il riscaldamento.

Fonti:

• come determinare la frazione di massa di una sostanza

Ci sono situazioni in cui è necessario calcolare massa liquidi contenuto in qualsiasi contenitore. Potrebbe essere durante sessione di allenamento in laboratorio e nel corso della risoluzione di un problema domestico, ad esempio durante la riparazione o la verniciatura.

Istruzione

Il metodo più semplice è ricorrere alla pesatura. Per prima cosa pesare il contenitore insieme, quindi versare il liquido in un altro contenitore di dimensioni adeguate e pesare il contenitore vuoto. E poi resta solo da sottrarre maggior valore meno e ottieni . Naturalmente si può ricorrere a questo metodo solo quando si ha a che fare con liquidi non viscosi che, dopo il traboccamento, praticamente non rimangono sulle pareti e sul fondo del primo contenitore. Cioè, la quantità rimarrà allora, ma sarà così piccola da poter essere trascurata, questo difficilmente influirà sull'accuratezza dei calcoli.

E se il liquido è viscoso, per esempio,? Come allora lei massa? In questo caso è necessario conoscerne la densità (ρ) e il volume occupato (V). E poi tutto è elementare. La massa (M) è calcolata da M = ρV. Naturalmente, prima di calcolare è necessario convertire i fattori in un unico sistema di unità.

Densità liquidi può essere trovato in un libro di riferimento fisico o chimico. Ma è meglio usare un dispositivo di misurazione: un densimetro (densitometro). E il volume può essere calcolato conoscendo la forma e le dimensioni complessive del contenitore (se ha il corretto forma geometrica). Ad esempio, se la stessa glicerina si trova in un cilindro cilindrico con un diametro di base d e un'altezza h, allora il volume