Как найти процент вещества в химии

Была ли эта статья полезной?

По
формуле химического соединения можно
вычислить процентное содержание каждого
из элементов, образующих данное химическое
соединение.

Процентное
содержание элемента в веществе – это
отношение количества элемента,
содержащегося в молекуле вещества, к
массе всей молекулы, выраженное в
процентах.

Пример.
Вычислить процентное содержание меди
в оксиде меди (II)
CuO.

Решение:

Молекулярная
масса оксида меди (II)
CuO
равна 64+16=80. В 1 моле CuO,
масса которого 80 г , на долю Cu
приходиться 64 г , что составляет

от массы 1 моль. Чтобы выразить эту дробь
в процентах, надо умножить её на 100:

×100=80

Следовательно,
в оксиде меди (II)
CuO
содержится 80% меди.

Справочный
материал:

Массовая
доля — отношение массы растворённого
вещества к массе раствора. Массовая
доля измеряется в долях единицы или
процентах( долю умножают на 100%)

(*100%)

где:

m1
— масса растворённого вещества, г ;

m
— общая масса раствора.

Задания:

1)Вычислить
в перечисленных здесь веществах
процентное содержание элемента: а)
водорода в гашеной извести Ca(OH)₂,
соляной кислоте HCl
и метане CH₄;
б) кислорода в окиси меди CuO,
окиси ртути HgO,
окиси железа Fe₂O₃;
в) азота в азотной кислоте HNO₃,
аммиаке NH₃,
нашатыре NH₄Cl;
г) серы в сернистом железе FeS,
сернистом газе SO₂,
серной кислоте H₂SO₄.
(Ответ: а) 2,7%; 2,7%; 25% ; б)20,1%, 6,25%, 30,0%, в)22,22%,
82,4%, 26,2% , г)36,4%, 50,0%, 32,7%)

2)Технический
хлористый алюминий содержит 98% AlCl₃;
остальное сосавляют примеси. Вычислить
процентное содержание хлора в этом
химическом продукте. (Ответ: 78,2%)

3)Неочищенный
сульфат магния содержит 96% MgSO₄
( остальное – примеси, не содержащие
магния). Сколько магния содержит этот
химический продукт? (Ответ: 19,2%)

1.4 Вычисление процентного состава химического соединения по химической формуле соединения.

Результаты
химического анализа веществ принято
выражать процентным содержанием
элементов, образующих исследуемое
химическое соединение. Вычислить
процентный состав сложного вещества –
это определить процентное содержание
каждого элемента, входящего а его состав.

Пример.
Вычислить процентный состав едкого
натра NaOH.

Решение:

Молекулярная
масса NaOH
равна 23+16+1=40.

1
моль=40 г.

Вычисляем
процентное содержание натрия:

×100=57,5
(%).

Вычисляем
процентное содержание кислорода:

×100=40
(%).

Вычисляем
процентное содержание водорода:

×100=2,5
(%).

Ответ:
в едком натре содержится натрия – 57,5%,
кислорода – 40% и водорода – 2,5%.

Задания:

1)Сколько
азота содержится в: а) натриевой селитре
NaNO₃;
б) сульфате аммония (NH₄)₂SO₄;
в) цианамиде кальция CaCN₂?
(Ответ: а)16,47%; б)21,21%; в)35% )

2)Сколько
фосфора находится в: а) 1 кг костяной
муки, содержащей 88% Ca₃(PO₄)₂;
б) 2 т фосфоритной муки, содержащей 82%
Ca₃(PO₄)₂;
в) 0,5 т двойного суперфосфата, содержащего
92% Ca(H₂PO₄)₂?
(Ответ: а) 0,176 кг; б) 164кг; в) 50,34 кг.)

3)Вычислить
процентный состав следующих веществ:
а) едкого кали KOH;
б) угольной кислоты H₂CO₃;
в) сернистой кислоты H₂SO₃;
г) хлористого хрома CrCl₂;
д) сернокислого кальция CaSO₄;
е) азотнокислого магния Mg(NO₃)₂;
ж) сернокислого железа Fe₂(SO₄)₃;
з) Фосфорнокислого кальция Ca₃(PO₄)₂;
и) соды Na₂CO₃;
к) известняка CaCO₃.
(Ответ: а)70,2%, 28,1%, 1,75%, б)3,22%, 19,35, 77,4%; в)
5,2%; 39%; 55,8%; г) 42,6%, 57,3%; д) 29,4%, к) 40%; 12%; 48%);

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Химическая формула соединения рассказывает нам не только о том, из каких элементов состоит вещества, но и о соотношении элементов в веществе. Давайте, например, посмотрим на серную кислоту Н2SO4 и сернистую кислоту H2SO3. Это два разных вещества, хотя оба состоят из водорода Н, серы S и кислорода О. Но из-за того, что соотношения элементов в них разное (в серной кислоте 4 атома кислорода, а в сернистой – 3), свойства у них тоже разные.

Используя химическую формулу, можно узнать и массовую доля элемента в соединении.

Массовая доля элемента в соединении показывает, какую часть составляет масса конкретного элемента от массы вещества.

Чтобы понять это сложное (на первый взгляд сложное, на самом деле оно простое) определения, представьте, что вы принесли из магазина пакет с покупками. В нём батон хлеба, пачка масла, два эскимо и упаковка чипсов. Весит пакет 1 килограмм. Какой вклад в это вносят чипсы? Пусть чипсы весят 50 граммов. Значит, от 1 килограмма (всей массы пакета с покупками) на чипсы приходится всего 50 граммов. Значит, можно посчитать, что чипсы – всего лишь 0,05 часть от всей массы пакета с покупками (50/1000=0,05).

Более удобно вычислять массовую долю в процентах, поэтому можно записать простую пропорцию:

1 килограмм (весь пакет с покупками) – 100%

50 граммов (упаковка чипсов) – Х%

Отсюда Х=50 г*100%/1000 г=5%. То есть массовая доля чипсов в пакете с покупками – 5%.

Теперь перейдём от покупок в супермаркете к химическим формулам.

Пример 1.

Определите массовую долю водорода и хлора в хлориде водорода.

Решение:

Формула хлорида водорода HCl. Чтобы определить массовые доли, нужно посчитать по таблице Менделеева молекулярную массу хлорида водорода. Она составляет 36,5 (1+35,5).

Из формулы мы видим, что в составе молекулы 1 атом водорода и 1 атом хлора. Обязательно обращайте на это внимание! Из примеров ниже будет видно, что это очень важно. Итак, составим пропорцию для определения массовой доли водорода:

36,5 (молекулярная масса соединения) – 100%

1 (атомная масса 1 атома водорода, входящего в соединение) – Х%

Отсюда Х=1*100/36,5=2,7%

Аналогично для хлора:

36,5 (молекулярная масса соединения) – 100%

35,5 (атомная масса 1 атома водорода, входящего в соединение) – Y%

Y=35,5*100/36,5=97,3%.

Таким образом, ответ: в хлориде водорода массовая доля водорода 2,7%, массовая доля хлора 97,3%.

Не лишним будет себя проверить, сложив все массовые доли. В сумме они должны давать 100 процентов. В нашем случае массовая доля водорода 2,7%+массовая доля хлора 97,3%=100%. Значит, мы всё сделали верно.

Пример 2.

Определите массовые доли углерода и кислорода в углекислом газе.

Решение:

Формула углекислого газа СО2. Обратите внимание, что здесь 2 атома кислорода. Это очень важно!

Теперь посчитаем молекулярную массу СО2, используя периодическую таблицу. Она будет равна 44: 12 (атомная масса углерода)+2*16 (атомная масса кислорода, умноженная на 2, потому что в формуле 2 атома кислорода).

Переходим к расчёту массовых долей с помощью пропорций.

Для углерода:

44 (молекулярная масса СО2) – 100%

12 (атомная масса 1 атома углерода) – Х%

Х=12*100/44=27,3%

Для кислорода:

44 (молекулярная масса СО2) – 100%

32 (масса 2 атомов кислорода, входящих в формулу) – Y%

Y=32*100/44=72,7%

Здесь мы взяли не 16 (атомная масса кислорода), а 32 потому, что в формуле СО2 2 атома кислорода. Помните, что выше я обращала на это внимание? Не упускайте это из виду, иначе будут ошибки.

Но ответ мы уже получили: в углекислом газе массовая доля углерода 27,3%, массовая доля кислорода 72,7%. (Проверим себя, сложив массовые доли: 27,3+72,7=100. Значит, всё верно).

Пример 3.

Этот пример от строгого репетитора по химии, который готовит к огэ по химии. Итак, найдите массовые доли алюминия и кислорода в оксиде алюминия.

Решение:

Формула оксида алюминия Al2O3. Не забудьте учесть число атомов алюминия и кислорода (как в примере выше)!

Сначала найдём молекулярную массу оксида алюминия, пользуясь таблицей Менделеева. Атомная масса алюминия 27, атомная масса кислорода 16. Молекулярная масса Al2O3 2*27+3*16 (потому что у нас 2 атома алюминия и 3 атома кислорода)=102.

Рассчитываем массовые доли.

Для алюминия:

102 (молекулярная масса Al2O3) – 100%

54 (масса 2 атомов алюминия, входящих в формулу) – Х%

Х=54*100/102=52,9%

Для кислорода:

102 (молекулярная масса Al2O3) – 100%

48 (масса 3 атомов кислорода, входящих в формулу) – Y%

Y=48*100/102=47,1%

Ответ: в оксиде алюминия массовая доля алюминия 52,9%, массовая доля кислорода 47,1% (проверка: 52,9+47,1=100).

А можно узнать формулу соединения, если известны массовые доли? И сделать это очень просто.

Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

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].

Массовая доля[править | править код]

Массовая доля

определение	Массовая доля компонента — отношение массы данного компонента к сумме масс всех компонентов.
обозначение	— по рекомендациям ИЮПАК[4]. — чаще в русскоязычной литературе. В технической литературе: — для массовой доли жидкой смеси — для массовой доли газовой смеси
единицы измерения	доли, %масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %)
формула	где: ωB — массовая доля компонента B mB — масса компонента B;  — 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
единицы измерения	доли единицы, %об (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)
формула	, где:  — объёмная доля компонента B, VB — объём компонента B;  — 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 или , 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	, где:  — 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	, ,
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	, где:  — количество вещества компонента, моль;  — общий объём смеси, литров;  — число эквивалентности (фактор эквивалентности ).

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 (а для газов — )[7], также в литературе встречаются обозначения , .
единицы измерения	Доли единицы или %мольн (ИЮПАК не рекомендует добавлять дополнительные метки после знака %)
формула	, где:  — мольная доля компонента B;  — количество компонента B, моль;  — 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	Примечание: чтобы не путать с массой, в тех формулах где применяется моляльность, массу обозначают как
единицы измерения	моль/кг. Также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным.
формула	, где:  — количество растворённого вещества, моль;  — 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	или — по рекомендации ИЮПАК[8]. — в аналитической химии
единицы измерения	доли, %масс (для выражения в %масс следует умножить указанное выражение на 100 %)
формула	. где:  — масса растворённого вещества;  — общий объём раствора;

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

Концентрация частиц[править | править код]

определение	Концентрация частиц — отношение числа частиц N к объёму V, в котором они находятся
обозначение	— по рекомендации ИЮПАК[9]. однако также часто встречается обозначение (не путать с количеством вещества).
единицы измерения	м−3 — в системе СИ, 1/л
формула	, где:  — количество частиц,  — объём,  — количество вещества B,  — постоянная Авогадро,  — 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]

,

где:

От молярности к титру[править | править код]

,

где:

•  — молярная концентрация;
•  — 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]

,

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]

,

где:

От моляльности к молярности[править | править код]

где:

•  — моляльность,
• — масса растворителя,
•  — суммарный объём раствора,

От моляльности к мольной доле[править | править код]

,

где:

•  — моляльность,
•  — 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
объёмная доля	л/л	φB
мольная доля	моль/моль	xB
молярность	моль/л	cB
нормальность	моль-экв/л	c((1/z) B)
концентрация частиц	1/л	CB
моляльность	моль/кгр-ля	mB
титр	г/мл	TB

•  — моляльность вещества B,
• — масса вещества B,
• — масса растворителя,
• — масса раствора,
• — титр (массовая концентрация) B,
• — плотность вещества B,
• — плотность раствора,
•  — суммарный объём раствора,
•  — постоянная Авогадро,
•  — количество частиц вещества В,
•  — количество вещества В,
•  — количество раствора,
•  — молярная масса,

Примечания[править | править код]