Химия

Урок 6: Состав вещества

Состав вещества. Смеси

Химия – учение о веществах, которые нас окружают. С помощью этой науки человек познает мир и открывает что-то новое. Мир подчиняется законам, знание которых позволяет создавать важные растворы, смеси и вещества. На формулах нахождения массовой доли и молярной концентрации строится современное производство.

План урока:

Важнейшие химические законы

Массовая доля

Решение задач с неизвестным элементом в соединении

Молярная концентрация

 

Важнейшие химические законы

В химической науке существует несколько законов, которым подчиняются вещества.

Закон сохранения массы

Закон был сформулирован в 1748 году Михаилом Васильевичем Ломоносовым, но его открывателем считается французский ученый Антуан Лоран Лавуазье. Он экспериментальным путем доказал закон в 1756 году.

Формулировка закона: «Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся во время реакции».

Закон подчиняется атомно-молекулярной теории, согласно которому химические реакции представляют собой перегруппировку атомов в молекулы. Новые атомы при этом не образуются. Например, чистый натрий получают путем электролиза расплава хлорида натрия. Исходя из уравнения реакции и атомной массы элементов, можно сделать вывод, что закон сохранения массы существует.

1 razlozhenie natrii hlor

 

Закон постоянства состава вещества

Закон был открыт в те времена, когда считалось, что все вещества имеют молекулярное строение. Но согласно современным исследованиям только 5 % неорганических веществ состоят из молекул, поэтому закон справедлив для небольшой части химических соединений.

Формулировка закона: «Всякое чистое вещество молекулярного строения независимо от способа получения имеет одинаковый количественный и качественный состав». Состав немолекулярных веществ непостоянен.

Например, вода Н2О имеет молекулярное строение и ее состав одинаков, вне зависимости от способа получения. А углерод имеет различные аллотропные модификации в виде алмаза и графита. Поэтому химический состав данного вещества  зависит от метода получения.

Массовая доля

Доля – одна часть чего-то целого. Например, пицца разрезана на восемь частей. Один кусок – 1/8 или 12,5 % от целой пиццы – это массовая доля.

2 kusochki pizzy

Массовая доля обозначается буквой греческого алфавита («омега») ω и выражается в процентах (от 0 до 100) или цифрой от 0 до 1.

 

Массовая доля элемента

Массовая доля атома показывает, какая часть молекулярной массы соединения приходится на данный химический элемент.Ее рассчитывают по формуле:

3 formula atomov elementov

где n – число атомов элемента в химическом соединении,

Ar(Э) – относительная атомная масса элемента,

Mr(в-ва) – относительная молекулярная масса соединения.

 

Задача. Найти массовую долю калия в перманганате калия KMnO4.

  • Найти относительную молекулярную массу соединения.

Mr(KMnO4) = 39 + 55 + 16 * 4 = 158 г/моль

  • Рассчитать массовую долю химического элемента в соединении.

ω (К) = 39г/моль /158 г/моль = 24,7 % или 0,247

Ответ: ω (К) = 24,7 % или 0,247

Массовая и объемная доля компонента смеси

Смесь – структура, образующаяся из двух и более веществ. Вещества, входящие в состав смеси, называют компонентами. Например, воздух – смесь азота, кислорода, углекислого газа и других. Если масса одного компонента в десятки раз меньше массы другого компонента смеси, то его называют примесью. Например, воздух может быть загрязнен угарным газом.

Массовая доля в жидких и твердых смесях рассчитывается по формуле:

4 massovaya dolya v zhidkostyah

Массовая доля в смеси газов (φ) рассчитывается по формуле:

5 massovaya dolya v gazah

 

Задача. В 10 мл дистиллированной воды растворили 1 г поваренной соли. Найдите массовую долю растворенного вещества.

  • Найти массу раствора.

m (р-ра) = m (H2O) + m (NaCl) = 10 г + 1 г = 11 г

  • Найти массовую долю соли.

ω (NaCl) = (1 г/11 г) * 100 % = 9,09 %

Ответ: ω (NaCl) = 9,09 %

 

Задача. В 4 л растворе содержится 100 г соляной кислоты HCl. Рассчитайте массовую долю растворенного вещества, учитывая, что плотность соляной кислоты – 1,098 г/мл.

  • Найти массу вещества.

m(р-ра) = V * p = 4000 мл * 1,098 г/мл = 4392 г

  • Найти массовую долю кислоты.

ω (НCl) = (100 г/4392 г) * 100 % = 2,277 %

Ответ: ω (НCl) = 2,277 %

 

Задача. К 700 г 48%-ного раствора добавили 30 г это же соли, которая находится в растворе. Определите массовую долю в полученной смеси?

  • Найти массу раствора.

m(р-ра) = 700 г + 30 г = 730 г

  • Найти массу растворенного вещества в исходном растворе.

m1(соли) = 700 г * 48 %/ 100 % = 336 г

  • Найти массу вещества в полученном растворе.

m2 (соли) = 336 г + 30 г = 366 г

  • Найти массовую долю соли в растворе.

ω (соли) = 366 г * 100 %/ 730 г = 50,137 %

Ответ: ω (соли) = 50,137 %

 

Задача. Смешали 200 г 35%-ного и 300 г 5%-ного раствора серной кислоты H2SO4. Определите массовую долю кислоты.

  • Найти массу первой кислоты.

m1 (соли) = 200 г * 35 % / 100 % = 70 г

  • Найти массу второй кислоты.

m1 (соли) = 300 г * 5 % / 100 % = 15 г

  • Найти массу раствора.

m (р-ра) = 200 г + 300 г = 500 г

  • Найти массу вещества.

m(в-ва) = 70 г + 15 г = 85 г

  • Найти массовую долю кислоты.

ω (к-ты) = 85 г * 100 % / 500 г = 17 %

Ответ: ω (к-ты) = 17 %

 

Массовая доля примесей

В природе практически во всех веществах есть примеси. Но в некоторых областях использование «грязных материалов» недопустимо. Например, в микросхеме компьютера используют только чистый кристалл кремния.

Вещество, содержащее примеси, называется образцом.Степень чистоты выражают массовой долей основного компонента, или массовой долей примесей.

6 massovaya dolya primesei

Задача. В самородной сере 8 % примесей. Сколько чистой серы в 500 кг природного образца?

  • Найти массу примесей в образце.

m(примесей) = 500 кг * 8 % / 100 % = 40 кг

  • Найти массу чистой серы в образце.

m(серы) = m(образца) – m (примесей) = 500 кг – 40 кг = 460 кг

Ответ: m (чистой серы) = 460 кг

 

Массовая доля продукта реакции

Большинство химических реакций обратимы. При необратимых реакциях часть веществ утрачивается, и выход продуктов уменьшается. Т.е. полученная практическая масса отличается от теоретической. В расчетах используют отношение реального количества получаемого вещества к теоретически вычисленному количеству. Это отношение называется выходом продукта химической реакции от теоретически возможного.

7 massovaya dolya produkta reakcii

Задача. При взаимодействии хлора и метана (объем – 112 л) был получен дихлорметан, масса которого составила 255 г. Какова доля выхода дихлорметана.

  • Написать уравнение реакции.

CH4 + 2Cl2 = CH2Cl2 + 2HCl

  • Рассчитать количества метана.

n(CH4) = V/Vm = 112 л/22,4л/моль = 5 моль

  • Посчитать теоретическое количество дихлорметана.

Исходя из уравнения: n(CH2Cl2) = n(CH4) = 5 моль

mтеор(CH2Cl2) = M *nтеор(CH2Cl2) = 85 г/моль * 5 моль = 425 г

  • Найти долю выхода дихлорметана.

η (CH2Cl2) = 255 г * 100 % / 425 г = 60%

Ответ: η (CH2Cl2) = 60%

 

Решение задач с неизвестным элементом в соединении

Задача. Определите название элемента (Э) в соединении Э2О3, при том, что его массовая доля составляет 68,42%.

  • Найти молярную массу.

М (Э2О3) = 2 * х + 3 * 16 = 2х + 48

  • Найти массовую долю элемента в химическом соединении.

Пусть О(Э2О3) = 1 моль

ω (Э) =m (Э) / m (Э2О3) =2х / (2х + 48) = 0,684

  • Найти атомную массу элемента.

0,684 (2х +48) / 0,684 = 2х / 0,684

2х + 48 = 2,924х

х = 52

  • Определить химический элемент.

М (Cr) = 52 г/моль

Ответ: Cr2O3

 

Задача. Оксид пятивалентного элемента содержит 56,34% кислорода. Какой состав вещества?

  • Определить формулу соединения.

Т.к. элемент имеет валентность равную V, то оксид выглядит следующим образом Э2О5

  • Вычислить молярную массу элемента.

ω (О) = m (О) / m (Э2О5) = (5 * 16) / (2х + 5 * 16) = 0,684

1,1268х + 45,072 = 80

1,1268х = 34,928

х = 31

  • Определить по атомной массе химический элемент.

М (Р) = 31 г/моль

Ответ: Р2О5

Молярная концентрация

Молярная концентрация (молярность)Сm выражает концентрацию вещества в растворе.

8 molyarnaya koncentracia

где νр.в. – количество растворенного вещества (моль),

Vр-ра– объем раствора (л).

Молярная концентрация измеряется в моль/л или М.

 

Задача. В 100 мл раствора содержится 1,8 г соляной кислоты.Чему равна молярная концентрация кислоты.

  • Найти количество вещества.

ν(HCl) = m (HCl) / M (HCl) = 1,8 г/ 36,5 г/моль = 0,05 моль

  • Найти молярную концентрацию раствора.

Сm (HCl) = ν (HCl) /Vр-ра= 0,05 моль / 0,1 л = 0,5 моль/л

Знание химических законов и формул позволяет работникам лабораторий делать растворы нужные растворы. Не на каждом производстве есть растворы всех концентраций, поэтому умение решать подобные задачи позволяет создавать необходимые смеси. На понятиях массовая доля и концентрация строится химия реальных систем.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
В чем измеряется массовая доля?
1в процентах(%)или цифрой от 0 до 1
2в молях
3в г/моль
4в граммах (г)
Ответить
1
Вопрос: 2
Закон сохранения массы гласит, что…
1любое чистое немолекулярное вещество вне зависимости от способа получения имеет одинаковый количественный и качественный состав
2состав чистого вещества молекулярного строения не зависит от метода получения
3массы исходных веществ и образовавшихся продуктов равны
4свойства и состав веществаопределяются периодической зависимостью от заряда ядра атомов элементов
Ответить
3
Вопрос: 3
Закон постоянства состава вещества гласит, что…
1состав любого чистого немолекулярного вещества не зависит от способа получения
2всякое чистое вещество молекулярного строения имеет одинаковый состав вне зависимости от способа получения
3массы исходных и образовавшихся веществ одинаковы
4свойства простых и сложных веществ находятся в зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера элемента)
Ответить
2
Вопрос: 4
По какой формуле можно найти молярную массу?
1Cm = νр.в. / Vр-ра
2Cm = mв-ва / mр-ра
3Cm = mр-ра / mв-ва
4Cm = V / Vm
Ответить
1
Вопрос: 5
По какой формуле можно найти массовую долю продукта реакции?
1η = mпрактическая/ mтеоретическая
2η = mтеоретическая / mпрактическая
3η = mв-ва/ Vр-ра
4η = Vр-ра/ mв-ва
Ответить
1
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

В чем измеряется массовая доля?
1) в процентах(%)или цифрой от 0 до 1 2) в молях 3) в г/моль 4) в граммах (г)
2 вопрос:

Закон сохранения массы гласит, что…
1) любое чистое немолекулярное вещество вне зависимости от способа получения имеет одинаковый количественный и качественный состав 2) состав чистого вещества молекулярного строения не зависит от метода получения 3) массы исходных веществ и образовавшихся продуктов равны 4) свойства и состав веществаопределяются периодической зависимостью от заряда ядра атомов элементов
3 вопрос:

Закон постоянства состава вещества гласит, что…
1) состав любого чистого немолекулярного вещества не зависит от способа получения 2) всякое чистое вещество молекулярного строения имеет одинаковый состав вне зависимости от способа получения 3) массы исходных и образовавшихся веществ одинаковы 4) свойства простых и сложных веществ находятся в зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера элемента)
4 вопрос:

По какой формуле можно найти молярную массу?
1) Cm = νр.в. / Vр-ра 2) Cm = mв-ва / mр-ра 3) Cm = mр-ра / mв-ва 4) Cm = V / Vm
5 вопрос:

По какой формуле можно найти массовую долю продукта реакции?
1) η = mпрактическая/ mтеоретическая 2) η = mтеоретическая / mпрактическая 3) η = mв-ва/ Vр-ра 4) η = Vр-ра/ mв-ва
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: в процентах(%)или цифрой от 0 до 1
2 вопрос: массы исходных веществ и образовавшихся продуктов равны
3 вопрос: всякое чистое вещество молекулярного строения имеет одинаковый состав вне зависимости от способа получения
4 вопрос: Cm = νр.в. / Vр-ра
5 вопрос: η = mпрактическая/ mтеоретическая