Denne leksjonen er viet til studiet av emnet "Massefraksjon av et stoff i en løsning." Ved hjelp av leksjonsmateriellet vil du lære å kvantifisere innholdet av et oppløst stoff i en løsning, samt bestemme sammensetningen av en løsning basert på data om massefraksjon oppløst stoff.
Tema: Klasser uorganiske stoffer
Leksjon: Massefraksjon av et stoff i løsning
Massen til løsningen er summen av massene til løsningsmidlet og oppløst stoff:
m(р)=m(в)+m(р-ля)
Massefraksjonen av et stoff i en løsning er lik forholdet mellom massen av det oppløste stoffet og massen av hele løsningen:
La oss løse flere problemer ved å bruke de gitte formlene.
Beregn massefraksjonen (i %) av sukrose i en løsning som inneholder vann som veier 250 g og sukrose som veier 50 g.
Massefraksjonen av sukrose i en løsning kan beregnes ved å bruke den velkjente formelen:
La oss erstatte numeriske verdier og finn massefraksjonen av sukrose i løsningen. Svaret mottatt var 16,7 %.
Ved å transformere formelen for å beregne massefraksjonen av et stoff i en løsning, kan du finne massen til et løst stoff basert på den kjente massen til løsningen og massefraksjonen av stoffet i løsningen; eller massen av løsningsmidlet med massen av det oppløste stoffet og massefraksjonen av stoffet i løsningen.
La oss vurdere løsningen på et problem der massefraksjon oppløst stoff ved fortynning av en løsning.
30 g vann ble tilsatt til 120 g av en løsning med en massefraksjon salt på 7%. Bestem massefraksjonen av salt i den resulterende løsningen.
La oss analysere tilstanden til problemet. I prosessen med å fortynne en løsning endres ikke massen til det oppløste stoffet, men massen til løsningsmidlet øker, noe som betyr at massen til løsningen øker og omvendt reduseres massefraksjonen av stoffet i løsningen.
Først bestemmer vi massen til det oppløste stoffet, og kjenner massen til den opprinnelige løsningen og massefraksjonen av salt i denne løsningen. Massen til et oppløst stoff er lik produktet av massen til løsningen og massefraksjonen av stoffet i løsningen.
Vi har allerede funnet ut at massen til det oppløste stoffet ikke endres når løsningen fortynnes. Dette betyr at ved å beregne massen til den resulterende løsningen, kan vi finne massefraksjonen av salt i den resulterende løsningen.
Massen til den resulterende løsningen er lik summen av massene til den opprinnelige løsningen og tilsatt vann. Massefraksjonen av salt i den resulterende løsningen er lik forholdet mellom massen av det oppløste stoffet og massen til den resulterende løsningen. Dermed oppnådde vi en massefraksjon av salt i den resulterende løsningen lik 5,6%.
1. Oppgavesamling og øvelser i kjemi: 8. klasse: for lærebøker. P.A. Orzhekovsky og andre "Kjemi. 8. klasse» / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. – M.: AST: Astrel, 2006. (s.111-116)
2. Ushakova O.V. Arbeidsbok i kjemi: 8. klasse: til lærebok av P.A. Orzhekovsky og andre "Kjemi. 8. klasse» / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; utg. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (s.111-115)
3. Kjemi. 8. klasse. Lærebok for allmenndannelse institusjoner / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova. – M.: Astrel, 2013. (§35)
4. Kjemi: 8. klasse: lærebok for allmenndannelse. institusjoner / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005. (§41)
5. Kjemi: inorg. kjemi: lærebok for 8. klasse. allmennutdanning institusjoner / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. – M.: Education, OJSC “Moscow Textbooks”, 2009. (§28)
6. Leksikon for barn. Bind 17. Kjemi / Sjefredaktør. V.A. Volodin, Ved. vitenskapelig utg. I. Leenson. – M.: Avanta+, 2003.
Ytterligere nettressurser
3. Interaksjon av stoffer med vann ().
Hjemmelekser
1. s. 113-114 nr. 9,10 fra Arbeidsbok i kjemi: 8. klasse: til læreboka P.A. Orzhekovsky og andre "Kjemi. 8. klasse» / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; utg. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.
2. s 197 nr. 1,2 fra læreboken P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, M.M. Shalashova "Kjemi: 8. klasse," 2013
–Hvor mange skjeer sukker putter du i teen din?
–Hjemme – to, borte – åtte.
Vitsen er velkjent, men la oss se på den gjennom øynene til en kjemiker. Det er usannsynlig at du vil like denne typen "te på en fest". Det blir veldig søtt på grunn av det for høye sukkerinnholdet! Kjemikere kaller innholdet av et oppløst stoff i en løsning for konsentrasjon.
Konsentrasjonen av et stoff kan uttrykkes forskjellige måter. Forresten, antall skjeer per kopp vann er en helt akseptabel metode, men bare for kjøkkenet. Det er vanskelig å forestille seg en kjemiker som lager en løsning på denne måten.
En av de vanligste måtene å uttrykke konsentrasjonen av en løsning på er gjennom massefraksjonen av det oppløste stoffet.
Massefraksjonen av et stoff i en løsning er forholdet mellom massen av det oppløste stoffet og massen av løsningen:
Er det ikke veldig likt volumbrøk? Så det er, fordi enhver andel, som du allerede vet, er forholdet mellom en del og helheten. Som er massefraksjonen av elementet i komplekst stoff, er massefraksjonen av et stoff i løsning angitt Gresk bokstav("omega") og kan ta verdier fra 0 til 1 (eller fra 0 til 100%). Den viser hvor mye av massen til en løsning som er oppløst stoff. Og en ting til: massefraksjonen av et stoff i prosent er numerisk lik massen til det oppløste stoffet i 100 g løsning. For eksempel inneholder 100 g av en 3% eddikløsning 3 g ren eddiksyre.
De enkleste løsningene består av to komponenter. En av komponentene i løsningen er et løsningsmiddel. Vi er mer kjent med flytende løsninger, som betyr at løsningsmidlet i dem er flytende stoff. Oftest er det vann.
Den andre komponenten i en løsning er det oppløste stoffet. Det kan være en gass, en væske eller et fast stoff.
Massen til løsningen er summen av massen av løsningsmidlet og massen av det løste stoffet, det vil si at følgende uttrykk er riktig:
m(løsning) = m(løsningsmiddel) + m(løselig).
Anta at massefraksjonen av det oppløste stoffet er 0,1 eller 10 %. Dette betyr at de resterende 0,9, eller 90 %, er massefraksjonen av løsningsmidlet.
Massefraksjonen av et oppløst stoff er mye brukt ikke bare i kjemi, men også i medisin, biologi, fysikk og i Hverdagen. For å illustrere det som er sagt, la oss vurdere løsningen av noen anvendte problemer.
Oppgave 1.Før planting blir tomatfrø desinfisert (syltet) med en 1% løsning av kaliumpermanganat. Hvilken masse av en slik løsning kan tilberedes fra 0,25 g kaliumpermanganat?
Gitt:
(kaliumpermanganat) = 0,01 g,
m(kaliumpermanganat) = 0,25 g.
Finne:
m(løsning).
Løsning
Når du kjenner massen til det oppløste stoffet og dets massefraksjon i løsningen, kan du beregne massen til løsningen:
Svar. m(løsning) = 25 g.
Oppgave 2.I medisin er såkalte fysiologiske løsninger mye brukt, spesielt en løsning bordsalt med en massefraksjon salt på 0,9 %. Beregn massene av salt og vann som kreves for å tilberede 1500 g saltløsning.
Gitt:
(salt) = 0,009,
m(løsning) = 1500 g.
Finne:
m(salt)
m(vann).
Løsning
La oss beregne massen av salt som kreves for å tilberede 1500 g saltoppløsning:
m(salt) = m(løsning) (salt) = 1500 (g) 0,009 = 13,5 g.
La oss bestemme massen vann som kreves for å forberede løsningen:
m(vann) = m(løsning) - m(salt) = 1500 – 13,5 = 1486,5 g.
Svar. m(salt) = 13,5 g, m(vann) = 1486,5 g.
Avviker egenskapene til løsninger fra egenskapene til komponentene som danner disse homogene blandinger?
Ved å bruke et hjemmeeksperiment (oppgave 9 for dette avsnittet), vil det være enkelt for deg å verifisere at løsningen fryser ved en lavere temperatur enn et rent løsningsmiddel. For eksempel, sjøvann begynner å fryse ved en temperatur på –1,9 °C, mens rent vann krystalliserer ved 0 °C.
1. Hva er massefraksjonen av et oppløst stoff? Sammenlign begrepene "volumfraksjon" og "massefraksjon" av komponentene i blandingen.
2. Massefraksjonen av jod i farmasøytisk jodtinktur er 5%. Hvilken masse jod og alkohol må du ta for å forberede 200 g tinktur?
3. 25 g bordsalt ble oppløst i 150 g vann. Bestem massefraksjonen av salt i den resulterende løsningen.
4. 200 g bordeddik inneholder 6 g eddiksyre. Bestem massefraksjonen av syre i bordeddik.
5. Finn massen av vann og sitronsyre som kreves for å tilberede 50 g av en 5 % løsning.
6. Fra 240 g av en 3% løsning av natron ble 80 g vann fordampet. Finn massefraksjonen av brus i den resulterende løsningen.
7. 30 g sukker ble tilsatt 150 g av en 20 % sukkerløsning. Finn massefraksjonen av stoffet i den resulterende løsningen.
8. To løsninger av svovelsyre ble blandet: 80 g 40% og 160 g 10%. Finn massefraksjonen av syre i den resulterende løsningen.
9. Løs opp fem haugevis av teskjeer bordsalt i 450 g (450 ml) vann. Tatt i betraktning at massen av salt i hver skje er omtrent 10 g, beregne massefraksjonen av salt i løsningen. To like plast flasker hell den resulterende løsningen i et volum på 0,5 l og springvann. Plasser flaskene i frysedelen i kjøleskapet. Sjekk kjøleskapet etter omtrent en time. Hvilken væske begynner å fryse først? I hvilken flaske blir innholdet til is først? Trekke en konklusjon.
Oppgave 3.1. Bestem massen av vann i 250 g 10 % natriumkloridløsning.
Løsning. Fra w = m vann / m løsning finn massen av natriumklorid:
m blanding = w m løsning = 0,1 250 g = 25 g NaCl
Fordi det m r-ra = m v-va + m r-la, så får vi:
m(H 2 0) = m løsning - m blanding = 250 g - 25 g = 225 g H 2 0.
Oppgave 3.2. Bestem massen av hydrogenklorid i 400 ml saltsyreløsning med en massefraksjon på 0,262 og en tetthet på 1,13 g/ml.
Løsning. Fordi det w = m in-va / (V ρ), så får vi:
m in-va = w V ρ = 0,262 400 ml 1,13 g/ml = 118 g
Oppgave 3.3. 80 g vann ble tilsatt til 200 g av en 14 % saltløsning. Bestem massefraksjonen av salt i den resulterende løsningen.
Løsning. Finn massen av salt i original løsning:
m salt = w m løsning = 0,14 200 g = 28 g.
Den samme saltmassen ble igjen i den nye løsningen. Finn massen til den nye løsningen:
m løsning = 200 g + 80 g = 280 g.
Finn massefraksjonen av salt i den resulterende løsningen:
w = m salt / m løsning = 28 g / 280 g = 0,100.
Oppgave 3.4. Hvilket volum av en 78 % svovelsyreløsning med en tetthet på 1,70 g/ml må tas for å tilberede 500 ml av en 12 % svovelsyreløsning med en densitet på 1,08 g/ml?
Løsning. For den første løsningen har vi:
w 1 = 0,78 Og ρ 1 = 1,70 g/ml.
For den andre løsningen har vi:
V2 = 500 ml, w2 = 0,12 Og ρ2 = 1,08 g/ml.
Siden den andre løsningen fremstilles fra den første ved å tilsette vann, er massene av stoffet i begge løsningene de samme. Finn massen til stoffet i den andre løsningen. Fra w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2) vi har:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,12 500 ml 1,08 g/ml = 64,8 g.
m2 = 64,8 g. Vi finner
volumet av den første løsningen. Fra w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1) vi har:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 64,8 g / (0,78 1,70 g/ml) = 48,9 ml.
Oppgave 3.5. Hvilket volum av en 4,65 % natriumhydroksidløsning med en tetthet på 1,05 g/ml kan fremstilles fra 50 ml av en 30 % natriumhydroksidløsning med en densitet på 1,33 g/ml?
Løsning. For den første løsningen har vi:
w 1 = 0,0465 Og ρ 1 = 1,05 g/ml.
For den andre løsningen har vi:
V2 = 50 ml, w2 = 0,30 Og ρ 2 = 1,33 g/ml.
Siden den første løsningen fremstilles fra den andre ved å tilsette vann, er massene av stoffet i begge løsningene de samme. Finn massen til stoffet i den andre løsningen. Fra w 2 = m 2 / (V 2 ρ 2) vi har:
m 2 = w 2 V 2 ρ 2 = 0,30 50 ml 1,33 g/ml = 19,95 g.
Massen av stoffet i den første løsningen er også lik m 2 = 19,95 g.
Finn volumet til den første løsningen. Fra w 1 = m 1 / (V 1 ρ 1) vi har:
V 1 = m 1 / (w 1 ρ 1) = 19,95 g / (0,0465 1,05 g/ml) = 409 ml.
Løselighetskoeffisient (løselighet) - den maksimale massen av et stoff som er løselig i 100 g vann ved en gitt temperatur. En mettet løsning er en løsning av et stoff som er i likevekt med det eksisterende bunnfallet av det stoffet.
Oppgave 3.6. Løselighetskoeffisienten for kaliumklorat ved 25 °C er 8,6 g. Bestem massefraksjonen av dette saltet i en mettet løsning ved 25 °C.
Løsning. 8,6 g salt oppløst i 100 g vann.
Massen til løsningen er:
m løsning = m vann + m salt = 100 g + 8,6 g = 108,6 g,
og massefraksjonen av salt i løsningen er lik:
w = m salt/m løsning = 8,6 g / 108,6 g = 0,0792.
Oppgave 3.7. Massefraksjonen av salt i en løsning av kaliumklorid mettet ved 20 °C er 0,256. Bestem løseligheten til dette saltet i 100 g vann.
Løsning. La løseligheten til salt være X g i 100 g vann.
Da er massen til løsningen:
m løsning = m vann + m salt = (x + 100) g,
og massefraksjonen er lik:
w = m salt / m løsning = x / (100 + x) = 0,256.
Herfra
x = 25,6 + 0,256x; 0,744x = 25,6; x = 34,4 g per 100 g vann.
Molar konsentrasjon Med- forholdet mellom mengden oppløst stoff v (mol) til volumet av løsningen V (i liter), с = v(mol) / V(l), c = m in-va / (M V(l)).
Molar konsentrasjon viser antall mol av et stoff i 1 liter løsning: hvis løsningen er desimolar ( c = 0,1 M = 0,1 mol/l) betyr at 1 liter løsning inneholder 0,1 mol stoff.
Oppgave 3.8. Bestem massen av KOH som kreves for å tilberede 4 liter 2 M løsning.
Løsning. For løsninger med molar konsentrasjon har vi:
c = m / (M V),
Hvor Med- molar konsentrasjon,
m- masse av stoff,
M - molar masse stoffer,
V- volum av løsning i liter.
Herfra
m = c M V(l) = 2 mol/l 56 g/mol 4 l = 448 g KOH.
Oppgave 3.9. Hvor mange ml av en 98 % løsning av H 2 SO 4 (ρ = 1,84 g/ml) må tas for å tilberede 1500 ml av en 0,25 M løsning?
Løsning. Problemet med å fortynne en løsning. Til konsentrert løsning vi har:
w 1 = m 1 / (V 1 (ml) ρ 1).
Vi må finne volumet av denne løsningen V 1 (ml) = m 1 / (w 1 ρ 1).
Siden en fortynnet løsning fremstilles fra en konsentrert løsning ved å blande sistnevnte med vann, vil massen av stoffet i disse to løsningene være den samme.
For en fortynnet løsning har vi:
c 2 = m 2 / (M V 2 (l)) Og m 2 = s 2 M V 2 (l).
Vi erstatter den funnet masseverdien i uttrykket for volumet av den konsentrerte løsningen og utfører de nødvendige beregningene:
V 1 (ml) = m / (w 1 ρ 1) = (med 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.
Massefraksjon er en av de viktige parameterne som brukes aktivt for beregninger og ikke bare i kjemi. Tilberedning av sirup og saltlake, beregning av gjødseltilførsel til området for en bestemt avling, tilberedning og formål medisiner. Alle disse beregningene krever massefraksjon. Formelen for å finne den vil bli gitt nedenfor.
I kjemi beregnes det:
- for en komponent av en blanding, løsning;
- for den sammensatte delen ( kjemisk element);
- for urenheter i rene stoffer.
En løsning er også en blanding, bare homogen.
Massefraksjon er forholdet mellom massen av en komponent i en blanding (stoff) og hele massen. Uttrykt i vanlige tall eller i prosent.
Formelen for å finne er:
𝑤 = (m (komponenter) · m (blandinger, ingredienser)) / 100 % .
Massefraksjon av et kjemisk grunnstoff i et stoff er i relasjon atommasse av et kjemisk grunnstoff multiplisert med antall atomer i den forbindelsen, til molekylvekten til stoffet.
For eksempel å bestemme w oksygen (oksygen) i et molekyl karbondioksid La oss finne CO2 først molekylær vekt hele forbindelsen. Det er 44. Molekylet inneholder 2 oksygenatomer. Midler w oksygen beregnes som følger:
w(O) = (Ar(O) 2) / Mr(CO2)) x 100 %,
w(O) = ((16 2) / 44) x 100 % = 72,73 %.
På lignende måte i kjemi bestemmes det f.eks. w vann i krystallinsk hydrat - et kompleks av forbindelser med vann. I denne formen i naturen mange stoffer finnes i mineraler.
For eksempel formelen kobbersulfat CuSO4 5H2O. Å bestemme w vann i dette krystallinske hydratet, må du erstatte i den allerede kjente formelen, henholdsvis, MR vann (i telleren) og totalt m krystallinsk hydrat (i nevneren). MR vann - 18, og totalt krystallinsk hydrat - 250.
w(H2O) = ((18 5) / 250) 100 % = 36 %
Finne massefraksjonen av et stoff i blandinger og løsninger
Massefraksjon kjemisk forbindelse i en blanding eller løsning bestemmes av samme formel, vil bare telleren være massen av stoffet i løsningen (blanding), og nevneren vil være massen til hele løsningen (blanding):
𝑤 = (m (in-va) · m (løsning)) / 100 % .
Vær oppmerksom på at massekonsentrasjon er forholdet mellom massen til et stoff og massen hele løsningen, og ikke bare et løsemiddel.
Løs for eksempel 10 g bordsalt i 200 g vann. Du må finne den prosentvise konsentrasjonen av salt i den resulterende løsningen.
For å bestemme saltkonsentrasjonen trenger vi m løsning. Det utgjør:
m (løsning) = m (salt) + m (vann) = 10 + 200 = 210 (g).
Finn massefraksjonen av salt i løsningen:
𝑤 = (10 210) / 100 % = 4,76 %
Dermed vil konsentrasjonen av bordsalt i løsningen være 4,76 %.
Hvis oppgaveforholdene ikke gir m, og volumet av løsningen, så må den omdannes til masse. Dette gjøres vanligvis gjennom formelen for å finne tetthet:
hvor m er massen til stoffet (løsning, blanding), og V er volumet.
Denne konsentrasjonen brukes oftest. Det er dette de mener (hvis det ikke er egne instruksjoner) når de skriver om prosentdel stoffer i løsninger og blandinger.
Problemer gir ofte konsentrasjonen av urenheter i et stoff eller et stoff i dets mineraler. Vær oppmerksom på at konsentrasjonen (massefraksjon) ren forbindelse vil bli bestemt ved å trekke urenhetsfraksjonen fra 100 %.
For eksempel, hvis det sies at jern er hentet fra et mineral, og prosentandelen av urenheter er 80%, så rent jern i mineralet 100 - 80 = 20%.
Følgelig, hvis det er skrevet at et mineral inneholder bare 20% jern, så alt kjemiske reaksjoner og i kjemisk produksjon Disse 20 % vil delta.
For eksempel, å reagere med saltsyre tok 200 g naturlig mineral, hvor sinkinnholdet er 5%. For å bestemme massen av sink som er tatt, bruker vi samme formel:
𝑤 = (m (in-va) m (løsning)) / 100 %,
hvorfra vi finner det ukjente m løsning:
m (Zn) = (w 100%) / m (min.)
m (Zn) = (5 100) / 200 = 10 (g)
Det vil si at 200 g av mineralet tatt for reaksjonen inneholder 5 % sink.
Oppgave. En prøve av kobbermalm som veier 150 g inneholder enverdig kobbersulfid og urenheter, hvis massefraksjon er 15%. Beregn massen av kobbersulfid i prøven.
Løsning oppgaver er mulig på to måter. Den første er å finne massen av urenheter fra en kjent konsentrasjon og trekke den fra totalen m malmprøve. Den andre måten er å finne massefraksjonen av rent sulfid og bruke den til å beregne massen. La oss løse det begge veier.
- Metode I
Først finner vi m urenheter i malmprøven. For dette vil vi allerede bruke velkjent formel:
𝑤 = (m (urenheter) m (prøve)) / 100 %,
m(urenhet) = (w m (prøve)) 100 %, (A)
m(urenhet) = (15 150) / 100 % = 22,5 (g).
Nå av la oss finne forskjellene mengde sulfid i prøven:
150 - 22,5 = 127,5 g
- II metode
Først finner vi w tilkoblinger:
100 — 15 = 85%
Og nå ved å bruke den, ved å bruke samme formel som i den første metoden (formel A), finner vi m kobbersulfid:
m(Cu2S) = (w m (prøve)) / 100 %,
m(Cu2S) = (85 150) / 100 % = 127,5 (g).
Svar: massen av monovalent kobbersulfid i prøven er 127,5 g.
Video
Fra videoen lærer du hvordan du gjør beregninger riktig ved hjelp av kjemiske formler og hvordan finne massefraksjonen.
Fikk du ikke svar på spørsmålet ditt? Foreslå et emne til forfatterne.