La fracción de masa de un elemento ω(E)% es la relación entre la masa de un elemento dado m (E) en una molécula dada de una sustancia y la masa molecular de esta sustancia Mr (in-va).

La fracción de masa de un elemento se expresa en fracciones de unidad o como porcentaje:

ω(E) = m (E) / Sr(in-va) (1)

ω% (E) = m(E) 100%/Mr(in-va)

La suma de las fracciones de masa de todos los elementos de una sustancia es igual a 1 o 100%.

Como regla general, para calcular la fracción de masa de un elemento, se toma una porción de una sustancia igual a la masa molar de la sustancia, luego la masa de este elemento en esta porción es igual a su masa molar multiplicada por el número de átomos de un elemento dado en la molécula.

Entonces, para una sustancia A x B y en fracciones de unidad:

ω(A) = Ar(E) X / Мr(in-va) (2)

De la proporción (2) derivamos fórmula de cálculo para determinar los índices (x, y) en la fórmula química de una sustancia, si se conocen las fracciones de masa de ambos elementos y la masa molar de la sustancia:

X = ω%(A) Mr(in-va) / Ar(E) 100% (3)

Dividiendo ω% (A) por ω% (B), es decir transformando la fórmula (2), obtenemos:

ω(A) / ω(B) = X Ar(A) / Y Ar(B) (4)

La fórmula de cálculo (4) se puede transformar de la siguiente manera:

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

Las fórmulas de cálculo (3) y (5) se utilizan para determinar la fórmula de una sustancia.

Si se conoce el número de átomos en una molécula de una sustancia para uno de los elementos y su fracción de masa, se puede determinar la masa molar de la sustancia:

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

Ejemplos de resolución de problemas sobre el cálculo de fracciones de masa de elementos químicos en una sustancia compleja.

Cálculo de fracciones masivas de elementos químicos en una sustancia compleja.

Ejemplo 1. Determinar las fracciones masivas de elementos químicos en ácido sulfúrico H 2 SO 4 y expresarlas como porcentajes.

Solución

1. Calcular el relativo peso molecularácido sulfúrico:

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

2. Calcular las fracciones de masa de los elementos.

Para ello, el valor numérico de la masa del elemento (teniendo en cuenta el índice) se divide por la masa molar de la sustancia:

Teniendo esto en cuenta y denotando la fracción de masa de un elemento con la letra ω, los cálculos de las fracciones de masa se realizan de la siguiente manera:

ω(H) = 2: 98 = 0,0204, o 2,04%;

ω(S) = 32: 98 = 0,3265, o 32,65%;

ω(O) = 64: 98 =0,6531, o 65,31%

Ejemplo 2. Determine las fracciones masivas de elementos químicos en el óxido de aluminio Al 2 O 3 y exprese como porcentajes.

Solución

1. Calcule el peso molecular relativo del óxido de aluminio:

Señor(Al 2 O 3) = 27 2 + 16 3 = 102

2. Calcule las fracciones de masa de los elementos:

ω(Al) = 54: 102 = 0,53 = 53%

ω(O) = 48: 102 = 0,47 = 47%

Cómo calcular la fracción de masa de una sustancia en un hidrato cristalino.

La fracción de masa de una sustancia es la relación entre la masa de una sustancia determinada en un sistema y la masa de todo el sistema, es decir, ω(X) = metro(X) / metro,

donde ω(X) es la fracción de masa de la sustancia X,

m(X) - masa de sustancia X,

m - masa de todo el sistema

La fracción de masa es una cantidad adimensional. Se expresa como fracción de unidad o como porcentaje.

Ejemplo 1. Determine la fracción de masa de agua de cristalización en cloruro de bario dihidrato BaCl 2 · 2H 2 O.

Solución

La masa molar de BaCl 2 2H 2 O es:

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

De la fórmula BaCl 2 2H 2 O se deduce que 1 mol de cloruro de bario dihidrato contiene 2 moles de H 2 O. A partir de esto podemos determinar la masa de agua contenida en BaCl 2 2H 2 O:

metro(H2O) = 2·18 = 36 g.

Encontramos la fracción masiva de agua de cristalización en cloruro de bario dihidrato BaCl 2 · 2H 2 O.

ω(H2O) = m(H2O)/m(BaCl2·2H2O) = 36/244 = 0,1475 = 14,75%.

Ejemplo 2. Se aisló plata que pesaba 5,4 g de una muestra de roca que pesaba 25 g que contenía el mineral argentita Ag 2 S. Determine la fracción de masa de argentita en la muestra.

Determinamos la cantidad de sustancia plateada que se encuentra en la argentita: n(Ag) = m(Ag) / M(Ag) = 5,4 / 108 = 0,05 mol. De la fórmula Ag 2 S se deduce que la cantidad de sustancia argentita es la mitad que la cantidad de sustancia plateada. Determine la cantidad de sustancia argentita: n(Ag 2 S) = 0,5 n(Ag) = 0,5 0,05 = 0,025 mol Calculamos la masa de argentita: m(Ag2S) = n(Ag2S) M(Ag2S) = 0,025 248 = 6,2 g. Ahora determinamos la fracción de masa de argentita en una muestra de roca que pesa 25 g. ω(Ag 2 S) = m(Ag 2 S) / m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8%.

Tarea 3.1. Determine la masa de agua en 250 g de solución de cloruro de sodio al 10%.

Solución. De w = m agua / m solución Encuentre la masa de cloruro de sodio:
m mezcla = w m solución = 0,1 250 g = 25 g NaCl
Porque el m r-ra = m v-va + m r-la, entonces obtenemos:
m(H 2 0) = m solución - m mezcla = 250 g - 25 g = 225 g H 2 0.

Problema 3.2. Determine la masa de cloruro de hidrógeno en 400 ml de solución de ácido clorhídrico con una fracción de masa de 0,262 y una densidad de 1,13 g/ml.

Solución. Porque el w = m in-va / (V ρ), entonces obtenemos:
m in-va = w V ρ = 0,262 400 ml 1,13 g/ml = 118 g

Problema 3.3. Se añadieron 80 g de agua a 200 g de una solución salina al 14%. Determine la fracción masiva de sal en la solución resultante.

Solución. Encuentra la masa de sal en la solución original:
m sal = w m solución = 0,14 200 g = 28 g.
La misma masa de sal quedó en la nueva solución. Encuentre la masa de la nueva solución:
solución m = 200 g + 80 g = 280 g.
Encuentre la fracción masiva de sal en la solución resultante:
w = m sal / m solución = 28 g / 280 g = 0,100.

Problema 3.4.¿Qué volumen de una solución de ácido sulfúrico al 78% con una densidad de 1,70 g/ml se debe tomar para preparar 500 ml de una solución de ácido sulfúrico al 12% con una densidad de 1,08 g/ml?

Solución. Para la primera solución tenemos:
w1 = 0,78 Y ρ1 = 1,70 g/ml.
Para la segunda solución tenemos:
V2 = 500 ml, w2 = 0,12 Y ρ2 = 1,08 g/ml.
Dado que la segunda solución se prepara a partir de la primera agregando agua, las masas de sustancia en ambas soluciones son las mismas. Encuentra la masa de la sustancia en la segunda solución. De w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2) tenemos:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,12 500 ml 1,08 g/ml = 64,8 g.
metro 2 = 64,8 gramos. Encontramos
Volumen de la primera solución. De w 1 = metro 1 / (V 1 ρ 1) tenemos:
V1 = m1 / (w1 ρ 1) = 64,8 g / (0,78 1,70 g/ml) = 48,9 ml.

Problema 3.5.¿Qué volumen de una solución de hidróxido de sodio al 4,65% con una densidad de 1,05 g/ml se puede preparar a partir de 50 ml de una solución de hidróxido de sodio al 30% con una densidad de 1,33 g/ml?

Solución. Para la primera solución tenemos:
w1 = 0,0465 Y ρ1 = 1,05 g/ml.
Para la segunda solución tenemos:
V2 = 50 ml, w2 = 0,30 Y ρ2 = 1,33 g/ml.
Dado que la primera solución se prepara a partir de la segunda agregando agua, las masas de sustancia en ambas soluciones son las mismas. Encuentra la masa de la sustancia en la segunda solución. De w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2) tenemos:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,30 50 ml 1,33 g/ml = 19,95 g.
La masa de la sustancia en la primera solución también es igual a m2 = 19,95 gramos.
Encuentra el volumen de la primera solución. De w 1 = metro 1 / (V 1 ρ 1) tenemos:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 19,95 g / (0,0465 1,05 g/ml) = 409 ml.
Coeficiente de solubilidad (solubilidad): la masa máxima de una sustancia soluble en 100 g de agua a una temperatura determinada. Una solución saturada es una solución de una sustancia que está en equilibrio con el precipitado existente de esa sustancia.

Problema 3.6. El coeficiente de solubilidad del clorato de potasio a 25 °C es de 8,6 g. Determine la fracción másica de esta sal en una solución saturada a 25 °C.

Solución. 8,6 g de sal disueltos en 100 g de agua.
La masa de la solución es:
m solución = m agua + m sal = 100 g + 8,6 g = 108,6 g,
y la fracción masiva de sal en la solución es igual a:
w = m sal / m solución = 8,6 g / 108,6 g = 0,0792.

Problema 3.7. La fracción másica de sal en una solución de cloruro de potasio saturada a 20 °C es 0,256. Determinar la solubilidad de esta sal en 100 g de agua.

Solución. Sea la solubilidad de la sal X g en 100 g de agua.
Entonces la masa de la solución es:
m solución = m agua + m sal = (x + 100) g,
y la fracción de masa es igual a:
w = m sal / m solución = x / (100 + x) = 0,256.
De aquí
x = 25,6 + 0,256x; 0,744x = 25,6; x = 34,4 gramos por 100 g de agua.
Concentración molar Con- relación de la cantidad de sustancia disuelta v (moles) al volumen de solución V (en litros), ñ = v(mol) / V(l), c = m in-va / (M V(l)).
La concentración molar muestra el número de moles de una sustancia en 1 litro de solución: si la solución es decimolar ( c = 0,1 M = 0,1 mol/l) significa que 1 litro de solución contiene 0,1 mol de sustancia.

Problema 3.8. Determine la masa de KOH necesaria para preparar 4 litros de solución 2 M.

Solución. Para soluciones con concentración molar tenemos:
c = m / (MV),
Dónde Con- concentración molar,
metro- masa de sustancia,
METRO- masa molar de la sustancia,
V- volumen de solución en litros.
De aquí
m = c M V(l) = 2 mol/l 56 g/mol 4 l = 448 g KOH.

Problema 3.9.¿Cuántos ml de una solución al 98% de H 2 SO 4 (ρ = 1,84 g/ml) se deben tomar para preparar 1500 ml de una solución 0,25 M?

Solución. El problema de diluir una solución. Para una solución concentrada tenemos:
w 1 = m 1 / (V 1 (ml) ρ 1).
Necesitamos encontrar el volumen de esta solución. V 1 (ml) = m 1 / (w 1 ρ 1).
Dado que una solución diluida se prepara a partir de una solución concentrada mezclando esta última con agua, la masa de la sustancia en estas dos soluciones será la misma.
Para una solución diluida tenemos:
c 2 = m 2 / (M V 2 (l)) Y metro 2 = s 2 M V 2 (l).
Sustituimos el valor de masa encontrado en la expresión del volumen de la solución concentrada y realizamos los cálculos necesarios:
V 1 (ml) = m / (w 1 ρ 1) = (con 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.

Necesitará

• Debe determinar a qué opción pertenece su tarea. En el caso de la primera opción, necesitarás la tabla periódica. En el caso del segundo, es necesario saber que la solución consta de dos componentes: un soluto y un disolvente. Y la masa de la solución es igual a la masa de estos dos componentes.

Instrucciones

En el caso de la primera versión del problema:
Según Mendeleev, encontramos la masa molar de una sustancia. La suma molar de las masas atómicas que forman una sustancia.

Por ejemplo, la masa molar (Mr) del hidróxido de calcio Ca(OH)2: Mr(Ca(OH)2) = Ar(Ca) + (Ar(O) + Ar(H))*2 = 40 + (16 + 1) *2 = 74.

Si no hay una taza medidora en la que puedas verter el agua, calcula el volumen del recipiente en el que se encuentra. El volumen siempre es igual al producto del área de la base por la altura, y con vasijas de forma constante no suele haber problemas. Volumen agua habrá en el banco igual al área base redonda hasta una altura llena de agua. ¿Multiplicando la densidad? por volumen agua V, recibirás masa agua m: m=?*V.

Vídeo sobre el tema.

nota

Puedes determinar la masa conociendo la cantidad de agua y su masa molar. La masa molar del agua es 18 porque consta de las masas molares de 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno. MH2O = 2MH+MO=2 1+16=18 (g/mol). m=n*M, donde m es la masa de agua, n es la cantidad, M es la masa molar.

¿Qué es la fracción de masa? elemento? Por el nombre mismo se puede entender que se trata de una cantidad que indica la relación de masa. elemento, incluido en la composición de la sustancia, y la masa total de esta sustancia. Se expresa en fracciones de una unidad: porcentaje (centésimas), ppm (miles), etc. ¿Cómo se puede calcular la masa de algo? elemento?

Instrucciones

Para mayor claridad, consideremos el conocido carbono, sin el cual no existiría. Si el carbono es una sustancia (por ejemplo), entonces su masa compartir se puede tomar con seguridad como uno o 100%. Por supuesto, el diamante también contiene impurezas de otros elementos, pero en la mayoría de los casos en cantidades tan pequeñas que pueden pasarse por alto. Pero en modificaciones de carbono como o, el contenido de impurezas es bastante alto y el descuido es inaceptable.

Si el carbono forma parte de una sustancia compleja, se debe proceder de la siguiente manera: escribir la fórmula exacta de la sustancia, luego, conociendo las masas molares de cada elemento incluido en su composición, calcule la masa molar exacta de esta sustancia (por supuesto, teniendo en cuenta el “índice” de cada elemento). Después de esto, determine la masa. compartir, dividiendo la masa molar total elemento por masa molar de la sustancia.

Por ejemplo, necesitas encontrar una masa. compartir carbono en ácido acético. Escribe la fórmula del ácido acético: CH3COOH. Para facilitar los cálculos, conviértalo a la forma: C2H4O2. La masa molar de esta sustancia es la suma de las masas molares de los elementos: 24 + 4 + 32 = 60. En consecuencia, la fracción de masa de carbono en esta sustancia se calcula de la siguiente manera: 24/60 = 0,4.

Si necesita calcularlo como porcentaje, respectivamente, 0,4 * 100 = 40%. Es decir, cada ácido acético contiene (aproximadamente) 400 gramos de carbono.

Por supuesto, las fracciones de masa de todos los demás elementos se pueden encontrar de forma completamente similar. Por ejemplo, la masa en el mismo ácido acético se calcula de la siguiente manera: 32/60 = 0,533 o aproximadamente 53,3%; y la fracción másica de hidrógeno es 4/60 = 0,666 o aproximadamente 6,7%.

Fuentes:

• fracciones de masa de elementos

La fracción masiva de una sustancia muestra su contenido en una estructura más compleja, por ejemplo, en una aleación o mezcla. Si se conoce la masa total de una mezcla o aleación, conociendo las fracciones de masa de las sustancias constituyentes, se pueden encontrar sus masas. Puedes encontrar la fracción de masa de una sustancia conociendo su masa y la masa de toda la mezcla. Este valor se puede expresar en fracciones o porcentajes.

Desde el siglo XVII La química ha dejado de ser una ciencia descriptiva. Los científicos químicos comenzaron a utilizar ampliamente métodos para medir varios parámetros de una sustancia. Se mejoró cada vez más el diseño de las básculas, lo que permitió determinar la masa de muestras de sustancias gaseosas; además de la masa, también se midieron el volumen y la presión. El uso de mediciones cuantitativas permitió comprender la esencia de las transformaciones químicas y determinar la composición de sustancias complejas.

Como ya sabes, una sustancia compleja contiene dos o más elementos químicos. Es obvio que la masa de toda materia está constituida por las masas de sus elementos constituyentes. Esto significa que cada elemento representa una determinada porción de la masa de la sustancia.

La fracción de masa de un elemento en una sustancia se indica con el símbolo latino letra minúscula w (doble-ve) y muestra la participación (parte de la masa) de un elemento dado en la masa total de la sustancia. Este valor se puede expresar en fracciones de unidad o como porcentaje (Fig. 69). Por supuesto, la fracción de masa de un elemento en una sustancia compleja es siempre menor que la unidad (o menos del 100%). Al fin y al cabo, una parte del todo es siempre más pequeña que el todo, del mismo modo que una rodaja de naranja es más pequeña que la naranja entera.

Arroz. 69.
Diagrama de composición elemental del óxido de mercurio.

Por ejemplo, la composición del óxido de mercurio HgO incluye dos elementos: mercurio y oxígeno. Al calentar 50 g de esta sustancia se obtienen 46,3 g de mercurio y 3,7 g de oxígeno. Calculemos la fracción masiva de mercurio en una sustancia compleja:

La fracción masiva de oxígeno en esta sustancia se puede calcular de dos formas. Por definición, la fracción de masa de oxígeno en el óxido de mercurio es igual a la relación entre la masa de oxígeno y la masa de óxido de mercurio:

Sabiendo que la suma de las fracciones masivas de elementos en una sustancia es igual a uno (100%), la fracción masiva de oxígeno se puede calcular a partir de la diferencia:

Para encontrar las fracciones de masa de los elementos utilizando el método propuesto, es necesario realizar un experimento químico complejo y laborioso para determinar la masa de cada elemento. Si se conoce la fórmula de una sustancia compleja, el mismo problema se puede resolver mucho más fácilmente.

Para calcular la fracción de masa de un elemento, debe multiplicar su masa atómica relativa por el número de átomos de este elemento en la fórmula y dividir por la masa molecular relativa de la sustancia.

Por ejemplo, para agua (Fig.70):

Practiquemos la resolución de problemas sobre el cálculo de fracciones de masa de elementos en sustancias complejas.

Tarea 1. Calcule las fracciones masivas de elementos en amoníaco, cuya fórmula es NH 3.

Tarea 2. Calcule las fracciones masivas de elementos en ácido sulfúrico que tienen la fórmula H 2 SO 4.

Más a menudo, los químicos tienen que resolver el problema inverso: utilizar las fracciones de masa de los elementos para determinar la fórmula de una sustancia compleja.

Ilustremos cómo se resuelven estos problemas con un ejemplo histórico.

Problema 3. Se aislaron dos compuestos de cobre con oxígeno (óxidos) de minerales naturales: tenorita y cuprita (Fig. 71). Se diferenciaban entre sí por el color y las fracciones masivas de elementos. En el óxido negro (Fig. 72), aislado de tenorita, la fracción de masa de cobre era del 80% y la fracción de masa de oxígeno era del 20%. En el óxido de cobre rojo aislado de cuprita, las fracciones masivas de elementos fueron 88,9% y 11,1%, respectivamente. ¿Cuáles son las fórmulas de estas sustancias complejas? Resolvamos estos dos problemas simples.

Arroz. 71. Mineral de cuprita
Arroz. 72. Óxido de cobre negro aislado del mineral tenorita.

3. La relación resultante debe reducirse a valores de números enteros: después de todo, los índices en la fórmula que muestran el número de átomos no pueden ser fraccionarios. Para ello hay que dividir los números resultantes por el menor de ellos (en nuestro caso son iguales).

Ahora compliquemos un poco la tarea.

Problema 4. Según el análisis elemental, la sal amarga calcinada tiene la siguiente composición: fracción de masa de magnesio 20,0%, fracción de masa de azufre - 26,7%, fracción de masa de oxígeno - 53,3%.

Preguntas y tareas

1. ¿Cuál es la fracción de masa de un elemento en una sustancia compleja? ¿Cómo se calcula este valor?
2. Calcule las fracciones masivas de elementos en las sustancias: a) dióxido de carbono CO 2; b) sulfuro de calcio CaS; c) nitrato de sodio NaNO 3; d) óxido de aluminio A1 2 O 3.
3. ¿Cuál de los fertilizantes nitrogenados contiene la mayor fracción de masa del elemento nutritivo nitrógeno: a) cloruro de amonio NH 4 C1; b) sulfato de amonio (NH 4) 2 SO 4; c) urea (NH 2) 2 CO?
4. En el mineral pirita hay 8 g de azufre por cada 7 g de hierro. Calcule las fracciones de masa de cada elemento en esta sustancia y determine su fórmula.
5. La fracción masiva de nitrógeno en uno de sus óxidos es del 30,43% y la fracción masiva de oxígeno es del 69,57%. Determina la fórmula del óxido.
6. En la Edad Media, de las cenizas de los incendios se aislaba una sustancia llamada potasa y se utilizaba para fabricar jabón. Las fracciones masivas de elementos en esta sustancia son: potasio - 56,6%, carbono - 8,7%, oxígeno - 34,7%. Determinar la fórmula de la potasa.

Desde el siglo XVII La química ha dejado de ser una ciencia descriptiva. Los científicos químicos comenzaron a utilizar ampliamente la medición de la materia. Cada vez se ha mejorado más el diseño de balanzas que permiten determinar las masas de las muestras. En el caso de sustancias gaseosas, además de la masa, también se midieron el volumen y la presión. El uso de mediciones cuantitativas permitió comprender la esencia de las transformaciones químicas y determinar la composición de sustancias complejas.

Como ya sabes, una sustancia compleja contiene dos o más elementos químicos. Es obvio que la masa de toda materia está constituida por las masas de sus elementos constituyentes. Esto significa que cada elemento representa una determinada porción de la masa de la sustancia.

La fracción de masa de un elemento es la relación entre la masa de este elemento en una sustancia compleja y la masa de toda la sustancia, expresada en fracciones de una unidad (o como porcentaje):

La fracción de masa de un elemento en un compuesto se indica con una letra minúscula latina w(“doble-ve”) y muestra la proporción (parte de la masa) atribuible a un elemento dado en la masa total de la sustancia. Este valor se puede expresar en fracciones de una unidad o como porcentaje. Por supuesto, la fracción de masa de un elemento en una sustancia compleja es siempre menor que la unidad (o menos del 100%). Al fin y al cabo, una parte del todo es siempre más pequeña que el todo, del mismo modo que una rodaja de naranja es más pequeña que la naranja entera.

Por ejemplo, el óxido de mercurio contiene dos elementos: mercurio y oxígeno. Al calentar 50 g de esta sustancia se obtienen 46,3 g de mercurio y 3,7 g de oxígeno (Fig. 57). Calculemos la fracción masiva de mercurio en una sustancia compleja:

La fracción masiva de oxígeno en esta sustancia se puede calcular de dos formas. Por definición, la fracción de masa de oxígeno en el óxido de mercurio es igual a la relación entre la masa de oxígeno y la masa del óxido:

Sabiendo que la suma de las fracciones masivas de elementos en una sustancia es igual a uno (100%), la fracción masiva de oxígeno se puede calcular a partir de la diferencia:

w(O) = 1 – 0,926 = 0,074,

w(O) = 100% – 92,6% = 7,4%.

Para encontrar las fracciones de masa de los elementos utilizando el método propuesto, es necesario realizar un experimento químico complejo y laborioso para determinar la masa de cada elemento. Si se conoce la fórmula de una sustancia compleja, el mismo problema se puede resolver mucho más fácilmente.

Para calcular la fracción de masa de un elemento, debes multiplicar su masa atómica relativa por el número de átomos ( norte) de un elemento dado en la fórmula y dividir por el peso molecular relativo de la sustancia:

Por ejemplo, para agua (Fig.58):

Señor(H2O) = 1 2 + 16 = 18,

Tarea 1.Calcule las fracciones masivas de elementos en amoníaco, cuya fórmula es NH3 .

Dado:

Sustancia amoníaco NH 3.

Encontrar:

w(NORTE), w(H).

Solución

1) Calcule el peso molecular relativo del amoníaco:

Señor(NH3) = a r(norte) + 3 a r(H) = 14 + 3 1 = 17.

2) Encuentre la fracción masiva de nitrógeno en la sustancia:

3) Calculemos la fracción de masa de hidrógeno en amoníaco:

w(A) = 1 – w(N) = 1 – 0,8235 = 0,1765, o 17,65%.

Respuesta. w(norte) = 82,35%, w(H) = 17,65%.

Tarea 2.Calcule las fracciones de masa de elementos en ácido sulfúrico que tienen la fórmula H2SO4 .

Dado:

ácido sulfúrico H 2 SO 4.

Encontrar:

w(H), w(S), w(O).

Solución

1) Calcule el peso molecular relativo del ácido sulfúrico:

Señor(H2SO4) = 2 a r(H)+ a r(S)+4 a r(O) = 2 1 + 32 + 4 16 = 98.

2) Encuentre la fracción masiva de hidrógeno en la sustancia:

3) Calcule la fracción masiva de azufre en ácido sulfúrico:

4. Calcule la fracción masiva de oxígeno en la sustancia:

w(O) = 1 – ( w(H)+ w(S)) = 1 – (0,0204 + 0,3265) = 0,6531, o 65,31%.

Respuesta. w(H) = 2,04%, w(S) = 32,65%, w(O) = 65,31%.

Más a menudo, los químicos tienen que resolver el problema inverso: utilizar las fracciones de masa de los elementos para determinar la fórmula de una sustancia compleja. Ilustremos cómo se resuelven estos problemas con un ejemplo histórico.

Se aislaron dos compuestos de cobre con oxígeno (óxidos) de minerales naturales: tenorita y cuprita. Se diferenciaban entre sí por el color y las fracciones masivas de elementos. En el óxido negro, la fracción másica de cobre era del 80% y la fracción másica de oxígeno era del 20%. En el óxido de cobre rojo, las fracciones másicas de elementos fueron 88,9% y 11,1%, respectivamente. ¿Cuáles son las fórmulas de estas sustancias complejas? Hagamos algunos cálculos matemáticos simples.

Ejemplo 1. Cálculo fórmula químicaóxido de cobre negro ( w(Cu) = 0,8 y w(O) = 0,2).

x,y– por el número de átomos de elementos químicos en su composición: Cu X oh y.

2) La relación de los índices es igual a la relación de los cocientes de la fracción de masa del elemento en el compuesto dividido por la masa atómica relativa del elemento:

3) La relación resultante debe reducirse a una proporción de números enteros: los índices en la fórmula que muestran el número de átomos no pueden ser fraccionarios. Para hacer esto, divida los números resultantes por el menor (es decir, cualquiera) de ellos:

La fórmula resultante es CuO.

Ejemplo 2. Cálculo de la fórmula del óxido de cobre rojo utilizando fracciones de masa conocidas. w(Cu) = 88,9% y w(O) = 11,1%.

Dado:

w(Cu) = 88,9%, o 0,889,

w(O) = 11,1%, o 0,111.

Encontrar:

Solución

1) Denotemos la fórmula del óxido de Cu. X oh y.

2) Encuentra la proporción de índices. X Y y:

3) Presentemos la relación de índices a la relación de números enteros:

Respuesta. La fórmula del compuesto es Cu 2 O.

Ahora compliquemos un poco la tarea.

Tarea 3.Según el análisis elemental, la composición de la sal amarga calcinada, que los alquimistas usaban como laxante, es la siguiente: fracción de masa de magnesio - 20,0%, fracción de masa de azufre - 26,7%, fracción de masa de oxígeno - 53,3%.

Dado:

w(Mg) = 20,0%, o 0,2,

w(S) = 26,7%, o 0,267,

w(O) = 53,3%, o 0,533.

Encontrar:

Solución

1) Denotemos la fórmula de una sustancia usando índices. x, y, z: magnesio X S y oh z.

2) Encontremos la proporción de índices:

3) Determinar el valor de los índices. x, y, z:

Respuesta. La fórmula de la sustancia es MgSO 4.

1. ¿Cuál es la fracción de masa de un elemento en una sustancia compleja? ¿Cómo se calcula este valor?

2. Calcule las fracciones masivas de elementos en las sustancias: a) dióxido de carbono CO 2;
b) sulfuro de calcio CaS; c) nitrato de sodio NaNO 3; d) óxido de aluminio Al 2 O 3.

3. ¿Cuál de los fertilizantes nitrogenados contiene la mayor fracción de masa del elemento nutritivo nitrógeno: a) cloruro de amonio NH 4 Cl; b) sulfato de amonio (NH 4) 2 SO 4; c) urea (NH 2) 2 CO?

4. En el mineral pirita hay 8 g de azufre por cada 7 g de hierro. Calcule las fracciones de masa de cada elemento en esta sustancia y determine su fórmula.

5. La fracción masiva de nitrógeno en uno de sus óxidos es del 30,43% y la fracción masiva de oxígeno es del 69,57%. Determina la fórmula del óxido.

6. En la Edad Media, de las cenizas de los incendios se aislaba una sustancia llamada potasa y se utilizaba para fabricar jabón. Fracciones masivas de elementos en esta sustancia: potasio - 56,6%, carbono - 8,7%, oxígeno - 34,7%. Determinar la fórmula de la potasa.

§ 5.1 Reacciones químicas. Ecuaciones de reacciones químicas

Una reacción química es la transformación de una sustancia en otra. Sin embargo, tal definición necesita una adición importante. En un reactor o acelerador nuclear, algunas sustancias también se transforman en otras, pero tales transformaciones no se denominan químicas. ¿Qué pasa aquí? Las reacciones nucleares ocurren en un reactor nuclear. Consisten en que los núcleos de los elementos, al chocar con partículas de alta energía (pueden ser neutrones, protones y núcleos de otros elementos), se rompen en fragmentos, que son los núcleos de otros elementos. También es posible la fusión de núcleos entre sí. Estos nuevos núcleos luego ganan electrones de ambiente y así se completa la formación de dos o más sustancias nuevas. Todas estas sustancias son algunos elementos. Tabla periódica. En el §4.4 se dan ejemplos de reacciones nucleares utilizadas para descubrir nuevos elementos.

A diferencia de las reacciones nucleares, en las reacciones químicas los granos no se ven afectadosátomos. Todos los cambios ocurren solo en las capas externas de electrones. Algunos enlaces químicos se rompen y otros se forman.

Las reacciones químicas son fenómenos en los que algunas sustancias con una determinada composición y propiedades se transforman en otras sustancias, con una composición y otras propiedades diferentes. En este caso, no se producen cambios en la composición de los núcleos atómicos.

Consideremos una reacción química típica: la combustión de gas natural (metano) en oxígeno atmosférico. Los que tenéis una casa estufa de gas, pueden observar esta reacción en su cocina todos los días. Escribamos la reacción como se muestra en la Fig. 5-1.

Arroz. 5-1. El metano CH 4 y el oxígeno O 2 reaccionan entre sí para formar dióxido de carbono CO 2 y agua H 2 O. En este caso, los enlaces entre C y H en la molécula de metano se rompen y en su lugar aparecen enlaces carbono-oxígeno. Los átomos de hidrógeno que antes pertenecían al metano forman enlaces con el oxígeno. La figura muestra claramente que para la implementación exitosa de la reacción a uno necesitas tomar una molécula de metano dos moléculas de oxígeno.

Registrar una reacción química mediante dibujos moleculares no es muy conveniente. Por lo tanto, para registrar reacciones químicas se utilizan fórmulas abreviadas de sustancias, como se muestra en la parte inferior de la Fig. 5-1. Esta entrada se llama ecuación de reacción química.

Número de átomos diferentes elementos los lados izquierdo y derecho de la ecuación son iguales. En el lado izquierdo unoátomo de carbono en la molécula de metano (CH 4), y a la derecha - mismo Encontramos un átomo de carbono en la molécula de CO 2. Definitivamente encontraremos los cuatro átomos de hidrógeno del lado izquierdo de la ecuación a la derecha, en la composición de las moléculas de agua.

En la ecuación de una reacción química, para igualar el número de átomos idénticos en diferentes partes de la ecuación, impares, que se registran antes Fórmulas de sustancias. Los coeficientes no deben confundirse con los índices de las fórmulas químicas.

Consideremos otra reacción: la transformación del óxido de calcio CaO (cal viva) en hidróxido de calcio Ca(OH) 2 (cal apagada) bajo la influencia del agua.

Arroz. 5-2. El óxido de calcio CaO se une a una molécula de agua H 2 O para formar
hidróxido de calcio Ca(OH)2.

A diferencia de las ecuaciones matemáticas, las ecuaciones de reacciones químicas no pueden reorganizar los lados izquierdo y derecho. Las sustancias en el lado izquierdo de la ecuación de la reacción química se llaman reactivos, y a la derecha - productos de reacción. Si reorganizas los lados izquierdo y derecho de la ecuación de la Fig. 5-2, entonces obtenemos la ecuación completamente diferente reacción química:

Si la reacción entre CaO y H 2 O (Fig. 5-2) comienza espontáneamente y continúa con la liberación de una gran cantidad de calor, entonces se requiere un fuerte calentamiento para llevar a cabo la última reacción, donde Ca (OH) 2 sirve como el reactivo.

Tenga en cuenta que puede utilizar una flecha en lugar de un signo igual en una ecuación de reacción química. La flecha es conveniente porque muestra dirección el curso de la reacción.

Añadamos también que los reactivos y productos pueden no ser necesariamente moléculas, sino también átomos, si en la reacción interviene algún elemento o elementos en su forma pura. Por ejemplo:

H2 + CuO = Cu + H2O

Existen varias formas de clasificar las reacciones químicas, de las cuales consideraremos dos.

Según el primero de ellos, todas las reacciones químicas se distinguen según la característica. cambios en el número de sustancias iniciales y finales.. Aquí puedes encontrar 4 tipos de reacciones químicas:

Reacciones CONEXIONES,

Reacciones DESCOMPOSICIONES,

Reacciones INTERCAMBIO,

Reacciones SUSTITUCIONES.

vamos a dar ejemplos específicos tales reacciones. Para ello, volvamos a las ecuaciones para producir cal apagada y a la ecuación para producir cal viva:

CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Ca(OH)2 = CaO + H2O

Estas reacciones pertenecen a diferentes tipos reacciones químicas. La primera reacción es una reacción típica. conexiones, ya que durante su aparición dos sustancias CaO y H 2 O se combinan en una: Ca (OH) 2.

La segunda reacción Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O es una reacción típica descomposición: Aquí una sustancia Ca(OH) 2 se descompone para formar otras dos.

En reacciones intercambio el número de reactivos y productos suele ser el mismo. En tales reacciones, las sustancias de partida intercambian átomos e incluso componentes enteros de sus moléculas entre sí. Por ejemplo, cuando se combina una solución de CaBr 2 con una solución de HF, se forma un precipitado. En solución, los iones de calcio e hidrógeno intercambian iones de bromo y flúor entre sí. La reacción ocurre sólo en una dirección porque los iones de calcio y flúor se unen al compuesto insoluble CaF 2 y después de este "intercambio inverso" de iones ya no es posible:

CaBr 2 + 2HF = CaF 2 ¯ + 2HBr

Al fusionar soluciones de CaCl 2 y Na 2 CO 3, también se forma un precipitado, porque los iones de calcio y sodio intercambian partículas de CO 3 2– y Cl– entre sí para formar un compuesto insoluble: carbonato de calcio CaCO 3.

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ¯ + 2NaCl

La flecha al lado del producto de reacción indica que este compuesto es insoluble y precipita. Por tanto, la flecha también se puede utilizar para indicar la eliminación de un producto de una reacción química en forma de precipitado (¯) o gas (). Por ejemplo:

Zn + 2HCl = H2 + ZnCl2

La última reacción pertenece a otro tipo de reacción química: reacciones. sustitución. Zinc reemplazado hidrógeno en su combinación con cloro (HCl). El hidrógeno se libera en forma de gas.

Las reacciones de sustitución pueden ser externamente similares a las reacciones de intercambio. La diferencia es que las reacciones de sustitución necesariamente involucran átomos de algún tipo. simple Sustancias que reemplazan a los átomos de uno de los elementos en una sustancia compleja. Por ejemplo:

2NaBr + Cl 2 = 2NaCl + Br 2 - reacción sustitución;

en el lado izquierdo de la ecuación hay una sustancia simple: una molécula de cloro Cl 2, y en el lado derecho hay una sustancia simple: una molécula de bromo Br 2.

En reacciones intercambio Tanto los reactivos como los productos son sustancias complejas. Por ejemplo:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ¯ + 2NaCl - reacción intercambio;

En esta ecuación, los reactivos y productos son sustancias complejas.

La división de todas las reacciones químicas en reacciones de combinación, descomposición, sustitución e intercambio no es la única. Existe otra forma de clasificación: basada en el cambio (o falta de cambio) en los estados de oxidación de reactivos y productos. Sobre esta base, todas las reacciones se dividen en redox reacciones y todas las demás (no redox).

La reacción entre Zn y HCl no es sólo una reacción de sustitución, sino también reacción quimica de óxidoreduccioón, porque en él cambian los estados de oxidación de las sustancias que reaccionan:

Zn 0 + 2H +1 Cl = H 2 0 + Zn +2 Cl 2: una reacción de sustitución y al mismo tiempo una reacción redox.