Как найти массовую долю смеси в химии

Я предыдущей статье “Массовая доля элемента в соединении” я обещала вам не ждать легкой жизни? Выполняю обещание. Сегодня поговорим о массовой доле элемента в смеси, о решении прямых и обратных задач, о нахождении массовой доли примесей по массовой доле элемента в составе основного вещества. Эти задачи достаточно запутанные, поэтому разбираться нужно тщательно. Чтобы понять, насколько это сложно, представим себе корзинку с осенним урожаем. Перцы и яблоки. Полюбуйтесь на них.

Секретная шпаргалка по химии. 3.2 Массовая доля элемента в смеси

Понравилось? Не расслабляйтесь. Нам предлагают задание – рассчитать массовую долю яблок в корзине, если известна массовая доля семян перца. Вы скажете, как это возможно? Как связаны яблоки с семенами перца? Это задание напоминает детскую загадку-белиберду “Летели два крокодила, один зеленый, другой на север. Сколько лет ежику?” Заинтриговала? Дочитайте статью до конца, и вы узнаете ответы на все вопросы, в том числе, и о крокодилах, и о ежике. А пока – берем в руки карандаш и бумагу и приступаем к тщательному анализу представленных ниже задач, поскольку такого типа задания пришли к нам из конкурсных экзаменов медицинских ВУЗов и МГУ и могут появиться в ЕГЭ или ДВИ.

Напомню основное понятие.

Массовая доля – число, показывающее отношение массы части к общей массе целого или по-другому, отношение массы компонента системы к массе всей системы. Эта величина обозначается греческой буквой “омега” и может выражаться в долях единицы или в процентах.

Секретная шпаргалка по химии. 3.2 Массовая доля элемента в смеси

Алгоритм решения задач с массовой долей элемента в смеси строится на основании Четырех Заповедей, но имеет свои особенности:

1) В предварительных расчетах необходимо рассчитать количество вещества элемента по его массе, представленной в условии задачи

2) Если в условии задачи указана массовая доля элемента, а нужно рассчитать массовую долю какого-либо компонента системы (другого вещества или примесей), необходимо конкретизировать задание, т.е. ввести свободный параметр (пусть масса всей системы была 100 г)

3) Сделать пересчеты с количества вещества атомов на количество вещества молекул и наоборот – Кульбиты с количеством вещества

4) Четвертую Заповедь (составить алгоритм решения) следует выполнять строго по правилам: читаем вопрос задачи, формулизируем его (по вопросу записываем формулу) и анализируем все составляющие формулы, используя данные предварительных расчетов.

На примерах задач разберем особенности их алгоритмики.

Задача 1

Из 50 г горной породы, содержащей минерал куприт, получили 40 г меди. Какова массовая доля куприта в породе?

Секретная шпаргалка по химии. 3.2 Массовая доля элемента в смеси

Задача 2

Рассчитайте массовую долю серебра в техническом препарате нитрата серебра, массовая доля примесей в котором 8%.

Секретная шпаргалка по химии. 3.2 Массовая доля элемента в смеси

Задача 3

Массовая доля азота в смеси фосфата аммония и дигидрофосфата аммония – 18,4%. Определите массовую долю фосфора в этой смеси.

Секретная шпаргалка по химии. 3.2 Массовая доля элемента в смеси

Уже все? Прочитали? Так дело не пойдет. Каждую задачу нужно записать на отдельном листочке бумаги, анализируя в уме выполняемые действия.

Думаю, после решения представленных задач вы сами уже знаете ответ на вопрос-интригу. Яблоки с семенами перца связаны общей массой в корзине, ежик прожил на свете определенное количество лет, да и крокодилы, как это ни странно, могут летать. В террариуме на самолете. Видите, сложное становится простым, если разложить все по полочкам. А теперь, самое время пробовать яблоки. Да-да, те самые яблоки на фото, последний привет ушедшего лета.

Ну как? Справились с задачами? Тяжело? Приходите ко мне на Мастер-классы “Решение задач по химии”. Занятие будет проходить динамично, интересно, результативно! Разберемся со всеми трудностями! Решим любые задачи! И вы блестяще сдадите ЕГЭ по химии, и станете студентом престижного медицинского ВУЗа!

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии http://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Звоните мне +7(903) 186-74-55. Приходите ко мне на курс, на Мастер-классы “Решение задач по химии” – и вы сдадите ЕГЭ с высочайшими баллами, и станете студентом престижного ВУЗа!

PS! Если вы не можете со мной связаться из-за большого количества звонков от моих читателей, пишите мне в личку ВКонтакте, или на Facebook. Я обязательно отвечу вам.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Массовая доля – один из важных параметров, который активно используется для расчетов и не только в химии. Приготовление сиропов и рассолов, расчет внесения удобрений на площадь под ту или иную культуру, приготовление и назначение лекарственных препаратов. Для всех этих расчетов нужна массовая доля. Формула для ее нахождения будет дана ниже.

В химии она рассчитывается:

  • для компонента смеси, раствора;
  • для составной части соединения (химического элемента);
  • для примесей к чистым веществам.

Раствор – это тоже смесь, только гомогенная.

Массовая доля – это отношение массы компонента смеси (вещества) ко всей его массе. Выражают в обычных числах или в процентах.

Формула для нахождения такая:

? = (m (сост. части) · m (смеси, в-ва)) / 100% .

Содержание:

  • Нахождение массовой доли химического элемента
  • Нахождение массовой доли вещества в смесях и растворах
  • Массовая доля примесей
  • Видео

Нахождение массовой доли химического элемента

Массовая доля химического элемента в веществе находится по отношению атомной массы химического элемента, умноженной на количество его атомов в этом соединении, к молекулярной массе вещества.

Например, для определения w кислорода (оксигена) в молекуле углекислого газа СО2 вначале найдем молекулярную массу всего соединения. Она составляет 44. В молекуле содержится 2 атома кислорода. Значит w кислорода рассчитываем так:

w(O) = (Ar(O) · 2 ) / Mr(СО2)) х 100%,

w(O) = ((16 · 2) / 44) х 100% = 72,73%.

Аналогичным образом в химии определяют, например, w воды в кристаллогидрате – комплексе соединения с водой. В таком виде в природе находятся многие вещества в минералах.

Например, формула медного купороса CuSO4 · 5H2O. Чтобы определить w воды в этом кристаллогидрате, нужно в уже известную формулу подставить, соответственно, Mr воды (в числитель) и общую m кристаллогидрата (в знаменатель). Mr воды 18, а всего кристаллогидрата – 250.

w( H2O ) = ((18 · 5) / 250 ) · 100% = 36%

Массовая для формула

Нахождение массовой доли вещества в смесях и растворах

Массовая доля химического соединения в смеси или растворе определяется по той же формуле, только в числителе будет масса вещества в растворе (смеси), а в знаменателе – масса всего раствора (смеси):

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% .

Следует обратить внимание, что массовая концентрация – это отношение массы вещества к массе всего раствора, а не только растворителя.

Например, растворили 10 г поваренной соли в 200 г воды. Нужно найти процентную концентрацию соли в полученном растворе.

Для определения концентрации соли нам нужна m раствора. Она составляет:

m (р-ра) = m (соли) + m (воды) = 10 + 200 = 210 (г).

Находим массовую долю соли в растворе:

? = ( 10 · 210) / 100% = 4,76%

Таким образом, концентрация поваренной соли в растворе составит 4,76%.

Если в условии задачи дается не m, а объем раствора, то его нужно перевести в массу. Делается это обычно через формулу для нахождения плотности:

p = m / V,

где m – масса вещества (раствора, смеси), а V – его объем.

Такую концентрацию используют чаще всего. Именно ее имеют в виду (если нет отдельных указаний), когда пишут о процентном содержании веществ в растворах и смесях.

Нахождение массовой доли

Массовая доля примесей

В задачах часто дается концентрация примесей в веществе или вещества в его минералах. Следует обратить внимание на то, что концентрация (массовая доля) чистого соединения будет определяться путем вычитания из 100% доли примеси.

Например, если говорится, что из минерала получают железо, а процент примесей 80%, то чистого железа в минерале 100 – 80 = 20%.

Соответственно, если написано, что в минерале содержится только 20% железа, то во все химические реакции и в химическом производстве будут участвовать именно эти 20%.

Например, для реакции с соляной кислотой взяли 200 г природного минерала, в котором содержание цинка 5%. Для определения массы взятого цинка пользуемся той же формулой:

? = (m (в-ва) · m (р-ра)) / 100% ,

из которой находим неизвестную m раствора:

m (Zn) = ( w · 100% ) / m (минер.)

m (Zn) = (5 · 100) / 200 = 10 (г)

То есть, в 200 г взятого для реакции минерала содержится 5% цинка.

Задача. Образец медной руды массой 150 г содержит сульфид меди одновалентной и примеси, массовая доля которых составляет 15%. Вычислите массу сульфида меди в образце.

Решение задачи возможно двумя способами. Первый – это найти по известной концентрации массу примесей и вычесть ее из общей m образца руды. Второй способ – это найти массовую долю чистого сульфида и по ней уже рассчитать его массу. Решим обоими способами.

  • I способ

Вначале найдем m примесей в образце руды. Для этого воспользуемся уже известной формулой:

? = ( m (примесей) · m (образца)) / 100% ,

m(примес.) = (w · m (образца)) · 100% , (А)

m(примес.) = (15 · 150) / 100% = 22,5 (г).

Теперь по разности найдем количество сульфида в образце:

150 – 22,5 = 127,5 г

  • II способ

Вначале находим w соединения:

100 – 15 = 85%

А теперь по ней, воспользовавшись той же формулой, что и в первом способе (формула А), найдем m сульфида меди:

m(Cu2S) = (w · m (образца)) / 100% ,

m(Cu2S) = (85 · 150) / 100% = 127,5 (г).

Ответ: масса сульфида меди одновалентного в образце составляет 127,5 г.

Видео

Из видео вы узнаете, как правильно производить рассчеты по химическим формулам и как найти массовую долю.

Определение массовой доли (ω) вещества

Многие характеристики вещества являются суммой нескольких составляющих, каждая из которых представляет определенную долю от целого.
Математически долю каждой составляющей определяют как частное от деления части на целое (меньшей величины на большую).

Важными характеристиками состава многокомпонентных систем (молекул, смесей веществ, растворов, сополимеровСополимеры – высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат два (и более) типа структурных звеньев.) являются массовые, мольные и объёмные доли отдельных компонентов.

Массовая доля компонента (вещества, химического элемента) – содержание компонента в многокомпонентной системе (смеси веществ, растворе, молекуле), определяемое как отношение массы этого компонента к суммарной массе всех компонентов системы.

Таким образом, для нахождения массовой доли вещества в смеси (и решения обратной задачи) служит соотношение:

ω(вещества) = m(вещества) / m(смеси).

Массовую долю элемента в веществе можно определить, используя молярные массы:

ω(элемента) = M(элемента) / M(вещества).

Например, массовая доля водорода ω(H) в этиловом спирте С2Н5ОН вычисляется следующим образом:
Массовая доля водорода

Часто долю выражают в процентах. Для этого полученный результат умножают на 100. То есть в данном случае ω(H)=13%. Это означает, что в каждом г (кг, т) С2Н6O содержится 0,13 г (кг, т) водорода или каждые 100 г (кг, т) С2Н6O содержат 13 г (кг, т) водорода.

Задача 1. Вычислить массовые доли каждого из элементов, входящих в состав углеводорода, формула которого C6H12.

Решение задачи 1

Задача 2. Из нефти получают бензин (массовая доля его в нефти составляет 25%) и мазут (55%). При дальнейшей переработке мазута получают еще некоторое количество бензина (60% от массы мазута). Рассчитайте массу бензина, который будет получен из нефти массой 200 кг.

Решение задачи 2

Задача 3. Смесь ацетата натрия с избытком гидроксида натрия прокалили. После прокаливания масса сухого остатка оказалась в 1,136 раза меньше массы исходной смеси. Вычислите массовые доли компонентов исходной смеси.

Решение
При сплавлении ацетата натрия CH3COONa с гидроксидом натрия образуется метан CH4 (реакция Дюма).
Уравнение реакции:

Решение задач с долей вещества в смеси, в соединении

Ключевые слова конспекта: массовая доля вещества в смеси или растворе, молярная доля вещества, объемная доля вещества, массовая доля элемента в соединении, масса элемента, массовая доля элемента.


 Массовую долю вещества в смеси или растворе вычисляют как отношение массы вещества, входящего в состав смеси, к массе всей смеси. Массовую долю часто выражают в процентах. Для этого отношение массы вещества к массе смеси умножают на 100%:

Аналогично объемную долю вещества вычисляют как отношение объема вещества к объему смеси, а молярную долю вещества — как отношение количества вещества одного из компонентов смеси к сумме количеств веществ всех компонентов смеси:

Массовую долю элемента в соединении вычисляют как отношение массы элемента, входящего в состав данного соединения, к массе всего соединения:

Зная молекулярную формулу соединения, массу элемента, входящего в его состав, вычисляют как произведение молярной массы элемента на число атомов этого элемента в соединении.

В этом случае массовую долю элемента в соединении рассчитывают как отношение этой величины к молярной массе всего соединения:

Цитаты из пособия «Задачи по химии 8-9 кл.» (авт. О.С. Габриелян и др.) использованы в учебных целях. Ссылка на покупку книги указана в конце конспекта.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1.
25 г оксида магния смешали с 35 г оксида алюминия. Определите массовую долю оксида магния в данной смеси.

Ответ. ω(MgO) = 0,417, или 41,7%.

Задача № 2.
Вычислите объемную долю азота в смеси газов, содержащей 32 л азота, 48 л углекислого газа, 36 л гелия и 14 л водорода.

Ответ. φ(N2) = 0,246, или 24,6%.

Задача № 3.
Вычислите молярную и массовую долю (в %) оксида углерода (II) в смеси, содержащей 16,8 л (н. у.) оксида углерода (II) и 13,44 л (н. у.) оксида углерода (IV).

Ответ. χ(СО) = 55,56%, ω(СО) = 44,3%.

Задача № 4.
В воде растворили 15 г хлорида натрия. Вычислите массу полученного раствора, если массовая доля соли в нем равна 5%.

Ответ: m(р-ра) = 300 г.

Задача № 5.
Образец сплава меди с цинком имеет массу 75 г. Массовая доля меди в этом сплаве равна 64%. Определите массу цинка в данном образце.

Ответ. m(Zn) = 27 г.

[highlight]Задача № 6.[/highlight] Объемная доля аммиака в смеси с кислородом равна 40%. Вычислите плотность данной смеси по воздуху.

Посмотреть РЕШЕНИЕ

Ответ. Dвозд(смеси) = 0,896.

Задача № 7.
Найдите массовую долю кислорода в фосфате натрия.

Посмотреть РЕШЕНИЕ

Ответ. ω (O) = 39%.

[highlight]Задача № 8.[/highlight] Определите массовую долю фосфора в смеси, содержащей 55 г фосфата натрия и 70 г дигидрофосфата натрия.

Посмотреть РЕШЕНИЕ

Ответ. ω(Р) = 22,77%

[highlight]Задача № 9.[/highlight] Массовая доля серы в техническом сульфате натрия равна 20,48%. Рассчитайте массовую долю примесей в данном продукте (в %).

Посмотреть РЕШЕНИЕ

Ответ. ω (примесей) = 9,12%.

Задача № 10.
Плотность смеси оксида азота (II) и оксида азота (IV) по водороду равна 17,8. Найдите массовую долю оксида азота (IV) в данной смеси.

Посмотреть РЕШЕНИЕ

Ответ. ω(NO2) = 45,2%.


Решение задач с долей вещества в смеси, в соединении. Выберите дальнейшие действия:

  • Перейти к следующей теме: Решение задач на вывод формул соединений
  • Вернуться к списку конспектов по Химии.
  • Проверить знания по Химии.
  • Купить книгу Задачи по химии и способы их решения. 8-9 кл. / О.С. Габриелян и др. — М.: Дрофа.

Концентра́ция или до́ля компонента смеси — величина, количественно характеризующая содержание компонента относительно всей смеси. Терминология ИЮПАК под концентрацией компонента понимает четыре величины: соотношение молярного, или численного количества компонента, его массы, или объёма исключительно к объёму раствора[1] (типичные единицы измерения — соответственно моль/л, л−1, г/л, и безразмерная величина). Долей компонента ИЮПАК называют безразмерное соотношение одной из трёх однотипных величин — массы, объёма или количества вещества.[2] Однако в обиходе термин «концентрация» могут применять и для долей, не являющихся объёмными долями, а также к соотношениям, не описанным ИЮПАК. Оба термина могут применяться к любым смесям, включая механические смеси, но наиболее часто применяются к растворам.

Можно выделить несколько типов математического описания: массовая концентрация, молярная концентрация, концентрация частиц и объемная концентрация[3].

Эти стаканы, содержащие красный краситель, демонстрируют качественные изменения концентрации. Растворы слева более разбавлены, по сравнению с более концентрированными растворами справа.

Массовая доля[править | править код]

Массовая доля

определение Массовая доля компонента — отношение массы данного компонента к сумме масс всех компонентов.
обозначение w — по рекомендациям ИЮПАК[4].

omega — чаще в русскоязычной литературе.

В технической литературе:

{displaystyle {bar {x}}} — для массовой доли жидкой смеси

{displaystyle {bar {y}}} — для массовой доли газовой смеси

единицы измерения доли,

%масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %)

формула {displaystyle omega _{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m}}}где:

  • ωB — массовая доля компонента B
  • mB — масса компонента B;
  • m — общая масса всех компонентов смеси.

В бинарных растворах часто существует однозначная (функциональная) зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят два измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.

Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в электролите аккумуляторных батарей) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.

Объёмная доля[править | править код]

Объёмная доля

определение Объёмная доля — отношение объёма компонента к сумме объёмов компонентов до смешивания.
обозначение {displaystyle phi _{mathrm {B} }}
единицы измерения доли единицы,

%об (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)

формула
{displaystyle phi _{mathrm {B} }={frac {V_{mathrm {B} }}{sum V_{i}}}},

где:

  • {displaystyle phi _{mathrm {B} }} — объёмная доля компонента B,
  • VB — объём компонента B;
  • {displaystyle sum V_{i}} — сумма объёмов всех компонентов до смешивания.

При смешивании жидкостей их суммарный объём может уменьшаться, поэтому не следует заменять сумму объёмов компонентов на объём смеси.

Как было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.

Молярность (молярная объёмная концентрация)[править | править код]

Молярная концентрация (молярность, мольность[5])

определение Молярность — количество вещества (число молей) компонента в единице объёма смеси.
обозначение По рекомендации ИЮПАК, обозначается буквой c или {displaystyle [B]}, где B — вещество, концентрация которого указывается.[6]
единицы измерения В системе СИ — моль/м³

На практике чаще — моль/л или ммоль/л.
Также используют выражение «в молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации, которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным, записывают «0,5 M».

Примечание: После числа пишут «моль», подобно тому, как после числа пишут «см», «кг» и т. п., не склоняя по падежам.

формула
{displaystyle {c_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{V}}},

где:

  • {displaystyle n_{mathrm {B} }} — количество вещества компонента, моль;
  • V — общий объём смеси, л

Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, «нормальность»)[править | править код]

Нормальная концентрация (молярная концентрация эквивалента, «нормальность»)

определение Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре смеси.
обозначение {displaystyle C_{N}(B)}, {displaystyle C_{H}(B)}, {displaystyle c(f_{eq}~mathrm {B} )}
единицы измерения Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
формула
{displaystyle c(f_{eq}~mathrm {B} )=c{big (}(1/z)~mathrm {B} {big )}=zcdot c_{mathrm {B} }=zcdot {frac {n_{mathrm {B} }}{V}}={frac {1}{f_{eq}}}cdot {frac {n_{mathrm {B} }}{V}}},

где:

  • {displaystyle n_{mathrm {B} }} — количество вещества компонента, моль;
  • V — общий объём смеси, литров;
  • z — число эквивалентности (фактор эквивалентности f_{{eq}}=1/z).

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H2SO4 будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO4, и двухнормальным в реакции с образованием K2SO4.

Мольная (молярная) доля[править | править код]

Мольная (молярная) доля

определение Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов.
обозначение ИЮПАК рекомендует обозначать мольную долю буквой x (а для газов — y)[7], также в литературе встречаются обозначения chi , X.
единицы измерения Доли единицы или %мольн (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)
формула
{displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {n_{mathrm {B} }}{sum n_{i}}}}, где:
  • {displaystyle x_{mathrm {B} }} — мольная доля компонента B;
  • {displaystyle n_{mathrm {B} }} — количество компонента B, моль;
  • sum n_{i} — сумма количеств всех компонентов.

Мольная доля может использоваться, например, для количественного описания уровня загрязнений в воздухе, при этом её часто выражают в частях на миллион (ppm — от англ. parts per million). Однако, как и в случае с другими безразмерными величинами, во избежание путаницы, следует указывать величину, к которой относится указанное значение.

Моляльность (молярная весовая концентрация, моляльная концентрация)[править | править код]

Моляльная концентрация (моляльность,[5] молярная весовая концентрация) 

определение Моляльная концентрация (моляльность,[5] молярная весовая концентрация) — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя.
обозначение mПримечание: чтобы не путать с массой, в тех формулах где применяется моляльность, массу обозначают как g
единицы измерения моль/кг.

Также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным.

формула
{displaystyle {m_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {A} }}}},

где:

  • {displaystyle n_{mathrm {B} }} — количество растворённого вещества, моль;
  • {displaystyle m_{mathrm {A} }} — масса растворителя, кг.

Следует обратить особое внимание, что, несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.

Массовая концентрация (Титр)[править | править код]

Массовая концентрация (Титр)

определение Массовая концентрация — отношение массы растворённого вещества к объёму раствора.
обозначение gamma или rho — по рекомендации ИЮПАК[8].

T — в аналитической химии

единицы измерения доли,

%масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %)

формула
{displaystyle rho _{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{V}}}.

где:

  • {displaystyle m_{mathrm {B} }} — масса растворённого вещества;
  • V — общий объём раствора;

В аналитической химии используется понятие титр по растворённому или по определяемому веществу (обозначается буквой T).

Концентрация частиц[править | править код]

определение Концентрация частиц — отношение числа частиц N к объёму V, в котором они находятся
обозначение C — по рекомендации ИЮПАК[9].

однако также часто встречается обозначение n (не путать с количеством вещества).

единицы измерения м−3 — в системе СИ,

1/л

формула
{displaystyle C_{mathrm {B} }={frac {N_{mathrm {B} }}{V}}={frac {n_{mathrm {B} }cdot N_{mathrm {A} }}{V}}=c_{mathrm {B} }cdot N_{mathrm {A} }},

где:

  • {displaystyle N_{mathrm {B} }} — количество частиц,
  • V — объём,
  • {displaystyle {ce {n_{mathrm {B} }}}} — количество вещества B,
  • {displaystyle N_{mathrm {A} }} — постоянная Авогадро,
  • {displaystyle c_{mathrm {B} }} — молярная концентрация B.

Весообъёмные (массо-объёмные) проценты[править | править код]

Иногда встречается использование так называемых «весообъёмных процентов»[10], которые соответствуют массовой концентрации вещества, где единица измерения г/(100 мл) заменена на процент. Этот способ выражения используют, например, в спектрофотометрии, если неизвестна молярная масса вещества или если неизвестен состав смеси, а также по традиции в фармакопейном анализе.[11] Стоит отметить, что поскольку масса и объём имеют разные размерности, использование процентов для их соотношения формально некорректно. Также международное бюро мер и весов[12] и ИЮПАК[13] не рекомендуют добавлять дополнительные метки (например «% (m/m)» для обозначения массовой доли) к единицам измерения.

Другие способы выражения концентрации[править | править код]

Существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, при приготовлении растворов кислот в лабораторной практике часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). Иногда используют также отношение масс (отношение массы растворённого вещества к массе растворителя) и отношение объёмов (аналогично, отношение объёма растворяемого вещества к объёму растворителя).

Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства[править | править код]

В связи с тем, что моляльность, массовая доля, мольная доля не включают в себя значения объёмов, концентрация таких растворов остаётся неизменной при изменении температуры. Молярность, объёмная доля, титр, нормальность изменяются при изменении температуры, так как при этом изменяется плотность растворов. Именно моляльность используется в формулах повышения температуры кипения и понижения температуры замерзания растворов.

Разные виды выражения концентрации растворов применяются в разных сферах деятельности, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т. п.

Формулы перехода от одних выражений концентраций к другим[править | править код]

В зависимости от выбранной формулы погрешность конвертации колеблется от нуля до некоторого знака после запятой.

От молярности к нормальности[править | править код]

{displaystyle {c((1/z)~mathrm {B} )}={c_{mathrm {B} }}cdot {z}},

где:

От молярности к титру[править | править код]

{displaystyle {T}={c_{mathrm {B} }}cdot {M}},

где:

  • {displaystyle {c_{mathrm {B} }}} — молярная концентрация;
  • M — молярная масса растворённого вещества.

Если молярная концентрация выражена в моль/л, а молярная масса — в г/моль, то для выражения ответа в г/мл его следует разделить на 1000 мл/л.

От массовой доли к молярности[править | править код]

{displaystyle c_{mathrm {B} }={frac {rho cdot omega _{mathrm {B} }}{M(mathrm {B} )}}},

где:

Если плотность раствора выражена в г/мл, а молярная масса в г/моль, то для выражения ответа в моль/л выражение следует домножить на 1000 мл/л. Если массовая доля выражена в процентах, то выражение следует также разделить на 100 %.

От массовой доли к титру[править | править код]

{displaystyle {T}={rho }cdot {omega }},

где:

От моляльности к молярности[править | править код]

{displaystyle {c_{mathrm {B} }}=m_{mathrm {B} }{frac {mathrm {m} (A)}{V}}}

где:

  • {displaystyle m_{mathrm {B} }} — моляльность,
  • {displaystyle mathrm {m} (A)} — масса растворителя,
  • V — суммарный объём раствора,

От моляльности к мольной доле[править | править код]

{displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {B} }+{frac {1}{M(mathrm {A} )}}}}},

где:

  • {displaystyle m_{mathrm {B} }} — моляльность,
  • {displaystyle M(mathrm {A} )} — молярная масса растворителя.

Если моляльность выражена в моль/кг, а молярная масса растворителя в г/моль, то единицу в формуле следует представить как 1000 г/кг, чтобы слагаемые в знаменателе имели одинаковые единицы измерения.

Сводная таблица[править | править код]

Формулы перехода от одних выражений концентраций к другим

ωB φB xB cB CB mB TB
массовая доля г/г ωB {displaystyle omega _{mathrm {B} }={frac {mathrm {m} (B)}{mathrm {m} }}} {displaystyle omega _{mathrm {B} }=phi _{mathrm {B} }{frac {rho (B)}{rho }}} {displaystyle omega _{B}={frac {1}{{frac {M_{mathrm {A} }}{M_{mathrm {B} }}}({frac {1}{x_{mathrm {B} }}}-1)+1}}} {displaystyle omega _{B}={frac {M_{B}cdot c_{mathrm {B} }}{rho }}} {displaystyle omega _{B}={frac {M_{B}cdot c_{mathrm {B} }}{rho cdot N_{A}}}} {displaystyle omega _{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {B} }+{frac {1}{M_{B}}}}}} {displaystyle omega _{B}={frac {T_{B}}{rho }}}
объёмная доля л/л φB {displaystyle phi _{mathrm {B} }={frac {omega _{B}}{rho (B)/rho }}} {displaystyle phi _{mathrm {B} }={frac {V_{mathrm {B} }}{V}}}
мольная доля моль/моль xB {displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {1}{{frac {M_{mathrm {B} }}{M_{mathrm {A} }}}({frac {1}{omega _{B}}}-1)+1}}} {displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {n_{mathrm {B} }}{n}}} {displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {c_{mathrm {B} }cdot V}{n}}} {displaystyle x_{mathrm {B} }={frac {m_{mathrm {B} }}{m_{mathrm {B} }+{frac {1}{M_{A}}}}}}
молярность моль/л cB {displaystyle c_{mathrm {B} }={frac {rho cdot omega _{B}}{M_{B}}}} {displaystyle c_{mathrm {B} }={frac {x_{mathrm {B} }cdot n}{V}}} {displaystyle {c_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{V}}} {displaystyle {c_{mathrm {B} }}=m_{mathrm {B} }{frac {mathrm {m} (A)}{V}}}
нормальность моль-экв/л c((1/z) B) {displaystyle c((1/z)~mathrm {B} )={frac {rho cdot omega _{B}}{M_{B}}}cdot z} {displaystyle {c((1/z)~mathrm {B} )}={c_{mathrm {B} }}cdot {z}}
концентрация частиц 1/л CB {displaystyle C_{mathrm {B} }={frac {rho cdot omega _{B}}{M_{B}}}cdot N_{A}} {displaystyle C_{mathrm {B} }=c_{mathrm {B} }cdot N_{mathrm {A} }} {displaystyle C_{mathrm {B} }={frac {N_{mathrm {B} }}{V}}}
моляльность моль/кгр-ля mB {displaystyle m_{mathrm {B} }={frac {omega _{B}}{M_{B}(1-omega _{B})}}} {displaystyle {m_{mathrm {B} }}={frac {n_{mathrm {B} }}{mathrm {m} (A)}}}
титр г/мл TB {displaystyle {T_{B}}={rho }cdot {omega _{B}}} {displaystyle {T_{B}}={c_{mathrm {B} }}cdot {M}} {displaystyle T_{mathrm {B} }={frac {mathrm {m} (B)}{V}}}
  • {displaystyle m_{mathrm {B} }} — моляльность вещества B,
  • {displaystyle mathrm {m} (B)} — масса вещества B,
  • {displaystyle mathrm {m} (A)} — масса растворителя,
  • {displaystyle mathrm {m} } — масса раствора,
  • T_{B} — титр (массовая концентрация) B,
  • {displaystyle rho (B)} — плотность вещества B,
  • rho — плотность раствора,
  • V — суммарный объём раствора,
  • {displaystyle N_{mathrm {A} }} — постоянная Авогадро,
  • {displaystyle N_{mathrm {B} }} — количество частиц вещества В,
  • {displaystyle n_{mathrm {B} }} — количество вещества В,
  • n — количество раствора,
  • M — молярная масса,

Примечания[править | править код]

  1. International Union of Pure and Applied Chemistry. concentration (англ.) // IUPAC Compendium of Chemical Terminology. — Research Triagle Park, NC: IUPAC. — ISBN 0967855098. — doi:10.1351/goldbook.C01222. Архивировано 20 июля 2018 года.
  2. International Union of Pure and Applied Chemistry. fraction (англ.) // IUPAC Compendium of Chemical Terminology. — Research Triagle Park, NC: IUPAC. — ISBN 0967855098. — doi:10.1351/goldbook.F02494. Архивировано 20 августа 2018 года.
  3. IUPAC Gold Book internet edition: «concentration».
  4. International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – mass fraction, w (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 13 декабря 2018 года.
  5. 1 2 3 Z. Sobecka, W. Choiński, P. Majorek. Dictionary of Chemistry and Chemical Technology: In Six Languages: English / German / Spanish / French / Polish / Russian. — Elsevier, 2013-09-24. — С. 641. — 1334 с. — ISBN 9781483284439.
  6. International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – amount concentration, c (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 21 декабря 2018 года.
  7. International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – amount fraction, x ( y for gaseous mixtures) (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 22 декабря 2018 года.
  8. International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – mass concentration, γ, ρ (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 16 декабря 2018. Архивировано 7 декабря 2018 года.
  9. International Union of Pure and Applied Chemistry. IUPAC Gold Book – number concentration, C,n (англ.). goldbook.iupac.org. Дата обращения: 11 декабря 2018. Архивировано 22 декабря 2018 года.
  10. Способы приготовления растворов на МедКурс. Ru. Дата обращения: 24 апреля 2012. Архивировано 29 октября 2012 года.
  11. Бернштейн И. Я., Каминский Ю. Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии. — 2-е изд. — Ленинград: Химия, 1986. — с. 5
  12. The International System of Units (SI). www.bipm.org. Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из оригинала 14 августа 2017 года.
  13. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. www.iupac.org. Дата обращения: 23 декабря 2018. Архивировано из оригинала 20 декабря 2016 года.

Добавить комментарий