Как найти содержание кислорода в веществе

Рассчитать массовую долю кислорода в соединении CH₄O (метанол).

Решение задачи

Вычислим массовую долю кислорода (О) в соединении CH₄O (метанол).

Напомню, что массовая доля элемента в соединении – это отношение массы элемента (mэ) к массе вещества (mв), в состав которого входит данный элемент. Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах.

Учитывая данные таблицы Менделеева рассчитаем молярную массу метанола (CH₄O):

M (CH₄O) = 12 + 4 ⋅ 1 +  16 = 32 (г/моль).

Следовательно, масса метанола (CH₄O) равна 32 грамма.

Рассчитаем массовую долю кислорода, входящего в состав метанола (CH₄O), получаем:

Ответ:

массовая доля кислорода равна 0,5.

Количественный элементарный анализ органических веществ

Задачей количественного органического элементарного анализа является определение процентного содержания отдельных элементов, входящих в состав органического вещества.

Принцип анализа, предложенный еще сто лет назад Либи-хом и не претерпевший существенных изменений до настоящего времени, заключается в разрушении органического вещества путем сожжения с последующим количественным улавливанием продуктов сгорания. Что касается техники проведения анализа, то она в настоящее время достигла существенных успехов. Несомненно, самым значительным достижением явилась разработка микроаналитического метода, при котором для проведения количественного элементарного анализа требуется всего лишь несколько миллиграммов вещества.

Так называемый «макроанализ», для проведения которого требовалось брать навески в 0,2—0,5 г вещества, постепенно теряет свое значение. Если в промышленности он еще имеет некоторое применение, то научные лаборатории в настоящее время работают только с навесками в несколько миллиграммов (микроанализ) или в крайнем случае в несколько десятков миллиграммов (полумикроанализ). В последние годы начал развиваться ультрамикроанализ (навески в 0,1—0,01 мг).

Определение углерода и водорода

Классическим методом микроаналитического определения углерода и водорода является метод Прегля. По этому методу пары вещества окисляют, пропуская их в смеси с кислородом через нагретый до 750 °С слой окиси меди и хромата свинца, помещенный в трубку для сожжения. Двуокись углерода и вода улавливаются в поглотительных аппаратах и определяются, по привесу. Продукты окисления других элементов задерживаются находящимися в трубке для сожжения поглотителями (серебро и двуокись свинца). Менее распространен метод каталитического сожжения; в этом случае вместо окиси меди и хромата свинца в трубке для сожжения находится платиновый контакт и окисление происходит только за счет газообразного кислорода.

Но.вый скоростной метод микроаналитического определения углерода и водорода разработан за последние годы в Институте органической химии Академии наук СССР (М. О. Коршун, В. А. Климова). По этому методу навеску вещества подвергают быстрому термическому разложению (в особом стаканчике) при недостатке кислорода; продукты пиролиза (при выходе из стаканчика) в присутствии избытка кислорода окисляются почти нацело до Н₂О и СО₂. Окончательное окисление продуктов пиролиза происходит при прохождении их в смеси с большим избытком кислорода через нагретую до 850—950°С зону пустой трубки для сожжения. Скорость пропускания кислорода в этом методе достигает 35—50 мл в минуту, т. е. в 10 раз превышает скорость пропускания кислорода при прежних микроаналитических методах. Применение этого метода дает возможность производить сожжение навески органического вещества в течение 10—15 мин (при обычных микроаналитических методах время осаждения составляет 30—45 мин).

Еще быстрее можно определять углерод и водород, если вместо улавливания и взвешивания устанавливать количество СО₂ и Н₂О по давлению паров. Такой метод требует, однако, более сложной аппаратуры.

Если в органическом веществе присутствуют другие элементы, кроме углерода, водорода и кислорода, то летучие продукты их окисления улавливают за пределами трубки для сожжения, в специальных аппаратах, и эти продукты окисления, таким образом, не мешают количественному определению углерода и водорода в виде двуокиси углерода и воды. Такой принцип работы дает возможность одновременно с углеродом и водородом определять другие элементы (нелетучие продукты сгорания определяются путем взвешивания остатка).

Определение галоидов и серы

При анализе органических веществ, содержащих галоид и серу, в основном сохраняется общий принцип метода — сожжение в незаполненной окислителем трубке; поглощение галоидов или серы производится в специальном аппарате, наполненном металлическим серебром. При 450 °С металлическое серебро количественно поглощает хлор, бром и иод, а при 500—750 °С — окислы серы. Серебро помещают перед поглотительными аппаратами для двуокиси углерода и воды. Таким образом одновременно определяют углерод, водород и галоиды или углерод, водород и серу. Для микроаналитического определения галоидов может быть также применен один из следующих методов:

1. Гидрирование галоидсодержащего органического вещества в присутствии никелевого катализатора. Образующаяся при этом галоидоводородная кислота обычно определяется объемным методом.

2. Разложение органического вещества металлическими натрием, кальцием или литием в соответствующих растворителях (спирты, этаноламин, диоксан и др.). Образующиеся при этом галоидные соли определяются одним из методов неорганического анализа.

3. Разложение органического вещества металлическим калием без применения растворителя и определение образующегося галогенида калия.

Быстрый и точный метод микроаналитического определения серы заключается в следующем. Вещество подвергают сначала термическому разложению, а затем продукты пиролиза восстанавливают в быстром токе водорода. Часть углерода выделяется в виде угля. Летучие продукты разложения проходят над платиновым катализатором, нагретым до 550—900 °С. Сера, содержащаяся в веществе, количественно переходит в сероводород, который поглощается сульфатом цинка; образовавшийся сульфид определяют иодометрически. Улавливание сероводорода и окисление его иодом протекает по уравнениям:

H₂S + ZnSO₄ + 2CH₃COONa —–> ZnS + Na₂SO₄ + 2CH₃COOH

ZnS + J₂ + 2HCl —–> S + 2HJ + ZnCl₂

Определение азота

Микроаналитическое определение азота проводится по методам Дюма и Кьельдаля.

По методу Дюма, органическое вещество, содержащее азот» сжигается за счет кислорода раскаленной окиси меди в трубке_, наполненной двуокисью углерода. При этом углерод окисляется в двуокись углерода, водород — в воду, а весь содержащийся в веществе азот выделяется в виде элементарного азота, который количественно вытесняется углекислым газом в азотометр с раствором едкого кали. Углекислота поглощается щелочью, а газообразный азот собирается в верхней, градуированной части азотометра (обычно емкостью 2 мл с градуировкой до 0,01 мл), где измеряется его объем. После приведения полученного объема газа к нормальным условиям вычисляется процентное содержание азота в веществе.

По методу Кьельдаля вещество, содержащее азот, разрушают концентрированной серной кислотой (в колбе Кьельдаля) в присутствии различных катализаторов (PtCl₄, PdCl₂, CuO, HgO, Se и др.), причем образуется сульфат ам,мония. Последний под действием щелочи выделяет сзободный аммиак, который отгоняют с паром и титруют кислотой.

Определение кислорода

Определение кислорода обычно производится косвенным путем; если после определения процентного содержания в веществе всех найденных элементов сумма отличается от 100%, то разность и составляет процентное содержание кислорода. Единственный метод прямого определения кислорода в органических веществах, который можно считать надежным, заключается в восстановлении продуктов термического разложения вещества накаленным углем в токе азота. По этому методу вещество подвергают разложению в токе азота (предварительно тщательно очищенного от примеси кислорода) в кварцевой трубке. Продукты разложения проходят через накаленный до 1150 °С слой гранулированной сажи. При этом кислород количественно переходит в окись углерода, которая, проходя через нагретый слой пятиокиси иода или окиси меди, количественно окисляется в двуокись углерода.

Если органическое вещество, кроме углерода, водорода, кислорода и азота, содержит также другие элементы, то их можно определять после предварительного окисления вещества нагреванием с дымящей азотной кислотой (сожжение по Кариусу). При этом галоиды определяют в виде галогенидов серебра, серу— в виде сульфата бария, фосфор — в виде пирофосфата магния. Металлы, содержащиеся в веществе, могут быть также определены обычными методами неорганической химии.

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.

Вы перешли к вопросу Как найти процентное содержание кислорода в оксиде?. Он относится к категории Химия,
для 5 – 9 классов. Здесь размещен ответ по заданным параметрам. Если этот
вариант ответа не полностью вас удовлетворяет, то с помощью автоматического
умного поиска можно найти другие вопросы по этой же теме, в категории
Химия. В случае если ответы на похожие вопросы не раскрывают в полном
объеме необходимую информацию, то воспользуйтесь кнопкой в верхней части
сайта и сформулируйте свой вопрос иначе. Также на этой странице вы сможете
ознакомиться с вариантами ответов пользователей.