Качественный
и количественный состав вещества с правилами и примерами.
Правило
№1.
Качественный
состав вещества определяют символами, входящими в химическую формулу. Он
показывает, из каких химических элементов состоит вещество, например:
|
№ |
Формула |
Качественный |
|
1 |
Mg(ОН)2 |
Вещество |
|
2 |
Li3 |
Вещество |
Правило
№2.
Количественный
состав вещества определяют по индексам (произведению индексов) в химической
формуле. Он показывает число атомов каждого химического элемента в 1 условной
молекуле вещества1, например:
К2
SiO3
– одна условная молекула вещества состоит из: 2
атомов К, 1 атома кремния , 3 атомов кислорода О.
Mg3
(PO4)2
– одна условная молекула вещества состоит из: 2 атомов магния Mg, 2
атомов Р и 8 атомов О.
Примеры
рассуждений при выполнении упражнений.
Определите
качественный и количественный состав вещества, формула которого Mg(НСО3 )2
Решение:
1.
Определите качественный и количественный
состав вещества (см. правило 1)
Для
этого посмотрите на формулу веществами определите, из каких химических
элементов оно состоит.
Вещество
Mg(НСО3 )2 состоит из атомов магния Mg, атомов водорода
Н, атомов углерода и атомов кислорода О.
2.
Для этого посмотрите на формулу вещества и
определите, из скольких атомов химических элементов состоит его условная
молекула.
Состав условной молекулы
Mg(НСО3 )2 следующий:
Mg(НСО3
)2 3*2= 6
атомов кислорода,
1*2= 2 атома углерода,
1*2= 2 атома водорода,
1 атом магния
Задания
для самостоятельной проверки знаний.
1.
Вещество, формула которого Al2
S3
состоит :
А)
из молекул алюминия и молекул серы;
Б)
из химических элементов алюминия и серы;
В)
из двух молекул алюминия и трех молекул серы;
Г)
из двух атомов алюминия и трех атомов серы.
2. Условная молекула вещества, формула которого Zn
(NO3
)2 имеет в своем составе атомов кислорода:
А)
6; Б) 2; В) 3; Г) 5.
3. Условная молекула вещества, формула которого Fe2
(NO3)3,
имеет в своем составе атомов железа и серы соответственно:
А)
2 и 3; Б) 2 и 1; В) 1 и 1; Г) 1 и 3; Д) 3 и 3.
4. Определите Качественный и количественный состав веществ, формулы которых:
N2
O3, Ag3 PO4, Cr(OH)3,
O3, H2SO4, K2CO3.
1
не все вещества имеют молекулярное строение, поэтому
здесь и далее используют термин «условная молекула»
В уроке 4 «Сложные вещества» из курса «Химия для чайников» дадим определение химическим соединениям, рассмотрим различия органических и неорганических соединений, а также выясним, что означает качественный и количественный состав. Напоминаю, что в прошлом уроке «Молекулы и простые вещества» мы рассмотрели, что такое молекулы, простые вещества, а также металлы и неметаллы.
Химические элементы существуют не только в виде свободных атомов и простых веществ. Они также могут входить в состав самых различных химических соединений.
Вещества, состоящие из атомов разных химических элементов, называются сложными веществами или химическими соединениями.
Содержание
- Органические и неорганические вещества
- Органические вещества
- Неорганические вещества
- Качественный и количественный состав веществ
- Отличия между сложными веществами и смесями веществ
Органические и неорганические вещества
Подавляющее большинство химических веществ — это сложные вещества. Вы уже знаете некоторые из них. Вода, метан, сахар, поваренная соль — сложные вещества. Сложные вещества делятся на две группы — неорганические и органические.
Органические вещества
Все органические вещества объединяет главный признак: в их состав обязательно входят атомы углерода. Кроме углерода, в состав органических веществ чаще всего входят атомы водорода, кислорода, а также азота, фосфора, серы. Почти все органические вещества горючи и легко разлагаются при нагревании. Практически все они имеют молекулярное строение (рис. 41).
Простейшим органическим веществом является природный газ метан. Но вам, наверное, знакомы и такие органические вещества, как сахар (сахароза), уксусная и лимонная кислоты, спирт, крахмал, белки, жиры, пластмассы и т. д. Органических веществ миллионы. Они содержатся во всех животных и растительных организмах (откуда и произошло их название), входят в состав пищи, топлива, лекарств, красителей, самых разнообразных материалов.
Неорганические вещества
Неорганические вещества являются соединениями всех остальных элементов. К неорганическим традиционно относят также несколько веществ, содержащих углерод: углекислый и угарный газы, мел, соду и некоторые другие. Неорганических веществ около 700 тыс., но их общая масса многократно превышает массу органических веществ. Почти все они — твердые вещества немолекулярного строения (рис. 42), входят в состав минералов, почв, горных пород.
Качественный и количественный состав веществ
Каждое вещество характеризуется определенным качественным и количественным составом.
Качественный состав вещества показывает, из атомов каких элементов оно состоит. Например, вода состоит из атомов водорода и кислорода, а метан— из атомов углерода и водорода. Число атомов каждого элемента в составе мельчайшей частицы вещества характеризует его количественный состав. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, а молекула метана — из одного атома углерода и четырех атомов водорода.
Сложное вещество можно с помощью различных химических методов разложить на несколько новых веществ, и так до тех пор, пока не получатся вещества, каждое из которых будет являться простым. Например, сахар при нагревании разлагается на воду и уголь (углерод):
а воду можно разложить с помощью электрического тока на водород и кислород:
Свойства простых веществ, которые при этом получаются (углерода, кислорода и водорода), совершенно не похожи на свойства сложных веществ — сахара и воды. Это разные вещества с разными свойствами. Свойства сложного вещества не являются суммой свойств простых веществ, которые образуются при его разложении.
Сложные вещества, как и простые, имеют либо молекулярное, либо немолекулярное строение. При этом вещества молекулярного строения могут существовать при обычных условиях в различных агрегатных состояниях. Например, метан — газ, вода — жидкость, сахар — твердое вещество.
Вещества немолекулярного строения при обычных условиях — твердые кристаллы, например поваренная соль, мел. Конечно, при нагревании (иногда до нескольких тысяч градусов) такие вещества плавятся, а затем переходят и в парообразное состояние.
Отличия между сложными веществами и смесями веществ
Необходимо различать сложные вещества и смеси веществ:
| Сложное вещество (химическое соединение) | Смесь веществ |
| Образуется в результате соединения атомов различных элементов между собой (химический процесс) | Образуется в результате смешивания различных веществ (физический процесс) |
| Свойства сложного вещества отличаются от свойств простых веществ, из которых оно получено | Свойства веществ, из которых составлена смесь, не изменяются |
| Имеет определенный качественный и количественный состав | Состав произвольный |
| Разлагается на составные части только в результате химических процессов | Разделяется на составные части с помощью различных физических методов |
Краткие выводы урока:
- Сложными называются вещества, состоящие из атомов разных химических элементов.
- Каждое чистое вещество имеет определенный качественный и количественный состав.
- Свойства сложного вещества отличаются от свойств простых веществ, из которых оно получено.
- Сложные вещества имеют молекулярное или немолекулярное строение.
- Все сложные вещества делятся на органические и неорганические.
Надеюсь урок 4 «Сложные вещества» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Задачи на определение количественного состава смеси – частые гости на экзаменах или контрольных любых уровней и классов. Многие из этих задач имеют схожую идею решения, поэтому, поняв основные принципы и методы, можно с легкостью решить задачу любой сложности на эту тематику.
Воздействие на смесь химическими реактивами
Первой идеей, или типом задач, являются те, где на смесь действуют определенными химическими реактивами. Эти вещества взаимодействуют только с одним компонентов смеси, что позволяет рассчитать его массу. Необходимым для решения являются знания характерных химических реакций, ведь без этого, попросту нереально написать соответствующие уравнения реакций. Рассмотрим это на таком примере.
Пример 1
Смесь, масса которой 41,8 г, которая содержит натрий карбонат, натрий нитрат и натрий сульфат, поместили в раствор H2SO4, масса которого равна 98 г, а массовая часть кислоты – 10%, и нагрели. Выделилось 2,24 л газа. К полученному раствору добавили избыток барий хлорида и получили 46,6 г осадка. Определите массовую часть натрий нитрата в исходной смеси.
Решение
Итак, первое, что нужно определить: какой газ выделяется при растворении в сульфатной кислоте? Это только карбонат натрия, другие компоненты не взаимодействуют с сульфатной кислотой. Тогда:
Na2CO3 + H2SO4 →rightarrow Na2SO4 + CO2 ↑uparrow + H2O
Тогда найдем количество моль газа и карбоната натрия:
nCO2=V/V0=2,24/22,4=0,1 моль
Далее в раствор добавляют хлорид бария. Как известно, ионы бария взаимодействую с сульфат-ионами и выпадает осадок сульфата бария.
Ba2+ + SO42- →rightarrow BaSO4
Стоит быть внимательным, т.к. в растворе есть два источника сульфат-ионов – сульфат натрия и сульфатная кислота. Можем найти, сколько было сульфата натрия:
nBaSO4=m/Mr=46,6/(233)=0,2 моль
nH2SO4=m/Mr=mр-ра ⋅cdot W/Mr=98 ⋅cdot 0,1/98=0,1 моль
Таким образом, nNa2SO4=nBaSO4 – nH2SO4 = 0,2 – 0,1=0,1 моль
Теперь, зная сколько было натрий сульфата и карбоната, можем найти массу натрий нитрата:
mNa2SO4=n ⋅cdot Mr=0,1 ⋅cdot 142=14,2 г
mNa2CO3=n ⋅cdot Mr=0,1 ⋅cdot 106=10,6 г
mNaNO3=m- mNa2CO3 – mNa2SO4=41,8-14,2-10,6=17 г
WNaNO3=mNaNO3/m=17/41,8 ⋅cdot 100%=40,67%
Нахождение состава смеси по плотности
Другим типом задач является нахождение состава смеси по известной плотности. Для решения таких задач требуется умение составления и решения несложных уравнений. Рассмотрим этот тип задач на таком примере
Пример 2
Смесь водорода и аммиака имеет плотность в 12,57 раза меньше плотности углекислого газа. Определите объемную часть водорода в смеси.
Решение
Сначала найдем, какую плотность имеет смесь. Как известно, плотность прямо пропорциональна молярной массе, поэтому молярная масса смеси
Mrсмеси=MrCO2/12,57=44/12,57=3,5 г/моль
Далее, пусть x – объемная доля водорода в смеси, тогда (1-х) – объемная доля аммиака. Тогда, составим такое уравнение:
MrH2 ⋅cdot x+MrNH3 ⋅cdot (1-x)=Mrсмеси
2 ⋅cdot x + 17 ⋅cdot (1-x)=3,5
15x=13,5
x=0,9
Или 90% водорода в смеси.
Взаимодействие реагента с обоими компонентами смеси
Далее рассмотрим тип задач, в которых реагент взаимодействует с обоими компонентами смеси. Для решения таких задач нужно составить уравнение. Рассмотрим такой пример.
Пример 3
На 25 г смеси алюминия и меди подействовали концентрированной азотной кислотой и нагрели. Получили 33,6 л газа. Определите массовую часть алюминия в смеси.
Решение
Первое, что нужно сделать – написать уравнения реакций:
Cu + 4HNO3 →rightarrow Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Al + 6HNO3 →rightarrow Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Стоит отметить, что здесь азотная кислота реагирует с алюминием, поскольку взята горячая кислота.
Заметим, что на один моль меди приходится 2 моль газа, а на 1 моль алюминия – 3 моль газа.
Найдем количество газа:
n=V/V0=33,6/22,4=1,5 моль
Далее составим такой уравнение:
Пусть x г – масса алюминия в смеси, тогда (25-х) г – масса меди.
Тогда:
(nAl) ⋅cdot 3+(nCu) ⋅cdot 2=0,5
Или x/MrAl ⋅cdot 3+(25-x)/MrCu ⋅cdot 2=1,5
(x/27) ⋅cdot 3+(25-x) ⋅cdot 2/64=1,5
Решая, получаем х=9 г
Или W=m/mсмеси=9/25 ⋅cdot 100%=36%
В итоге, имеем, что для успешной борьбы с задачами на определение количественного состава смеси, важно иметь знания как в химии, так и обладать определенными математическими навыками.
Рассмотрим качественный и количественный состав веществ. Определим его особенности для соединений органического и неорганического происхождения.
Что показывает качественный состав вещества
Он демонстрирует виды атомов, которые есть в анализируемой молекуле. К примеру, вода образована водородом и кислородом.
Молекула оксида натрия включает в себя атомы натрия и кислорода. В серной кислоте содержатся водород, кислород, сера.
Что показывает состав количественный
Он демонстрирует количественное содержание каждого элемента внутри сложного вещества.
К примеру, в воде находится два атома водорода и один кислорода. Серная кислота состоит из двух водородов, одного атома серы, четырех кислородов.
В составе ортофосфорной кислоты три атома водорода, один фосфор, четыре атома кислорода.
Качественный и количественный состав веществ есть и у органических веществ. Например, метан содержит один углерод и четыре водорода.
Способы определения состава вещества
Качественный и количественный состав веществ можно определить химическим путем. К примеру, при разложении молекулы сложного соединения образуется несколько молекул с более простым составом. Так, при нагревании карбоната кальция, состоящего из кальция, углерода, четырех атомов кислорода, можно получить два оксида: кальция и углерода.
Сложное вещество и образующиеся в ход химического разложения соединения могут иметь различный качественный и количественный состав веществ.
Простые и сложные соединения могут быть молекулярного, а также немолекулярного состава.
Первая группа находится в разных агрегатных состояниях. Например, сахар является твердым веществом, вода – жидкая, кислород – газ.
Соединения немолекулярного строения при стандартных условиях находятся в твердом виде. К ним относятся соли. В процессе нагревания они плавятся, переходят из твердого вида в жидкое состояние.
Примеры определения состава
«Опишите качественный и количественный состав следующих веществ: оксида серы (4), оксида серы (6)». Такое задание является типовым в школьном курсе неорганической химии. Для того чтобы справиться с ним, сначала нужно составить формулы предложенных соединений, пользуясь валентностями либо степенями окисления.
В обоих предложенных оксидах присутствуют одни и те же химические элементы, следовательно, их качественный состав одинаковый. Они включают в себя атомы серы и кислорода. А вот в количественном соотношении результаты будут отличаться.
В первом соединении содержится два атома кислорода, а во втором их шесть.
Выполним следующее задание: «Опишите качественный и количественный состав веществ H2S».
Молекула сероводорода состоит из атома серы и двух водородов. Качественный и количественный состав вещества H2S позволяет предугадывать его химические свойства. Так как в составе присутствует катион водорода, сероводород способен проявлять окислительные свойства. Например, подобные характеристики проявляются во взаимодействии с активным металлом.
Информация о качественном и количественном составе вещества актуальна и для органических соединений. Например, зная количественное содержание компонентов в молекуле углеводорода, можно определить его принадлежность к определенному классу веществ.
Такая информация позволяет предугадывать химические и физические характеристики анализируемого углеводорода, выявлять его специфические свойства.
Например, зная, что в составе есть четыре атома углерода и десять водородов, можно сделать вывод о принадлежности данного вещества к классу предельных (насыщенных) углеводородов, имеющих общую формулу СпН2п+2. Для всех представителей данного гомологического ряда характерны реакции замещения по радикальному механизму, а также окисление кислородом воздуха.
Заключение
Любое неорганическое и органическое вещество имеет определенный количественный и качественный состав. Информация необходима для установления физических и химических свойств анализируемого неорганического соединения, а для органических веществ состав позволяет устанавливать принадлежность к классу, выявлять характерные и специфические химические свойства.
Каждое вещество характеризуется определенным качественным и количественным составом. Качественный и количественный состав вещества определяется с помощью специальных методов изучения.
Отличие качественного и количественного состава
Качественный состав вещества показывает, из атомов каких элементов оно состоит. Число атомов каждого элемента в составе мельчайшей частицы вещества характеризует его количественный состав.
Любое сложное вещество можно с помощью различных химических методов разложить на несколько новых веществ до тех пор, пока не получатся вещества, каждое из которых будет являться простым.
Сложные вещества, как и простые, имеют либо молекулярное, либо немолекулярное строение. При этом вещества молекулярного строения могут существовать в обычных условиях в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твердом
Вещества немолекулярного строения при обычных условиях — твердые кристаллы. При нагревании, достигающем несколько тысяч градусов, такие вещества плавятся, а затем переходят и в парообразное состояние.
Чтобы описать качественный состав вещества, перечисляют, атомы каких элементов входят в состав этого вещества.
При описании количественного состава молекулярного вещества указывают, атомы каких элементов и в каком количестве образуют молекулу данного вещества. При описании количественного состава немолекулярного вещества указывают отношение числа атомов каждого из элементов, входящих в состав этого вещества.
Количественный анализ — совокупность методов определения количественного состава тел, т. е. количественных соотношений, в которых находятся химические элементы или отдельные соединения в анализируемом веществе. Важнейшей характеристикой каждого метода количественного анализа является точность. Она выражается значением относительной ошибки, которая не должна в большинстве случаев превышать 1-2%. Такой показатель как чувствительность, в количественном анализе выражают в процентах.
Количественный анализ первоначально основывался на реакциях осаждения определяемых элементов в виде малорастворимых соединений, массу которых далее взвешивали.
Методы исследований
Для проведения качественного и количественного анализа состава вещества применяются идентичные методы исследования, но их результаты, в зависимости от поставленных задач, будут различны; это химические, физико-химические и физические.
Весь комплекс исследований в максимально короткие сроки и с высоким качеством проведут специалисты независимой лицензированной компании.