РешениеНарича се хомогенна смес от два или повече компонента.
Веществата, които се смесват, за да образуват разтвор, се наричат компоненти.
Компонентите на разтвора са разтворено вещество, което може да бъде повече от едно, и разтворител. Например, в случай на разтвор на захар във вода, захарта е разтвореното вещество, а водата е разтворителят.
Понякога концепцията за разтворител може да се приложи еднакво към всеки от компонентите. Например, това се отнася за онези разтвори, които се получават чрез смесване на две или повече течности, които са идеално разтворими една в друга. Така че, по-специално, в разтвор, състоящ се от алкохол и вода, както алкохолът, така и водата могат да се нарекат разтворител. Въпреки това, най-често по отношение на разтвори, съдържащи вода, традиционно е обичайно водата да се нарича разтворител, а вторият компонент - разтворено вещество.
Като количествени характеристикисъставът на разтвора най-често се използва такова понятие като масова частвещества в разтвор. Масовата част на веществото е съотношението на масата на това вещество към масата на разтвора, в който се съдържа:
където ω (in-va) - масова част на веществото, съдържащо се в разтвора (g), м(v-va) - масата на веществото, съдържащо се в разтвора (g), m (p-ra) - масата на разтвора (g).
От формула (1) следва, че масовата част може да приема стойности от 0 до 1, тоест е част от единица. В това отношение масовата част може да бъде изразена и като процент (%) и именно в този формат се появява в почти всички задачи. Масовата част, изразена като процент, се изчислява по формула, подобна на формула (1), с единствената разлика, че съотношението на масата на разтвореното вещество към масата на целия разтвор се умножава по 100%:
За разтвор, състоящ се само от два компонента, масовата част на разтвореното вещество ω(r.v.) и масовата част на разтворителя ω(разтворител) могат да бъдат съответно изчислени.
Масовата част на разтвореното вещество също се нарича концентрация на разтвора.
За двукомпонентен разтвор, неговата маса е сумата от масите на разтвореното вещество и разтворителя:
Също така в случай на двукомпонентен разтвор, сумата от масовите фракции на разтвореното вещество и разтворителя винаги е 100%:
Очевидно в допълнение към формулите, написани по-горе, трябва да се знаят и всички онези формули, които са директно математически извлечени от тях. Например:
Също така е необходимо да запомните формулата, която свързва масата, обема и плътността на веществото:
m = ρ∙V
и също така трябва да знаете, че плътността на водата е 1 g / ml. Поради тази причина обемът на водата в милилитри е числено равен на масата на водата в грамове. Например 10 ml вода има маса 10 g, 200 ml - 200 g и т.н.
За успешното решаване на проблемите освен познаването на горните формули е изключително важно да доведете до автоматизм уменията за тяхното прилагане. Това може да се постигне само чрез решаване Голям бройразнообразни задачи. Могат да се решават задачи от реални изпити за УПО по темата "Изчисления с помощта на понятието" масова част на веществото в разтвор ".
Примери за задачи за решения
Пример 1
Изчислете масовата част на калиевия нитрат в разтвор, получен чрез смесване на 5 g сол и 20 g вода.
Решение:
Разтвореното вещество в нашия случай е калиев нитрат, а разтворителят е вода. Следователно формулите (2) и (3) могат да бъдат записани съответно като:
От условието m (KNO 3) = 5 g и m (H 2 O) = 20 g, следователно:
Пример 2
Каква маса вода трябва да се добави към 20 g глюкоза, за да се получи 10% разтвор на глюкоза.
Решение:
От условията на задачата следва, че разтвореното вещество е глюкоза, а разтворителят е вода. Тогава формула (4) може да се запише в нашия случай, както следва:
От условието знаем масовата част (концентрацията) на глюкозата и масата на самата глюкоза. Означавайки масата на водата като x g, можем да напишем следното еквивалентно уравнение въз основа на формулата по-горе:
Решавайки това уравнение намираме x:
тези. m(H 2 O) = x g = 180 g
Отговор: m (H 2 O) \u003d 180 g
Пример 3
150 g 15% разтвор на натриев хлорид се смесват със 100 g 20% разтвор на същата сол. Каква е масовата част на солта в получения разтвор? Дайте отговора си до най-близкото цяло число.
Решение:
За решаване на проблеми за приготвяне на разтвори е удобно да използвате следната таблица:
където m r.v. , m r-ra и ω r.v. са стойностите на масата на разтвореното вещество, масата на разтвора и масовата част на разтвореното вещество, съответно, индивидуални за всеки от разтворите.
От условието знаем, че:
m (1) разтвор = 150 g,
ω (1) r.v. = 15%,
m (2) разтвор = 100 g,
ω (1) r.v. = 20%,
Вмъквайки всички тези стойности в таблицата, получаваме:
Трябва да запомним следните формули, необходими за изчисления:
ω r.v. = 100% ∙ m r.v. /m разтвор, m r.v. = m r-ra ∙ ω r.v. / 100% , m разтвор = 100% ∙ m r.v. /ω r.v.
Нека започнем да попълваме таблицата.
Ако в ред или колона липсва само една стойност, тогава тя може да бъде преброена. Изключение прави линията с ω r.v., знаейки стойностите в две от неговите клетки, стойността в третата не може да бъде изчислена.
В първата колона липсва стойност само в една клетка. Така че можем да го изчислим:
m (1) r.v. = m (1) r-ra ∙ ω (1) r.v. /100% = 150 g ∙ 15%/100% = 22,5 g
По същия начин знаем стойностите в две клетки на втората колона, което означава:
m (2) r.v. = m (2) r-ra ∙ ω (2) r.v. /100% = 100 g ∙ 20%/100% = 20 g
Нека въведете изчислените стойности в таблицата:
Сега имаме две стойности в първия ред и две стойности във втория ред. Така че можем да изчислим липсващите стойности (m (3) r.v. и m (3) r-ra):
m (3) r.v. = m (1) r.v. + m (2)р.в. = 22,5 g + 20 g = 42,5 g
m (3) разтвор = m (1) разтвор + m (2) разтвор = 150 g + 100 g = 250 g.
Нека въведете изчислените стойности в таблицата, получаваме:
Сега се приближихме до изчисляването на желаната стойност ω (3) r.v. . В колоната, където се намира, съдържанието на другите две клетки е известно, така че можем да го изчислим:
ω (3)р.в. = 100% ∙ m (3) r.v. / m (3) разтвор = 100% ∙ 42,5 g / 250 g = 17%
Пример 4
Към 200 g 15% разтвор на натриев хлорид се добавят 50 ml вода. Каква е масовата част на солта в получения разтвор. Дайте отговора си до най-близката стотна _______%
Решение:
На първо място, трябва да обърнете внимание на факта, че вместо масата на добавената вода, ни се дава нейният обем. Изчисляваме масата му, като знаем, че плътността на водата е 1 g / ml:
м вътр. (H 2 O) = V вътр. (H 2 O) ∙ ρ (H2O) = 50 ml ∙ 1 g/ml = 50 g
Ако разглеждаме водата като 0% разтвор на натриев хлорид, съдържащ съответно 0 g натриев хлорид, проблемът може да бъде решен с помощта на същата таблица като в примера по-горе. Нека начертаем такава таблица и да вмъкнем в нея стойностите, които знаем:
В първата колона са известни две стойности, така че можем да изчислим третата:
m (1) r.v. = m (1)r-ra ∙ ω (1)r.v. /100% = 200 g ∙ 15%/100% = 30 g,
Във втория ред също са известни две стойности, така че можем да изчислим третата:
m (3) разтвор = m (1) разтвор + m (2) разтвор = 200 g + 50 g = 250 g,
Въведете изчислените стойности в съответните клетки:
Сега станаха известни две стойности в първия ред, което означава, че можем да изчислим стойността на m (3) r.v. в третата клетка:
m (3) r.v. = m (1) r.v. + m (2)р.в. = 30 g + 0 g = 30 g
ω (3)р.в. = 30/250 ∙ 100% = 12%.
От курса по химия е известно, че масовата част е съдържанието на определен елемент в дадено вещество. Изглежда, че такова знание не е от полза за обикновен летен жител. Но не бързайте да затваряте страницата, тъй като способността за изчисляване на масовата част за градинар може да бъде много полезна. Все пак, за да не се объркаме, нека да поговорим за всичко по ред.Какво е значението на понятието "масова фракция"?
Масовата част се измерва като процент или просто в десети. Малко по-високо, за което говорихме класическо определение, които могат да бъдат намерени в справочници, енциклопедии или училищни учебници по химия. Но да се разбере същността на казаното не е толкова просто. И така, да предположим, че имаме 500 g някакво сложно вещество. Сложен в този случай означава, че не е хомогенен по състав. Като цяло всички вещества, които използваме, са сложна, дори проста готварска сол, чиято формула е NaCl, тоест се състои от молекули на натрий и хлор. Ако продължим разсъжденията на примера с готварската сол, тогава можем да приемем, че 500 грама сол съдържат 400 грама натрий. Тогава масовата му част ще бъде 80% или 0,8.
Защо градинарят се нуждае от това?
Мисля, че вече знаете отговора на този въпрос. Приготвянето на всякакви разтвори, смеси и др. е неразделна част от стопанската дейност на всеки градинар. Използват се под формата на разтвори, торове, различни хранителни смеси, както и други препарати, например стимуланти на растежа "Epin", "Kornevin" и др. Освен това често е необходимо да се смесват сухи вещества, като цимент, пясък и други компоненти, или обикновена градинска почва с закупен субстрат. В същото време препоръчителната концентрация на тези агенти и препарати в приготвените разтвори или смеси в повечето инструкции е дадена в масови фракции.
По този начин знанието как да се изчисли масовата част на елемент в дадено вещество ще помогне на летния жител да подготви правилно необходимия разтвор на тор или хранителна смес, а това от своя страна непременно ще се отрази на бъдещата реколта.
Алгоритъм за изчисление
И така, масовата част на отделния компонент е съотношението на неговата маса към общата маса на разтвор или вещество. Ако полученият резултат трябва да се преобразува в проценти, тогава той трябва да се умножи по 100. По този начин формулата за изчисляване на масовата част може да бъде написана, както следва:
W = маса на веществото / маса на разтвора
W = (Маса на веществото / Маса на разтвора) x 100%.
Пример за определяне на масовата част
Да приемем, че имаме разтвор, за приготвянето на който се добавят 5 g NaCl към 100 ml вода и сега е необходимо да се изчисли концентрацията на готварската сол, тоест нейната масова част. Знаем масата на веществото, а масата на получения разтвор е сбор от две маси - сол и вода и е равна на 105 г. Така разделяме 5 g на 105 g, умножаваме резултата по 100 и получаваме желаната стойност от 4,7%. Това е концентрацията, която ще има физиологичният разтвор.
По-практична задача
На практика летният обитател често трябва да се справя със задачи от различен вид. Например, необходимо е да се приготви воден разтвор на тор, чиято тегловна концентрация трябва да бъде 10%. За да спазвате точно препоръчителните пропорции, трябва да определите какво количество от веществото ще е необходимо и в какъв обем вода ще трябва да се разтвори.
Решаването на задачата започва в обратен ред. Първо, трябва да разделите масовата част, изразена като процент, на 100. В резултат получаваме W = 0,1 - това е масовата част на веществото в единици. Сега нека обозначим количеството вещество като x, а крайната маса на разтвора - M. В този случай последната стойност се състои от два термина - масата на водата и масата на тора. Тоест M = Mv + x. Така получаваме просто уравнение:
W = x / (Mv + x)
Решавайки го за x, получаваме:
x \u003d W x Mv / (1 - W)
Замествайки наличните данни, получаваме следната връзка:
x \u003d 0,1 x Mv / 0,9
По този начин, ако вземем 1 литър (тоест 1000 g) вода за приготвяне на разтвора, тогава ще са необходими приблизително 111-112 g тор за приготвяне на разтвора с желаната концентрация.
Решаване на проблеми с разреждане или добавяне
Да предположим, че имаме 10 литра (10 000 g) готов воден разтвор с концентрация в него на определено вещество W1 = 30% или 0,3. Колко вода ще трябва да се добави към него, така че концентрацията да падне до W2 = 15% или 0,15? В този случай формулата ще помогне:
Mv \u003d (W1x M1 / W2) - M1
Замествайки първоначалните данни, получаваме, че количеството добавена вода трябва да бъде:
Mv \u003d (0,3 x 10 000 / 0,15) - 10 000 = 10 000 g
Тоест трябва да добавите същите 10 литра.
Сега си представете обратната задача - има 10 литра воден разтвор (M1 = 10 000 g) с концентрация W1 = 10% или 0,1. Необходимо е да се получи разтвор с масова част на тора W2 = 20% или 0,2. Колко да добавите изходен материал? За да направите това, трябва да използвате формулата:
x \u003d M1 x (W2 - W1) / (1 - W2)
Замествайки първоначалната стойност, получаваме x = 1 125 g.
По този начин познаването на най-простите основи на училищната химия ще помогне на градинаря да подготви правилно разтвори за торове, хранителни субстрати от няколко елемента или смеси за строителни работи.
Концепцията за "споделяне" вероятно вече ви е позната.
Например, парчето диня, показано на фигурата, е една четвърт от цялата диня, тоест нейният дял е 1/4 или 25%.
За да разберете по-добре какво е масова част, представете си килограм сладки (1000гр), които майка купи за трите си деца. От този килограм по-малко детеполучи половината от всички сладки (нечестно разбира се!). Най-възрастният - само 200гр, а средният - 300гр.
Това означава, че масовата част на сладките при най-малкото дете ще бъде наполовина, или 1/2 или 50%. Средното дете ще има 30%, а по-голямото ще има 20%. Трябва да се подчертае, че масовата част може да бъде безразмерна стойност (четвърт, половина, трета, 1/5, 1/6 и т.н.) и може да бъде измерена като процент (%). При решаване на изчислителни задачи е по-добре да се преобразува масовата част в безразмерна величина.
Масова част на веществото в разтвор
Всеки разтвор се състои от разтворител и разтворено вещество. Водата е най-разпространеният неорганичен разтворител. Органични разтворители могат да бъдат алкохол, ацетон, диетилов етер и др. Ако разтворител не е посочен в условието на задачата, разтворът се счита за воден.
Масовата част на разтвореното вещество се изчислява по формулата:
$\omega_\text(v-v)=\dfrac(m_\text(v-v))(m_\text(p-ra))(\cdot 100\%)$
Помислете за примери за решаване на проблеми.
Колко грама захар и вода трябва да се вземат, за да се приготвят 150 g 10% захарен разтвор?
Решение
m(r-ra)=150g
$\omega$(захар)=10%=0,1
m(захар)=?
m(захар) = $\omega\textrm((захар)) \cdot m(p-pa) = 0,1 \cdot 150 \textrm(r) = 15 \textrm(r)$
m (вода) \u003d m (разтвор) - m (захар) \u003d 150g - 15g \u003d 135g.
ОТГОВОР: трябва да вземете 15 г захар и 135 г вода.
Разтвор с обем 350 мл. и плътност от 1,142 g/ml съдържа 28 g натриев хлорид. Намерете масовата част на солта в разтвора.
Решение
V(разтвор)=350 ml.
$\rho$(разтвор)=1,142 g/ml
$\omega(NaCl)$=?
m(r-ra) =V(r-ra) $\cdot \rho$(r-ra)=350 ml $\cdot$ 1,142 g/ml=400g
$\omega(NaCl)=\dfrac(m(NaCl))(m\textrm((p-ra)))=\dfrac(28\textrm(r)) (400\textrm(r)) = 0,07 $= 7%
ОТГОВОР: масова част на натриев хлорид $\omega(NaCl)$=7%
МАСОВА ФРАКЦИЯ НА ЕЛЕМЕНТ В МОЛЕКУЛА
Формула химически, например $H_2SO_4$, съдържа много важна информация. Означава или една молекула от вещество, която се характеризира с относителна атомна маса, или 1 мол вещество, което се характеризира с моларна маса. Формулата показва качеството (състои се от водород, сяра и кислород) и количествен състав(състои се от два водородни атома, серен атом и четири кислородни атома). от химична формуламожете да намерите масата на молекулата като цяло (молекулно тегло), както и да изчислите съотношението на масите на елементите в молекулата: m(H) : m(S) : m(O) = 2: 32 : 64 = 1: 16: 32. При изчисляване на съотношенията трябва да се вземат предвид масите на елементите атомна масаи броя на съответните атоми: $m(H_2)=1*2=2$, $m(S)=32*1=32$, $m(O_4)=16*4=64$
Принципът на изчисляване на масовата част на елемент е подобен на принципа на изчисляване на масовата част на вещество в разтвор и се намира с помощта на подобна формула:
$\omega_\text(element)=\dfrac(Ar_(\text(element))\cdot n_(\textrm(atoms)))(m_\text(molecules))(\cdot 100\%) $
Намерете масовата част на елементите в сярната киселина.
Решение
Метод 1 (пропорция):
Намерете моларната маса на сярната киселина:
$M(H_2SO_4) = 1\cdot 2 + 32 + 16 \cdot 4=98\hspace(2pt)\textrm(g/mol)$
Една молекула на сярна киселина съдържа един серен атом, така че масата на сярата в сярната киселина ще бъде: $m(S) = Ar(S) \cdot n(S) = 32\textrm(g/mol) \cdot 1$= 32 g/mol
Вземаме масата на цялата молекула като 100%, а масата на сярата като X% и съставяме пропорцията:
$M(H_2SO_4)$=98 g/mol - 100%
m(S) = 32 g/mol - X%
Откъдето $X=\dfrac(32\textrm(g/mol) \cdot 100\%)(98\textrm(g/mol)) =32, 65\% =32\%$
Метод 2 (формула):
$\omega(S)=\dfrac(Ar_(\text(element))\cdot n_(\textrm(atoms)))(m_\text(molecules))(\cdot 100\%)=\dfrac( Ar( S)\cdot 1)(M(H_2SO_4))(\cdot 100\%)=\dfrac(32\textrm(g/mol)\cdot 1)(98\textrm(g/mol))(\cdot 100\ %) \прибл.32, 7\%$
По същия начин, използвайки формулата, изчисляваме масовите фракции на водорода и кислорода:
$\omega(H)=\dfrac(Ar(H)\cdot 2)(M(H_2SO_4))(\cdot 100\%)=\dfrac(1\textrm(g/mol)\cdot 2)(98\ textrm(g/mol))(\cdot 100\%)\approx2\%$
$\omega(O)=\dfrac(Ar(O)\cdot 4)(M(H_2SO_4))(\cdot 100\%)=\dfrac(16\textrm(g/mol)\cdot 4)(98\ textrm(g/mol))(\cdot 100\%)\approx65, 3\%$
Масовата част на елемента ω (E)% е съотношението на масата на даден елемент m (E) в взета молекула от вещество към молекулното тегло на това вещество Mr (in-va).
Масовата част на елемента се изразява във доли от единица или като процент:
ω (E) \u003d m (E) / Mr (in-va) (1)
ω% (E) \u003d m (E) 100% / Mr (in-va)
Сумата от масовите доли на всички елементи на веществото е равна на 1 или 100%.
Като правило, за да се изчисли масовата част на елемента, част от веществото се взема равна на моларната маса на веществото, тогава масата на даден елемент в тази част е равна на неговата моларна маса, умножена по броя на атоми на даден елемент в молекула.
И така, за вещество A x B y във фракции от единица:
ω (A) \u003d Ar (E) X / Mr (in-va) (2)
От пропорция (2) извеждаме формула за изчислениеза определяне на индексите (x, y) в химичната формула на веществото, ако масовите фракции на двата елемента и моларната маса на веществото са известни:
X \u003d ω% (A) Mr (in-va) / Ar (E) 100% (3)
Разделяне на ω% (A) на ω% (B), т.е. преобразувайки формула (2), получаваме:
ω(A) / ω(B) = X Ar(A) / Y Ar(B) (4)
Формулата за изчисление (4) може да се трансформира, както следва:
X: Y \u003d ω% (A) / Ar (A) : ω% (B) / Ar (B) = X (A) : Y (B) (5)
Изчислителните формули (3) и (5) се използват за определяне на формулата на веществото.
Ако броят на атомите в молекулата на веществото за един от елементите и неговата масова част са известни, моларната маса на веществото може да се определи:
Mr(in-va) \u003d Ar (E) X / W (A)
Примери за решаване на задачи за изчисляване на масовите части на химичните елементи в сложно вещество
Изчисляване на масовите доли на химичните елементи в сложно вещество
Пример 1. Определете масовите доли на химичните елементи в сярна киселина H 2 SO 4 и ги изразете като проценти.
Решение
1. Изчислете относителното молекулно тегло на сярната киселина:
Господин (H 2 SO 4) = 1 2 + 32 + 16 4 = 98
2. Изчисляваме масовите части на елементите.
За да направите това, числовата стойност на масата на елемента (като се вземе предвид индексът) се разделя на моларната маса на веществото:
Като се има предвид това и се обозначава масовата част на елемента с буквата ω, изчисленията на масовите фракции се извършват, както следва:
ω(H) = 2: 98 = 0,0204, или 2,04%;
ω(S) = 32: 98 = 0,3265, или 32,65%;
ω(O) = 64: 98 = 0,6531, или 65,31%
Пример 2. Определете масовите доли на химичните елементи в алуминиевия оксид Al 2 O 3 и ги изразете като проценти.
Решение
1. Изчислете относителното молекулно тегло на алуминиевия оксид:
Mr(Al 2 O 3) \u003d 27 2 + 16 3 \u003d 102
2. Изчисляваме масовите доли на елементите:
ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%
ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%
Как да изчислим масовата част на веществото в кристален хидрат
Масовата част на веществото е съотношението на масата на дадено вещество в системата към масата на цялата система, т.е. ω(X) = m(X) / m,
където ω(X) - масова част на веществото X,
m(X) - маса на веществото X,
m - маса на цялата система
Масовата част е безразмерна величина. Изразява се като част от единицата или като процент.
Пример 1. Определете масовата част на кристализационната вода в бариев хлорид дихидрат BaCl 2 2H 2 O.
Решение
Моларната маса на BaCl 2 2H 2 O е:
M (BaCl 2 2H 2 O) = 137 + 2 35,5 + 2 18 = 244 g / mol
От формулата BaCl 2 2H 2 O следва, че 1 mol дихидрат на бариев хлорид съдържа 2 mol H 2 O. От това можем да определим масата на водата, съдържаща се в BaCl 2 2H 2 O:
m(H2O) = 2 18 = 36 g.
Откриваме масовата част на кристализационната вода в бариев хлорид дихидрат BaCl 2 2H 2 O.
ω (H 2 O) = m (H 2 O) / m (BaCl 2 2H 2 O) = 36 / 244 = 0,1475 = 14,75%.
Пример 2. Сребро с тегло 5,4 g се изолира от скална проба с тегло 25 g, съдържаща минерала аргентит Ag 2 S. Определете масовата част на аргентита в пробата.
|
|
Определете количеството сребърно вещество в аргентит: n(Ag) = m (Ag) / M (Ag) = 5,4 / 108 = 0,05 mol. От формулата Ag 2 S следва, че количеството на аргентитното вещество е половината от количеството на сребърното вещество. Определете количеството на аргентитното вещество: n (Ag 2 S) = 0,5 n (Ag) = 0,5 0,05 = 0,025 mol Изчисляваме масата на аргентита: m (Ag 2 S) \u003d n (Ag 2 S) M (Ag2S) = 0,025 248 = 6,2 g. Сега определяме масовата част на аргентита в скална проба с тегло 25 g. ω (Ag 2 S) = m (Ag 2 S) / m = 6,2 / 25 = 0,248 = 24,8%. |
