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 una unidad o como porcentaje:

ω (E) = m (E) / Mr (in-va) (1)

ω% (E) = m (E) 100% / Мr (in-va)

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

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

Entonces, para la sustancia A x B y en fracciones de uno:

ω (A) = Ar (E) X / Mr (in-va) (2)

De la proporción (2), obtenemos una 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) entre ω% (B), es decir transformando la fórmula (2), obtenemos:

ω (A) / ω (B) = X Ar (A) / Y Ar (B) (4)

La fórmula de diseño (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 conoce el número de átomos en una molécula de una sustancia para uno de los elementos y su fracción de masa, puede determinar la masa molar de la sustancia:

Mr (in-va) = Ar (E) X / W (A)

Ejemplos de resolución de problemas para calcular las fracciones de masa de elementos químicos en una sustancia compleja

Cálculo de las fracciones de masa de elementos químicos en una sustancia compleja.

Ejemplo 1. Determine las fracciones de masa de elementos químicos en ácido sulfúrico H 2 SO 4 y expreselas como porcentaje.

Solución

1. Calcule el relativo peso molecularácido sulfúrico:

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

2. Calculamos 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 del 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 másicas de elementos químicos en el óxido de aluminio Al 2 O 3 y expreselas como porcentaje.

Solución

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

Señor (Al 2 O 3) = 27 2 + 16 3 = 102

2. Calculamos 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 dada en el sistema y la masa de todo el sistema, es decir, ω (X) = m (X) / m,

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

m (X) - masa de la sustancia X,

m es la masa de todo el sistema

La fracción de masa es una cantidad adimensional. Se expresa en fracciones de uno 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 dihidratado contiene 2 mol de H 2 O. Por tanto, la masa de agua contenida en BaCl 2 2H 2 O se puede determinar:

m (H2O) = 2 18 = 36 g.

Encuentre la fracción de masa de agua de cristalización en cloruro de bario dihidrato 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%.

Ejemplo 2. De una muestra de roca que pesa 25 g, que contiene el mineral argentita Ag 2 S, se aisló plata con un peso de 5.4 g Determine la fracción de masa de argentita en la muestra.

Determine la cantidad de sustancia de plata 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 de argentita es dos veces menor que la cantidad de sustancia de plata. 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 (Ag 2 S) = n (Ag 2 S) 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 solución in-va / m encontramos la masa de cloruro de sodio:
m in-va = w m solución = 0.1 250 g = 25 g NaCl
En la medida en m p-ra = m in-va + m p-la, luego obtenemos:
m (H 2 0) = m solución - m in-va = 250 g - 25 g = 225 g H 2 0.

Tarea 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. En la medida en w = m in-va / (V ρ), luego obtenemos:
m en islas = w V ρ = 0,262 400 ml 1,13 g / ml = 118 g

Tarea 3.3. A 200 g de una solución salina al 14% se le añadieron 80 g de agua. Determine la fracción de masa 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 permaneció en la nueva solución. Encontramos la masa de la nueva solución:
m solución = 200 g + 80 g = 280 g.
Encontramos la fracción másica de sal en la solución resultante:
w = m sal / m solución = 28 g / 280 g = 0.100.

Tarea 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:
w 1 = 0,78 y ρ 1 = 1,70 g / ml.
Para la segunda solución tenemos:
V 2 = 500 ml, w 2 = 0,12 y ρ 2 = 1,08 g / ml.
Dado que la segunda solución se prepara a partir de la primera agregando agua, las masas de la sustancia en ambas soluciones son las mismas. Hallamos 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.
m 2 = 64,8 g... Encontramos
el volumen de la primera solución. De w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1) tenemos:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 64,8 g / (0,78 1,70 g / ml) = 48,9 ml.

Tarea 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:
w 1 = 0,0465 y ρ 1 = 1,05 g / ml.
Para la segunda solución tenemos:
V 2 = 50 ml, w 2 = 0,30 y ρ 2 = 1,33 g / ml.
Dado que la primera solución se prepara a partir de la segunda agregando agua, las masas de la sustancia en ambas soluciones son las mismas. Hallamos 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 m 2 = 19,95 g.
Calcula el volumen de la primera solución. De w 1 = m 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 sedimento existente de esta sustancia.

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

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

Tarea 3.7. La fracción másica de sal en una solución de cloruro de potasio saturada a 20 ° C es 0.256. Determine la solubilidad de esta sal en 100 g de agua.

Solución. Deje que la solubilidad de la sal sea NS g en 100 g de agua.
Entonces la masa de la solución es igual a:
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 g por 100 g de agua.
Concentración molar con- la proporción de la cantidad de soluto v (mol) al volumen de la solución V (en litros), s = v (mol) / V (l), s = 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 ( s = 0,1 M = 0,1 mol / l) significa que 1 litro de solución contiene 0,1 mol de la sustancia.

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

Solución. Para soluciones con concentración molar, tenemos:
s = m / (M V),
dónde con- concentración molar,
metro- la masa de la sustancia,
METRO- masa molar de una sustancia,
V- el volumen de la solución en litros.
De aquí
m = s M V (L) = 2 mol / L 56 g / mol 4 L = 448 g KOH.

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

Solución. La tarea de diluir la solución. Para una solución concentrada tenemos:
w 1 = m 1 / (V 1 (ml) ρ 1).
Es necesario 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:
s 2 = m 2 / (M V 2 (l)) y m 2 = s 2 M V 2 (l).
Sustituimos el valor encontrado de la masa en la expresión del volumen de la solución concentrada y realizamos los cálculos necesarios:
V 1 (ml) = m / (w 1 ρ 1) = (s 2 M V 2) / (w 1 ρ 1) = (0.25 mol / L 98 g / mol 1.5 L) / (0, 98 1.84 g / ml ) = 20,4 ml.

Necesitará

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

Instrucciones

En el caso de la primera variante del problema:
Según Mendeleev, encontramos la masa molar de una sustancia. La suma molar de las masas atómicas que componen la 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 un recipiente medidor para verter agua, calcule 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, por lo general, no hay problemas con los recipientes de forma estable. Volumen agua el banco lo hará igual al área una base redonda a una altura llena de agua. ¿Multiplicando la densidad? por volumen agua V, obtienes la masa agua m: m =? * V.

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Nota

También puedes determinar la masa conociendo la cantidad de agua y su masa molar. La masa molar del agua es 18, ya que está formada por las masas molares de 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno. MH2O = 2MH + MO = 21 + 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 en sí, puede comprender que este es un valor que indica la relación de la masa elemento, que forma parte de la sustancia, y la masa total de esta sustancia. Se expresa en fracciones de una unidad: porcentaje (centésimas), ppm (milésimas), etc. ¿Cómo se puede calcular la masa de cualquier elemento?

Instrucciones

Para mayor claridad, considere el carbono conocido por todos, sin el cual no habría. Si el carbono es una sustancia (por ejemplo), entonces su masa Cuota se puede tomar de forma segura como una unidad o al 100%. Por supuesto, el diamante también contiene impurezas de otros elementos, pero en la mayoría de los casos, en cantidades tan pequeñas que pueden descuidarse. Pero en tales modificaciones de carbono como o, el contenido de impurezas es bastante alto y la negligencia es inaceptable.

Si el carbono forma parte de una sustancia compleja, se debe proceder de la siguiente manera: anote la fórmula exacta de la sustancia, luego, conociendo las masas molares de cada elemento incluido en su composición, calcular la masa molar exacta de esta sustancia (por supuesto, teniendo en cuenta el "índice" de cada elemento). Después de eso, determina la masa Cuota dividiendo la masa molar total elemento por masa molar de la sustancia.

Por ejemplo, necesitas encontrar una masa Cuota carbono en ácido acético. Escribe la fórmula del ácido acético: CH3COOH. Para facilitar los cálculos, conviértalo a la forma: С2Н4О2. La masa molar de esta sustancia se compone 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 un porcentaje, respectivamente, 0.4 * 100 = 40%. Es decir, cada ácido acético contiene (aproximadamente) 400 gramos de carbono.

Por supuesto, de una manera completamente análoga, puede encontrar las fracciones de masa de todos los demás elementos. Por ejemplo, la masa en el mismo ácido acético se calcula como sigue: 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 de masa 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 la mezcla o aleación, entonces, conociendo las fracciones de masa de las sustancias constituyentes, puede encontrar sus masas. Puede 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. El diseño de las balanzas se ha mejorado cada vez más, permitiendo determinar las masas de muestras para sustancias gaseosas, además de la masa, también se midieron el volumen y la presión. El uso de medidas cuantitativas permitió comprender la esencia de las transformaciones químicas para determinar la composición de sustancias complejas.

Como ya sabe, una sustancia compleja contiene dos o más elementos químicos. Es obvio que la masa de toda la materia está compuesta por las masas de sus elementos constituyentes. Esto significa que la participación de cada elemento representa una cierta parte de la masa de la sustancia.

La fracción de masa de un elemento en una sustancia se denota en latín letra minúscula 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 puede expresarse 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 uno (o menos del 100%). Después de todo, una parte de un todo es siempre menos que un todo, como una rodaja de naranja es lo mínimo de una naranja.

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

Por ejemplo, el óxido de mercurio HgO contiene dos elementos: mercurio y oxígeno. Cuando se calientan 50 g de esta sustancia, se obtienen 46,3 g de mercurio y 3,7 g de oxígeno. Calculemos la fracción de masa de mercurio en una sustancia compleja:

La fracción de masa 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 de masa de los elementos en una sustancia es igual a uno (100%), la fracción de masa de oxígeno se puede calcular a partir de la diferencia:

Para encontrar las fracciones de masa de los elementos mediante 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, su masa atómica relativa debe multiplicarse por el número de átomos de un elemento dado en la fórmula y dividirse por el peso molecular relativo de la sustancia.

Por ejemplo, para el agua (fig.70):

Practiquemos la resolución de problemas para calcular las fracciones de masa de elementos en sustancias complejas.

Tarea 1. Calcular las fracciones de masa de los elementos del amoníaco, cuya fórmula es NH 3.

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

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

Ilustraremos cómo se resuelven tales tareas con un ejemplo histórico.

Problema 3. A partir de minerales naturales, tenorita y cuprita (Fig. 71), se aislaron dos compuestos de cobre con oxígeno (óxidos). Se diferenciaban entre sí en color y fracción de masa de elementos. En el óxido negro (Fig. 72) aislado de tenorita, la fracción de masa de cobre fue del 80% y la fracción de masa de oxígeno fue del 20%. En el óxido de cobre rojo aislado de cuprita, las fracciones másicas de elementos fueron 88,9% y 11,1%, respectivamente. ¿Cuáles son las fórmulas de estas sustancias complejas? Resolvamos estas dos sencillas tareas.

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

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

Ahora compliquemos un poco la tarea.

Problema 4. De acuerdo con los datos del 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. ¿Cómo se llama la fracción de masa de un elemento en una sustancia compleja? ¿Cómo se calcula este valor?
2. Calcule las fracciones de masa de elementos en sustancias: a) dióxido de carbono CO 2; b) sulfuro de calcio CaS; c) nitrato de sodio NaNO3; d) óxido de aluminio A1 2 O 3.
3. En cuál de los fertilizantes nitrogenados la fracción másica del nitrógeno nutriente es la más alta: 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, 7 g de hierro contienen 8 g de azufre. Calcula las fracciones de masa de cada elemento en esta sustancia y determina su fórmula.
5. La fracción másica de nitrógeno en uno de sus óxidos es 30,43% y la fracción másica de oxígeno es 69,57%. Determina la fórmula del óxido.
6. En la Edad Media se aisló una sustancia de la ceniza de un fuego, que se llamaba potasa y se usaba para hacer jabón. Las fracciones másicas de elementos en esta sustancia son: potasio - 56,6%, carbono - 8,7%, oxígeno - 34,7%. Determina la fórmula de potasa.

Desde el siglo XVII. la química ha dejado de ser una ciencia descriptiva. Los científicos químicos comenzaron a hacer un uso extensivo de la medición de la materia. El diseño de la balanza, que permite determinar la masa de las muestras, se ha mejorado cada vez más. Para las 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 para determinar la composición de sustancias complejas.

Como ya sabe, una sustancia compleja contiene dos o más elementos químicos. Es obvio que la masa de toda la materia está compuesta por las masas de sus elementos constituyentes. Esto significa que la participación de cada elemento representa una cierta parte 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 la sustancia completa, expresada en fracciones de una unidad (o en 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 unidad o como porcentaje. Por supuesto, la fracción de masa de un elemento en una sustancia compleja es siempre menor que uno (o menos del 100%). Después de todo, una parte de un todo es siempre menos que un todo, como una rodaja de naranja es lo mínimo de una naranja.

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

La fracción de masa 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 de masa de los elementos en una sustancia es igual a uno (100%), la fracción de masa 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 mediante 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, su masa atómica relativa debe multiplicarse por el número de átomos ( norte) de un elemento dado en la fórmula y dividido por el peso molecular relativo de la sustancia:

Por ejemplo, para el agua (fig.58):

Señor(H 2 O) = 1 2 + 16 = 18,

Objetivo 1.Calcule las fracciones de masa de los elementos del amoníaco, cuya fórmula es NH 3 .

Dado:

sustancia amoniaco NH 3.

Encontrar:

w(NORTE), w(H).

Solución

1) Calcule el peso molecular relativo del amoníaco:

Señor(NH 3) = A r(N) + 3 A r(H) = 14 + 3 1 = 17.

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

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

w(H) = 1 - w(N) = 1 - 0,8235 = 0,1765 o 17,65%.

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

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

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(H 2 SO 4) = 2 A r(H) + A r(S) + 4 A r(O) = 2 1 + 32 + 4 16 = 98.

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

3) Calculemos la fracción de masa de azufre en ácido sulfúrico:

4. Calcule la fracción de masa 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: por las fracciones de masa de los elementos, determinar la fórmula de una sustancia compleja. Ilustraremos cómo se resuelven tales tareas con un ejemplo histórico.

A partir de minerales naturales, tenorita y cuprita, se aislaron dos compuestos de cobre con oxígeno (óxidos). Se diferenciaban entre sí en color y fracción de masa de elementos. En el óxido negro, la fracción de masa de cobre fue del 80% y la fracción de masa de oxígeno fue del 20%. En el óxido de cobre rojo, las fracciones másicas de los elementos fueron 88,9% y 11,1%, respectivamente. ¿Cuáles son las fórmulas de estas sustancias complejas? Realicemos cálculos matemáticos sencillos.

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

x, y- por la cantidad de átomos de elementos químicos en su composición: Сu X O y.

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

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

La fórmula resultante es CuO.

Ejemplo 2. Cálculo de la fórmula del óxido de cobre rojo por 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 Cu X O y.

2) Encuentra la razón de los índices X y y:

3) Presentamos la razón de índices a la razón de números enteros:

Respuesta... La fórmula del compuesto es Cu 2 O.

Ahora compliquemos un poco la tarea.

Objetivo 3.Según el análisis elemental, la composición de la sal amarga calcinada, que los alquimistas todavía usaban como laxante, es la siguiente: la fracción de masa de magnesio es 20.0%, la fracción de masa de azufre es 26.7%, la fracción de masa de oxígeno es 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 los índices x, y, z: Mg X S y O z.

2) Encuentra la razón de los índices:

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

Respuesta. La fórmula de la sustancia es MgSO 4.

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

2. Calcule las fracciones de masa de elementos en sustancias: a) dióxido de carbono CO 2;
b) sulfuro de calcio CaS; c) nitrato de sodio NaNO3; d) óxido de aluminio Al 2 O 3.

3. En cuál de los fertilizantes nitrogenados la fracción másica del nitrógeno nutriente es la más alta: 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, 7 g de hierro contienen 8 g de azufre. Calcule las fracciones de masa de cada elemento en esta sustancia y determine su fórmula.

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

6. En la Edad Media se aisló una sustancia de la ceniza de un fuego, que se llamaba potasa y se usaba para hacer jabón. Fracciones de masa de elementos en esta sustancia: potasio - 56,6%, carbono - 8,7%, oxígeno - 34,7%. Determina la fórmula de potasa.

§ 5.1 Reacciones químicas. Ecuaciones de reacciones químicas

Una reacción química es la transformación de unas sustancias en otras. Sin embargo, tal definición necesita una adición esencial. En un reactor nuclear o en un acelerador, algunas sustancias también se convierten en otras, pero tales transformaciones no se denominan químicas. ¿Qué ocurre aquí? Las reacciones nucleares tienen lugar en un reactor nuclear. Consisten en que los núcleos de 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 reciben electrones de medio ambiente y así se completa la formación de dos o más sustancias nuevas. Todas estas sustancias son una especie de elementos. Tabla periódica... En §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 carcasas electrónicas externas. Algunos enlaces químicos se rompen y otros se forman.

Las reacciones químicas se denominan fenómenos en los que algunas sustancias con una determinada composición y propiedades se convierten en otras sustancias, con una composición y otras propiedades diferentes. Al mismo tiempo, no se producen cambios en la composición de los núcleos atómicos.

Considere una reacción química típica: la combustión de gas natural (metano) en oxígeno atmosférico. Aquellos de ustedes que tienen un hogar 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 se rompen en la molécula de metano y en su lugar hay enlaces de carbono con 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 la molécula de metano debe tomarse dos moléculas de oxígeno.

No es muy conveniente escribir una reacción química usando imágenes de moléculas. Por lo tanto, se utilizan fórmulas abreviadas de sustancias para registrar reacciones químicas, como se muestra en la parte inferior de la Fig. 5-1. Tal registro 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 composición de la molécula de metano (CH 4), y a la derecha - lo 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 en el derecho, en la composición de las moléculas de agua.

En la ecuación de reacción química, para igualar el número de átomos idénticos en diferentes partes de la ecuación, impares que se graban parte delantera fórmulas de sustancias. Los coeficientes no deben confundirse con índices en fórmulas químicas.

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

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

A diferencia de las ecuaciones matemáticas, los lados izquierdo y derecho no se pueden intercambiar en las ecuaciones de reacciones químicas. Las sustancias del lado izquierdo de la ecuación de reacción química se llaman reactivos, y a la derecha - productos de reacción... Si hacemos una permutación de los lados izquierdo y derecho en 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 procede con la liberación de una gran cantidad de calor, entonces para llevar a cabo la última reacción, donde Ca (OH) 2 es el reactivo, calentamiento fuerte es requerido.

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

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

H 2 + CuO = Cu + H 2 O

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

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

Reacciones CONEXIONES,

Reacciones DESCOMPOSICIÓN,

Reacciones INTERCAMBIO,

Reacciones SUSTITUCIONES.

Demos ejemplos específicos de tales reacciones. Para ello, volvemos a las ecuaciones para la obtención de cal apagada y la ecuación para la obtención de cal viva:

CaO + H 2 O = Ca (OH) 2

Ca (OH) 2 = CaO + H2O

Estas reacciones están relacionadas con diferentes tipos reacciones químicas. La primera reacción es una reacción típica. conexiones, ya que durante su curso 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 la cantidad de reactivos y productos suele ser la misma. En tales reacciones, las sustancias iniciales intercambian átomos entre sí e incluso partes constituyentes completas de sus moléculas. Por ejemplo, cuando se vierte una solución de CaBr 2 en 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 tiene lugar solo en una dirección porque los iones de calcio y flúor se unen a un compuesto insoluble CaF 2 y después de eso el "intercambio inverso" de iones ya no es posible:

CaBr 2 + 2HF = CaF 2 ¯ + 2HBr

Cuando se drenan las soluciones de CaCl 2 y Na 2 CO 3, también se forma un precipitado, porque los iones calcio y sodio intercambian entre sí partículas CO 3 2– y Cl - con la formación de un compuesto insoluble - carbonato cálcico CaCO 3.

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ¯ + 2NaCl

La flecha junto al producto de reacción indica que este compuesto es insoluble y precipitado. 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 = H 2 + ZnCl 2

La última reacción pertenece a otro tipo de reacción química: reacciones sustituciones... Zinc reemplazado hidrógeno en su combinación con cloro (HCl). En este caso, el hidrógeno se libera en forma de gas.

Las reacciones de sustitución pueden ser aparentemente similares a las reacciones de intercambio. La diferencia radica en el hecho de que los átomos de algunos sencillo Sustancias que reemplazan a los átomos de uno de los elementos de una sustancia compleja. Por ejemplo:

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

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 y los reactivos y productos son sustancias complejas. Por ejemplo:

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

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

La división de todas las reacciones químicas en reacciones de compuestos, descomposición, sustitución e intercambio no es la única. Hay otra forma de clasificación: en base a un cambio (o ningún cambio) en los estados de oxidación de los reactivos y productos. Sobre esta base, todas las reacciones se dividen en redox reacciones y todos los demás (no redox).

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

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