Como calcular a fração de massa. Como encontrar a fração de massa de um elemento em uma substância? O que é isso

Instruções

Determine a forma química da substância cujas frações de massa dos elementos precisam ser encontradas. Pegar tabela periódica Mendeleev e encontre nele as células dos elementos correspondentes aos átomos que compõem a molécula dessa substância. Na célula, encontre o número de massa de cada elemento. Se o valor encontrado do número de massa elemento fracionário, arredonde para o mais próximo.

No caso em que átomos do mesmo tipo ocorrem várias vezes em uma molécula, multiplique-os por este número massa atômica. Adicione as massas de todos os elementos que compõem a molécula para obter o valor em unidades de massa atômica. Por exemplo, se você precisar encontrar a massa de uma molécula de sal, que é o sulfato (Na2SO4), determine a massa atômica do sódio Ar(Na) = 23, do enxofre Ar(S) = 32 e do Ar(O) = 16. Como a molécula contém 2 sódio, considere o valor 23*2=46 para ela, e 16*4=64, que possui 4 átomos. Então a massa da molécula de sulfato de sódio será Mr(Na2SO4)=46+32+64=142.

Para calcular as frações de massa dos elementos que compõem a molécula de uma determinada substância, encontre a razão entre as massas dos átomos incluídos na molécula da substância e a massa da molécula e multiplique o resultado por 100%. Por exemplo, se considerarmos o sulfato de sódio Na2SO4, calcule as frações mássicas de seus elementos desta forma: - a fração mássica de sódio será ω(Na)= 23 2 100%/142=32,4%;
- a fração mássica de enxofre será ω(S)= 32 100%/142=22,5%;
- a fração mássica de oxigênio será ω(O)= 16 4 100%/142=45,1%.

As frações de massa mostram os elementos relativos em uma determinada molécula de uma substância. Verifique a exatidão do cálculo somando as frações mássicas da substância. A soma deles deve ser 100%. No exemplo em consideração, 32,4%+22,5%+45,1%=100%, é feito o cálculo.

Talvez seja impossível encontrar um elemento tão essencial à vida como o oxigênio. Se uma pessoa pode viver sem comida por várias semanas, sem água por vários dias, então sem oxigênio - apenas alguns minutos. Essa substância é amplamente utilizada em diversas áreas da indústria, inclusive na indústria química, e também como componente de combustível de foguete (oxidante).

Instruções

Muitas vezes há necessidade de determinar a massa de oxigênio localizada em algum volume fechado ou como resultado de uma reação química. Por exemplo: 20 gramas de permanganato foram submetidos à decomposição térmica, a reação foi concluída. Quantos gramas de oxigênio foram liberados?

Em primeiro lugar, lembre-se que o potássio – também conhecido como – tem a fórmula química KMnO4. Quando aquecido, se decompõe, formando manganato de potássio - K2MnO4, o principal deles - MnO2, e O2. Depois de escrever a equação da reação e selecionar os coeficientes, você obtém:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Dado que o peso molecular aproximado de duas moléculas de permanganato de potássio é 316, e o peso molecular de uma molécula de oxigênio é, respectivamente, 32, resolvendo a proporção, calcule:

20 * 32 /316 = 2,02
Ou seja, com a decomposição térmica de 20 gramas de permanganato de potássio, são obtidos aproximadamente 2,02 gramas de oxigênio. (Ou arredondado 2 gramas).

Ou, por exemplo, é necessário determinar a massa de oxigênio localizada em um volume fechado se sua temperatura e pressão forem conhecidas. Aqui a equação universal de Mendeleev-Clapeyron, ou em outras palavras, a “equação de estado de um gás ideal”, vem em socorro. Se parece com isso:

PVm = MRT
P – pressão do gás,

V é o seu volume,

m é sua massa molar,

M – massa,

R – constante universal dos gases,

T – temperatura.

Você vê que o valor necessário, ou seja, a massa do gás (oxigênio), depois de reunir todos os dados iniciais em um sistema de unidades (pressão - , temperatura - em graus Kelvin, etc.), pode ser facilmente calculado usando a fórmula :

É claro que o oxigênio real não é o gás ideal para descrever o qual esta equação foi introduzida. Mas em valores de pressão e temperatura próximos a , os desvios dos valores calculados dos reais são tão insignificantes que podem ser negligenciados com segurança.

Vídeo sobre o tema

O que é fração de massa elemento? Pelo próprio nome você pode entender que esta é uma quantidade que indica a proporção de massa elemento, incluído na composição da substância, e a massa total desta substância. É expresso em frações de uma unidade: porcentagem (centésimos), ppm (milhares), etc. Como você pode calcular a massa de algo? elemento?

Instruções

Para maior clareza, consideremos o conhecido carbono, sem o qual não existiria. Se o carbono for uma substância (por exemplo), então sua massa compartilhar pode ser considerado com segurança como um ou 100%. É claro que o diamante também contém impurezas de outros elementos, mas na maioria dos casos, em quantidades tão pequenas que podem ser negligenciadas. Mas em modificações de carbono como ou, o teor de impurezas é bastante alto e a negligência é inaceitável.

Se o carbono fizer parte de uma substância complexa, deve-se proceder da seguinte forma: anotar a fórmula exata da substância, então, conhecendo as massas molares de cada elemento incluído em sua composição, calcule a massa molar exata desta substância (claro, levando em consideração o “índice” de cada elemento). Depois disso, determine a massa compartilhar, dividindo a massa molar total elemento por massa molar da substância.

Por exemplo, você precisa encontrar uma massa compartilhar carbono em ácido acético. Escreva a fórmula do ácido acético: CH3COOH. Para facilitar os cálculos, converta-o para a forma: C2H4O2. A massa molar desta substância é a soma das massas molares dos elementos: 24 + 4 + 32 = 60. Assim, a fração mássica de carbono nesta substância é calculada da seguinte forma: 24/60 = 0,4.

Se você precisar calculá-lo em percentagem, respectivamente, 0,4 * 100 = 40%. Ou seja, cada ácido acético contém (aproximadamente) 400 gramas de carbono.

É claro que as frações de massa de todos os outros elementos podem ser encontradas de maneira completamente semelhante. Por exemplo, a massa no mesmo ácido acético é calculada da seguinte forma: 32/60 = 0,533 ou aproximadamente 53,3%; e a fração mássica de hidrogênio é 4/60 = 0,666 ou aproximadamente 6,7%.

Fontes:

• frações de massa de elementos

Uma fórmula química é um registro feito com símbolos geralmente aceitos que caracteriza a composição da molécula de uma substância. Por exemplo, a fórmula do conhecido ácido sulfúrico é H2SO4. Pode ser facilmente visto que cada molécula de ácido sulfúrico contém dois átomos de hidrogênio, quatro átomos de oxigênio e um átomo. Deve-se entender que se trata apenas de uma fórmula empírica, que caracteriza a composição da molécula, mas não sua “estrutura”, ou seja, o arranjo dos átomos entre si.

Você vai precisar

• - Tabela Mendeleev.

Instruções

Primeiro, descubra os elementos que compõem a substância e os deles. Por exemplo: qual será o nível de óxido nítrico? Obviamente, esta molécula contém dois elementos: nitrogênio e. Ambos são gases, ou seja, gases pronunciados. Então, qual valência o nitrogênio e o oxigênio têm neste composto?

Lembre-se muito regra importante: Os não metais têm valências mais altas e mais baixas. O maior corresponde ao número do grupo (neste caso, 6 para oxigênio e 5 para nitrogênio), e o menor corresponde à diferença entre 8 e o número do grupo (ou seja, a valência mais baixa para nitrogênio é 3, e para oxigênio é 2). A única exceção a esta regra é o flúor, que em todas as suas formas apresenta uma valência igual a 1.

Então, que valência – superior ou inferior – têm o nitrogênio e o oxigênio? Outra regra: em compostos de dois elementos, aquele que está localizado à direita e acima na Tabela Periódica apresenta a valência mais baixa. É bastante óbvio que no seu caso é oxigênio. Portanto, em combinação com o nitrogênio, o oxigênio tem uma valência de 2. Conseqüentemente, o nitrogênio neste composto tem uma valência mais alta de 5.

Agora lembre-se da própria valência: esta é a capacidade de um átomo de qualquer elemento de anexar a si mesmo um certo número de átomos de outro elemento. Cada átomo de nitrogênio neste composto contém 5 átomos de oxigênio e cada átomo de oxigênio contém 2 átomos de nitrogênio. O que é nitrogênio? Ou seja, quais índices cada elemento possui?

Outra regra ajudará a responder a esta pergunta: a soma das valências dos elementos incluídos no composto deve ser igual! Qual é o mínimo múltiplo comum dos números 2 e 5? Naturalmente, 10! Ao dividi-lo nos valores de valência de nitrogênio e oxigênio, você encontrará os índices e o final Fórmula compostos: N2O5.

Vídeo sobre o tema

A fração mássica de uma substância mostra seu conteúdo em uma estrutura mais complexa, por exemplo, em uma liga ou mistura. Se a massa total de uma mistura ou liga for conhecida, conhecendo as frações mássicas das substâncias constituintes, suas massas poderão ser encontradas. Encontrar fração de massa substância, você pode saber sua massa e a massa de toda a mistura. Este valor pode ser expresso em frações ou porcentagens.

Você vai precisar

• escalas;
• tabela periódica de elementos químicos;
• calculadora.

Instruções

Determine a fração mássica da substância que está na mistura através das massas da mistura e da própria substância. Para isso, utilize uma escala para determinar as massas que compõem a mistura ou. Em seguida, dobre-os. Considere a massa resultante como 100%. Para encontrar a fração de massa de uma substância em uma mistura, divida sua massa m pela massa da mistura M e multiplique o resultado por 100% (ω%=(m/M)∙100%). Por exemplo, 20 g de sal de cozinha são dissolvidos em 140 g de água. Para encontrar a fração mássica do sal, adicione as massas dessas duas substâncias M = 140 + 20 = 160 g. Em seguida, encontre a fração mássica da substância ω% = (20/160)∙100% = 12,5%.

Se você precisar encontrar a fração de massa de um elemento em uma substância com fórmula conhecida, use a tabela periódica de elementos. Usando-o, encontre as massas atômicas dos elementos que estão na substância. Se alguém estiver na fórmula várias vezes, multiplique sua massa atômica por esse número e some os resultados. Este será o peso molecular da substância. Para encontrar a fração de massa de qualquer elemento em tal substância, divida seu número de massa por um dado Fórmula química M0 pelo peso molecular de uma determinada substância M. Multiplique o resultado por 100% (ω%=(M0/M)∙100%).

Tarefa 3.1. Determine a massa de água em 250 g de solução de cloreto de sódio a 10%.

Solução. De w = m água / m solução encontre a massa de cloreto de sódio:
m mistura = w m solução = 0,1 250 g = 25 g NaCl
Porque o m r-ra = m v-va + m r-la, então obtemos:
m(H 2 0) = m solução - m mistura = 250 g - 25 g = 225 g H 2 0.

Problema 3.2. Determine a massa de cloreto de hidrogênio em 400 ml de solução de ácido clorídrico com fração de massa de 0,262 e densidade de 1,13 g/ml.

Solução. Porque o w = m in-va / (V ρ), então obtemos:
m in-va = w V ρ = 0,262 400 ml 1,13 g/ml = 118 g

Problema 3.3. 80 g de água foram adicionados a 200 g de uma solução salina a 14%. Determine a fração mássica de sal na solução resultante.

Solução. Encontre a massa de sal na solução original:
m sal = w m solução = 0,14 200 g = 28 g.
A mesma massa de sal permaneceu na nova solução. Encontre a massa da nova solução:
m solução = 200 g + 80 g = 280 g.
Encontre a fração mássica de sal na solução resultante:
w = m sal / m solução = 28 g / 280 g = 0,100.

Problema 3.4. Que volume de uma solução de ácido sulfúrico a 78% com densidade de 1,70 g/ml deve ser tomado para preparar 500 ml de uma solução de ácido sulfúrico a 12% com densidade de 1,08 g/ml?

Solução. Para a primeira solução temos:
C 1 = 0,78 E ρ 1 = 1,70g/ml.
Para a segunda solução temos:
V 2 = 500 ml, C 2 = 0,12 E ρ2 = 1,08g/ml.
Como a segunda solução é preparada a partir da primeira pela adição de água, as massas da substância em ambas as soluções são iguais. Encontre a massa da substância na segunda solução. De w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2) Nós temos:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,12 500 ml 1,08 g/ml = 64,8 g.
m 2 = 64,8g. Nós achamos
volume da primeira solução. De w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1) Nós temos:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 64,8 g / (0,78 1,70 g/ml) = 48,9 ml.

Problema 3.5. Que volume de uma solução de hidróxido de sódio a 4,65% com densidade de 1,05 g/ml pode ser preparado a partir de 50 ml de uma solução de hidróxido de sódio a 30% com densidade de 1,33 g/ml?

Solução. Para a primeira solução temos:
w 1 = 0,0465 E ρ 1 = 1,05 g/ml.
Para a segunda solução temos:
V2 = 50ml, C2 = 0,30 E ρ2 = 1,33g/ml.
Como a primeira solução é preparada a partir da segunda pela adição de água, as massas da substância em ambas as soluções são iguais. Encontre a massa da substância na segunda solução. De w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2) Nós temos:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,30 50 ml 1,33 g/ml = 19,95 g.
A massa da substância na primeira solução também é igual a m 2 = 19,95g.
Encontre o volume da primeira solução. De w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1) Nós temos:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 19,95 g / (0,0465 1,05 g/ml) = 409 ml.
Coeficiente de solubilidade (solubilidade) - a massa máxima de uma substância solúvel em 100 g de água a uma determinada temperatura. Uma solução saturada é uma solução de uma substância que está em equilíbrio com o precipitado existente dessa substância.

Problema 3.6. O coeficiente de solubilidade do clorato de potássio a 25 °C é 8,6 g. Determine a fração mássica desse sal em uma solução saturada a 25 °C.

Solução. 8,6 g de sal dissolvidos em 100 g de água.
A massa da solução é:
m solução = m água + m sal = 100 g + 8,6 g = 108,6 g,
e a fração mássica de sal na solução é igual a:
w = m sal / m solução = 8,6 g / 108,6 g = 0,0792.

Problema 3.7. A fração mássica de sal em uma solução de cloreto de potássio saturada a 20 °C é 0,256. Determine a solubilidade deste sal em 100 g de água.

Solução. Seja a solubilidade do sal X g em 100 g de água.
Então a massa da solução é:
m solução = m água + m sal = (x + 100) g,
e a fração de massa é igual a:
w = m sal / m solução = x / (100 + x) = 0,256.
Daqui
x = 25,6 + 0,256x; 0,744x = 25,6; x = 34,4g por 100 g de água.
Concentração molar Com- proporção da quantidade de substância dissolvida v (mol) para o volume da solução V (em litros), с = v(mol) / V(l), c = m in-va / (M V(l)).
A concentração molar mostra o número de moles de uma substância em 1 litro de solução: se a solução for decimolar ( c = 0,1 M = 0,1 mol/l) significa que 1 litro de solução contém 0,1 mol de substância.

Problema 3.8. Determine a massa de KOH necessária para preparar 4 litros de solução 2 M.

Solução. Para soluções com concentração molar temos:
c = m / (M V),
Onde Com- concentração molar,
eu- massa de substância,
M- massa molar da substância,
V- volume de solução em litros.
Daqui
m = c M V(l) = 2 mol/l 56 g/mol 4 l = 448 g KOH.

Problema 3.9. Quantos ml de uma solução de H 2 SO 4 a 98% (ρ = 1,84 g/ml) devem ser usados ​​para preparar 1.500 ml de uma solução 0,25 M?

Solução. O problema de diluir uma solução. Para uma solução concentrada temos:
w 1 = m 1 / (V 1 (ml) ρ 1).
Precisamos encontrar o volume desta solução V 1 (ml) = m 1 / (w 1 ρ 1).
Como uma solução diluída é preparada a partir de uma solução concentrada misturando esta com água, a massa da substância nessas duas soluções será a mesma.
Para uma solução diluída temos:
c 2 = m 2 / (M V 2 (l)) E m 2 = s 2 M V 2 (l).
Substituímos o valor da massa encontrado na expressão do volume da solução concentrada e realizamos os cálculos necessários:
V 1 (ml) = m / (w 1 ρ 1) = (com 2 M V 2) / (w 1 ρ 1) = (0,25 mol/l 98 g/mol 1,5 l) / (0, 98 1,84 g/ml ) = 20,4ml.

Solução chamada de mistura homogênea de dois ou mais componentes.

As substâncias que, por mistura, produzem uma solução são chamadas componentes.

Entre os componentes da solução estão soluto, que pode ser mais de um, e solvente. Por exemplo, no caso de uma solução de açúcar em água, o açúcar é o soluto e a água é o solvente.

Às vezes, o conceito de solvente pode ser aplicado igualmente a qualquer um dos componentes. Por exemplo, isso se aplica às soluções obtidas pela mistura de dois ou mais líquidos que são idealmente solúveis um no outro. Assim, em particular, numa solução constituída por álcool e água, tanto o álcool como a água podem ser chamados de solvente. Porém, na maioria das vezes em relação às soluções aquosas, o solvente é tradicionalmente chamado de água e o soluto é o segundo componente.

Como característica quantitativa da composição de uma solução, o conceito mais utilizado é fração de massa substâncias em solução. A fração de massa de uma substância é a razão entre a massa desta substância e a massa da solução em que está contida:

Onde ω (in-va) – fração mássica da substância contida na solução (g), eu(v-va) – massa da substância contida na solução (g), m(r-ra) – massa da solução (g).

Da fórmula (1) segue-se que a fração mássica pode assumir valores de 0 a 1, ou seja, é uma fração da unidade. Neste sentido, a fração mássica também pode ser expressa em percentagem (%), e é neste formato que aparece em quase todos os problemas. A fração mássica, expressa em porcentagem, é calculada usando uma fórmula semelhante à fórmula (1), com a única diferença de que a razão entre a massa da substância dissolvida e a massa de toda a solução é multiplicada por 100%:

Para uma solução que consiste em apenas dois componentes, a fração mássica do soluto ω(s.v.) e a fração mássica do solvente ω(solvente) podem ser calculadas adequadamente.

A fração de massa do soluto também é chamada concentração da solução.

Para uma solução de dois componentes, sua massa é a soma das massas do soluto e do solvente:

Além disso, no caso de uma solução de dois componentes, a soma das frações mássicas do soluto e do solvente é sempre 100%:

É óbvio que, além das fórmulas escritas acima, você também deve conhecer todas as fórmulas que delas derivam matematicamente diretamente. Por exemplo:

Também é necessário lembrar a fórmula que liga a massa, o volume e a densidade de uma substância:

m = ρ∙V

e você também precisa saber que a densidade da água é 1 g/ml. Por esta razão, o volume de água em mililitros é numericamente igual à massa de água em gramas. Por exemplo, 10 ml de água tem massa de 10 g, 200 ml - 200 g, etc.

Para resolver problemas com sucesso, além do conhecimento das fórmulas acima, é extremamente importante levar as habilidades de sua aplicação ao automatismo. Isto só pode ser alcançado resolvendo um grande número de problemas diferentes. Problemas da vida real Exames Estaduais Unificados sobre o tema “Cálculos utilizando o conceito de “fração mássica de uma substância em solução”” podem ser resolvidos.

Exemplos de problemas envolvendo soluções

Exemplo 1

Calcule a fração mássica do nitrato de potássio em uma solução obtida pela mistura de 5 g de sal e 20 g de água.

Solução:

O soluto no nosso caso é o nitrato de potássio e o solvente é a água. Portanto, as fórmulas (2) e (3) podem ser escritas respectivamente como:

Da condição m(KNO 3) = 5 ge m(H 2 O) = 20 g, portanto:

Exemplo 2

Que massa de água deve ser adicionada a 20 g de glicose para obter uma solução de glicose a 10%.

Solução:

Das condições do problema segue-se que o soluto é a glicose e o solvente é a água. Então a fórmula (4) pode ser escrita em nosso caso da seguinte forma:

A partir da condição conhecemos a fração mássica (concentração) da glicose e a massa da própria glicose. Tendo designado a massa de água como x g, podemos escrever, com base na fórmula acima, a seguinte equação equivalente a ela:

Resolvendo esta equação encontramos x:

aqueles. m(H2O) = x g = 180 g

Resposta: m(H 2 O) = 180 g

Exemplo 3

150 g de uma solução de cloreto de sódio a 15% foram misturados com 100 g de uma solução a 20% do mesmo sal. Qual é a fração mássica de sal na solução resultante? Por favor indique sua resposta para o número inteiro mais próximo.

Solução:

Para resolver problemas de preparação de soluções, é conveniente utilizar a seguinte tabela:

onde m r.v. , m solução e ω r.v. - valores da massa da substância dissolvida, da massa da solução e da fração mássica da substância dissolvida, respectivamente, individuais para cada uma das soluções.

Da condição sabemos que:

m (1) solução = 150 g,

ω (1) r.v. = 15%,

m (2) solução = 100 g,

ω (1) r.v. = 20%,

Vamos inserir todos esses valores na tabela, obtemos:

Devemos lembrar as seguintes fórmulas necessárias para os cálculos:

ω r.v. = 100% ∙ m r.v. /m solução, m r.v. = m solução ∙ ω solução /100% , m solução = 100% ∙ m solução /ω r.v.

Vamos começar a preencher a tabela.

Se apenas um valor estiver faltando em uma linha ou coluna, ele poderá ser contado. A exceção é a linha com ω r.v., conhecendo os valores de duas de suas células, o valor da terceira não pode ser calculado.

Apenas uma célula na primeira coluna está faltando um valor. Então podemos calculá-lo:

m (1) r.v. = m (1) solução ∙ ω (1) solução /100% = 150g ∙ 15%/100% = 22,5g

Da mesma forma, conhecemos os valores em duas células da segunda coluna, o que significa:

m (2) r.v. = m (2) solução ∙ ω (2) solução /100% = 100g ∙ 20%/100% = 20g

Vamos inserir os valores calculados na tabela:

Agora conhecemos dois valores na primeira linha e dois valores na segunda linha. Isso significa que podemos calcular os valores ausentes (m (3)r.v. e m (3)r-ra):

m (3)r.v. = m (1)r.v. + m (2)r.v. = 22,5g + 20g = 42,5g

m (3) solução = m (1) solução + m (2) solução = 150 g + 100 g = 250 g.

Vamos inserir os valores calculados na tabela e obter:

Agora chegamos perto de calcular o valor desejado de ω (3)r.v. . Na coluna onde está localizado é conhecido o conteúdo das outras duas células, o que significa que podemos calculá-lo:

ω (3)r.v. = 100% ∙ m (3)r.v. /m (3) solução = 100% ∙ 42,5 g/250 g = 17%

Exemplo 4

Foram adicionados 50 ml de água a 200 g de solução de cloreto de sódio a 15%. Qual é a fração mássica de sal na solução resultante. Por favor, indique sua resposta com aproximação ao centésimo de _______% mais próximo

Solução:

Em primeiro lugar, devemos atentar para o facto de que em vez da massa de água adicionada, nos é dado o seu volume. Vamos calcular sua massa, sabendo que a densidade da água é 1 g/ml:

minha extensão. (H 2 O) = V ramal. (H 2 O) ∙ ρ (H2O) = 50 ml ∙ 1 g/ml = 50 g

Se considerarmos a água como uma solução de cloreto de sódio a 0% contendo 0 g de cloreto de sódio, o problema pode ser resolvido utilizando a mesma tabela do exemplo acima. Vamos desenhar uma tabela como esta e inserir nela os valores que conhecemos:

Existem dois valores conhecidos na primeira coluna, então podemos calcular o terceiro:

m (1)r.v. = m (1)r-ra ∙ ω (1)r.v. /100% = 200g ∙ 15%/100% = 30g,

Na segunda linha também são conhecidos dois valores, o que significa que podemos calcular o terceiro:

m (3) solução = m (1) solução + m (2) solução = 200 g + 50 g = 250 g,

Insira os valores calculados nas células apropriadas:

Agora dois valores na primeira linha foram conhecidos, o que significa que podemos calcular o valor de m (3)r.v. na terceira célula:

m (3)r.v. = m (1)r.v. + m (2)r.v. = 30g + 0g = 30g

ω (3)r.v. = 30/250 ∙ 100% = 12%.

A fração de massa de um elemento ω(E)% é a razão entre a massa de um determinado elemento m (E) em uma determinada molécula de uma substância e a massa molecular desta substância Mr (in-va).

A fração de massa de um elemento é expressa em frações de uma unidade ou em porcentagem:

ω(E) = m (E) / Sr(in-va) (1)

ω% (E) = m(E) 100%/Mr(in-va)

A soma das frações de massa de todos os elementos de uma substância é igual a 1 ou 100%.

Via de regra, para calcular a fração de massa de um elemento, eles pegam uma porção de uma substância igual à massa molar da substância, então a massa de um determinado elemento nesta porção é igual à sua massa molar multiplicada pelo número de átomos de um determinado elemento na molécula.

Então, para uma substância A x B y em frações de unidade:

ω(A) = Ar(E) X / Мr(in-va) (2)

Da proporção (2) derivamos uma fórmula de cálculo para determinar os índices (x, y) na fórmula química de uma substância, se as frações de massa de ambos os elementos e a massa molar da substância forem conhecidas:

X = ω%(A) Mr(in-va) / Ar(E) 100% (3)

Dividindo ω% (A) por ω% (B), ou seja, transformando a fórmula (2), obtemos:

ω(A) / ω(B) = X Ar(A) / Y Ar(B) (4)

A fórmula de cálculo (4) pode ser transformada da seguinte forma:

X: Y = ω%(A) / Ar(A) : ω%(B) / Ar(B) = X(A) : Y(B) (5)

As fórmulas de cálculo (3) e (5) são usadas para determinar a fórmula de uma substância.

Se o número de átomos em uma molécula de uma substância para um dos elementos e sua fração de massa forem conhecidos, a massa molar da substância pode ser determinada:

Senhor(v-va) = Ar(E) X / W(A)

Exemplos de resolução de problemas de cálculo de frações de massa de elementos químicos em uma substância complexa

Cálculo de frações mássicas de elementos químicos em uma substância complexa

Exemplo 1. Determine as frações mássicas dos elementos químicos do ácido sulfúrico H 2 SO 4 e expresse-as em porcentagens.

Solução

1. Calcule o peso molecular relativo do ácido sulfúrico:

Senhor (H 2 SO 4) = 1 2 + 32 + 16 4 = 98

2. Calcule as frações de massa dos elementos.

Por esta valor numérico A massa do elemento (incluindo o índice) é dividida pela massa molar da substância:

Levando isso em consideração e denotando a fração de massa de um elemento com a letra ω, os cálculos das frações de massa são realizados da seguinte forma:

ω(H) = 2: 98 = 0,0204 ou 2,04%;

ω(S) = 32: 98 = 0,3265, ou 32,65%;

ω(O) = 64: 98 =0,6531 ou 65,31%

Exemplo 2. Determine as frações mássicas dos elementos químicos no óxido de alumínio Al 2 O 3 e expresse-as em porcentagens.

Solução

1. Calcule o peso molecular relativo do óxido de alumínio:

Senhor(Al 2 O 3) = 27 2 + 16 3 = 102

2. Calcule as frações de massa dos elementos:

ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%

ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%

Como calcular a fração de massa de uma substância em um hidrato cristalino

A fração de massa de uma substância é a razão entre a massa de uma determinada substância em um sistema e a massa de todo o sistema, ou seja, ω(X) = m(X) /m,

onde ω(X) é a fração de massa da substância X,

m(X) - massa da substância X,

m - massa de todo o sistema

A fração de massa é uma quantidade adimensional. É expresso como uma fração de uma unidade ou como uma porcentagem.

Exemplo 1. Determine a fração mássica de água de cristalização em cloreto de bário di-hidratado BaCl 2 2H 2 O.

Solução

A massa molar de BaCl 2 · 2H 2 O é:

M(BaCl 2 2H 2 O) = 137+ 2 35,5 + 2 18 = 244 g/mol

Da fórmula BaCl 2 · 2H 2 O segue-se que 1 mol de cloreto de bário di-hidratado contém 2 mol de H 2 O. A partir disso podemos determinar a massa de água contida em BaCl 2 · 2H 2 O:

m(H2O) = 2 18 = 36 g.

Encontramos a fração mássica da água de cristalização em cloreto de bário di-hidratado 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%.

Exemplo 2. Da amostra pedra pesando 25 g, contendo o mineral argentita Ag 2 S, isolou-se prata pesando 5,4 g Determine a fração mássica de argentita na amostra.

Desde o século XVII a química deixou de ser uma ciência descritiva. Os cientistas químicos começaram a utilizar amplamente métodos para medir vários parâmetros de uma substância. O desenho das balanças foi cada vez mais aprimorado, possibilitando determinar a massa das amostras de substâncias gasosas; além da massa, também foram medidos o volume e a pressão. O uso de medidas quantitativas permitiu compreender a essência das transformações químicas e determinar a composição de substâncias complexas.

Como você já sabe, uma substância complexa contém dois ou mais Elemento químico. É óbvio que a massa de toda matéria é composta pelas massas dos seus elementos constituintes. Isso significa que cada elemento representa uma determinada porção da massa da substância.

A fração de massa de um elemento em uma substância é denotada pela letra minúscula latina w (duplo-ve) e mostra a participação (parte da massa) de um determinado elemento na massa total da substância. Este valor pode ser expresso em frações de uma unidade ou em porcentagem (Fig. 69). É claro que a fração de massa de um elemento em uma substância complexa é sempre menor que a unidade (ou menor que 100%). Afinal, uma parte do todo é sempre menor que o todo, assim como uma fatia de laranja é menor que a laranja inteira.

Arroz. 69.
Diagrama de composição elementar de óxido de mercúrio

Por exemplo, a composição do óxido de mercúrio HgO inclui dois elementos - mercúrio e oxigênio. Ao aquecer 50 g desta substância, obtêm-se 46,3 g de mercúrio e 3,7 g de oxigênio. Vamos calcular a fração mássica de mercúrio em uma substância complexa:

A fração mássica de oxigênio nesta substância pode ser calculada de duas maneiras. Por definição, a fração mássica de oxigênio no óxido de mercúrio é igual à razão entre a massa de oxigênio e a massa de óxido de mercúrio:

Sabendo que a soma das frações mássicas dos elementos de uma substância é igual a um (100%), a fração mássica do oxigênio pode ser calculada a partir da diferença:

Para encontrar as frações mássicas dos elementos usando o método proposto, é necessário realizar um experimento químico complexo e trabalhoso para determinar a massa de cada elemento. Se a fórmula de uma substância complexa for conhecida, o mesmo problema pode ser resolvido com muito mais facilidade.

Para calcular a fração de massa de um elemento, é necessário multiplicar sua massa atômica relativa pelo número de átomos desse elemento na fórmula e dividir pela massa molecular relativa da substância.

Por exemplo, para água (Fig. 70):

Vamos praticar a resolução de problemas de cálculo de frações de massa de elementos em substâncias complexas.

Tarefa 1. Calcule as frações de massa dos elementos da amônia, cuja fórmula é NH 3.

Tarefa 2. Calcule as frações de massa dos elementos do ácido sulfúrico com a fórmula H 2 SO 4.

Mais frequentemente, os químicos têm de resolver o problema inverso: usar as frações de massa dos elementos para determinar a fórmula de uma substância complexa.

Vamos ilustrar como tais problemas são resolvidos com um exemplo histórico.

Problema 3. Dois compostos de cobre com oxigênio (óxidos) foram isolados de minerais naturais - tenorita e cuprita (Fig. 71). Eles diferiam entre si na cor e nas frações de massa dos elementos. No óxido negro (Fig. 72) isolado da tenorita, a fração mássica de cobre era de 80% e a fração mássica de oxigênio era de 20%. No óxido de cobre vermelho isolado da cuprita, as frações mássicas dos elementos foram de 88,9% e 11,1%, respectivamente. Quais são as fórmulas dessas substâncias complexas? Vamos resolver esses dois problemas simples.

Arroz. 71. Mineral cuprita
Arroz. 72. Óxido de cobre preto isolado do mineral tenorita

3. A relação resultante deve ser reduzida a valores de inteiros: afinal, os índices da fórmula que mostra o número de átomos não podem ser fracionários. Para fazer isso, os números resultantes devem ser divididos pelo menor deles (no nosso caso são iguais).

Agora vamos complicar um pouco a tarefa.

Problema 4. De acordo com a análise elementar, o sal amargo calcinado tem a seguinte composição: fração mássica de magnésio 20,0%, fração mássica de enxofre - 26,7%, fração mássica de oxigênio - 53,3%.

Perguntas e tarefas

1. Qual é a fração de massa de um elemento em uma substância complexa? Como esse valor é calculado?
2. Calcule as frações de massa dos elementos nas substâncias: a) dióxido de carbono CO 2; b) sulfeto de cálcio CaS; c) nitrato de sódio NaNO 3; d) óxido de alumínio A1 2 O 3.
3. Qual dos fertilizantes nitrogenados contém a maior fração mássica do elemento nutriente nitrogênio: a) cloreto de amônio NH 4 C1; b) sulfato de amônio (NH 4) 2 SO 4; c) uréia (NH 2) 2 CO?
4. Na pirita mineral existem 8 g de enxofre por 7 g de ferro. Calcule as frações de massa de cada elemento desta substância e determine sua fórmula.
5. A fração mássica de nitrogênio em um de seus óxidos é de 30,43%, e a fração mássica de oxigênio é de 69,57%. Determine a fórmula do óxido.
6. Na Idade Média, uma substância chamada potássio era isolada das cinzas das fogueiras e usada para fazer sabão. As frações de massa dos elementos desta substância são: potássio - 56,6%, carbono - 8,7%, oxigênio - 34,7%. Determine a fórmula do potássio.