Массовая доля примесей. Как найти массу вещества

На примере замерзания раствора соли вы убедились, что присутствие посторонних веществ изменяет свойства вещества. В некоторых областях техники использование недостаточно «чистых» материалов недопустимо. В микросхеме компьютера используют особо чистый кристалл кремния, в атомной энергетике предъявляются повышенные требования к очистке ядерного топлива, световой сигнал «погаснет» (не пройдет по стекловолоконному кабелю), наткнувшись на посторонние вкрапления.

Если главное (основное) вещество содержит посторонние загрязнения - это тоже смесь, только в этом случае все ненужные, а порой и вредные ее компоненты называют одним словом - примеси. Чем меньше примесей, тем чище вещество.

Иногда вещество, содержащее примеси, называют техническим образцом или просто образцом. Следовательно, любой такой образец включает основное вещество и примеси.

Степень чистоты вещества принято выражать массовой долей основного компонента или массовой долей примесей.

С массовыми долями разного типа вы уже знакомы. Попробуйте теперь сами сформулировать определение, что такое массовая доля примесей в веществе.

Предположим, вам нужно вычислить массовую долю основного вещества в образце. Тогда можно воспользоваться формулой

или вспомнить, что сумма массовых долей основного вещества и примесей всегда равна 1, или 100% :

w(осн. в-ва) + w(примесей) = 1, или 100%.

Также справедливо утверждение, что масса образца складывается из массы основного вещества и массы примесей:

m(образца) = m(осн. в-ва) + m(примесей).

Давайте разберем несколько задач с использованием понятия «массовая доля примесей».

Задача 8 . Природная самородная сера содержит 8% примесей. Какая масса чистой серы содержится в 2 т природного образца?

Задача 9 . В пищевой промышленности можно использовать лимонную кислоту, содержащую не более 1% посторонних примесей. В аналитической лаборатории установлено, что в 2,345 г продукта содержится 2,312 г кислоты. Можно ли использовать продукт в пищевых целях?

2. Рассчитаем массовую долю примесей в образце: w(примесей) = 1 - w(кислоты) = 1 - 0,986 = 0,014, или 1,4%.

Ответ. Данный образец лимонной кислоты не может быть использован в пищевой промышленности.

Вопросы и задания

1. Что называется массовой долей примесей? Что показывает эта величина?
2. В промышленности используются вещества с маркировкой «ч», что означает «чистое вещество». Содержание примесей в них может составлять, например, 0,01%. Найдите массу примесей в 120 г образца сажи с маркировкой «ч».
3. Массовая доля примесей в известняке составляет 5%. Рассчитайте массу основного вещества (карбоната кальция), содержащегося в 300 кг природного известняка.
4. При очистке медного купороса получилось 150 мг примесей, что составило 2% от массы образца. Определите массу технического медного купороса, который подвергли очистке.
5. Для изготовления полупроводниковых батарей используется сверхчистый кремний. Массовая доля примесей в нем не должна превышать 0,0000000001% . Годится ли для данных целей кремний, в 30 кг которого содержится 0,03 мг примесей?

У студентов часто вызывает затруднение в решении задач. Алгоритмя оформления и решения задач помогут им в этом. Здесь рассмотрены алгоритмы решения задач по темам:

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ ВЫХОДА ПРОДУКТА РЕАКЦИИ ОТ ТЕОРЕТИЧЕСКИ ВОЗМОЖНОГО.

Просмотр содержимого документа
«Алгоритмы решения задач по химии»

Алгоритм

решения задач на примеси.

Определение массы (объема) вещества по известной массе другого вещества, содержащего определенную долю примесей.

Помните: 1.Особенность данного типа задач в том, что сначала необходимо вычислить массу чистого вещества в смеси.

2. В условии задачи в роли смеси может выступать руда, технический образец вещества, раствор.

Схема решения задачи :

Анализ и крат- расчёты по

кая запись определение уравнению ответ.

Условия задачи массы чистого реакции

вещества

Порядок решения задачи:

Определите массу чистого вещества по формуле: m в-ва = m смеси * ω в-ва.

Напишите уравнение реакции.

Найдите количества веществ, данных в задаче, по уравнению и по условию.

Произведите необходимые расчёты и запишите ответ.

Образец решения:

Рассчитайте объем водорода, выделившегося при взаимодействии с соляной кислотой 325 г цинка, содержащего 20% примесей.

Д а н о: Р е ш е н и е:

m технич. (Zn)= 325 г 1) m технич. (Zn)= 325 г ω (Zn)= 100%-20%=80% (0,8);

ω прим. = 20% (0,2) ω прим. = 20% (0,2) m (Zn)= 325 * 0,8 = 260 г

V(Н 2)= ? n (Zn) = 260г: 65 г/моль = 4 моль.

по условию: 4 моль Х моль

2) Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

по уравнению : 1 моль 1 моль

V(Н 2) = Vm * n(Н 2); V(Н 2) = 22,4 л/моль * 4 моль = 89,6 л.

Ответ: V(Н 2) =89,6 л.

Алгоритм

решения задач на примеси.

Определение массовой доли примесей (или массовой доли чистого вещества в смеси) по массе (объёму) продуктов реакции.

Помните : 1) сначала выполняются действия по уравнению реакции;

2) для определения массовой доли примесей применяем формулу:

ω прим. = m прим. /m смеси.

Схема решения задачи :

задачи расчёты массы определение определение

Вещества по урав- массы массовой доли ответ.

Нению примесей примесей

Порядок решения задачи :

Прочитайте задачу, запишите краткое условие.

Составьте уравнение химической реакции.

Рассчитайте массу чистого вещества, необходимого для реакции по уравнению реакции .

Вычислите массу примесей в образце по условию.

Вычислите массовую долю примесей по формуле: ω прим. = m прим. /m смеси.

Образец решения:

Определите массовую долю примесей в техническом образце карбида кальция, если из 200 г его получили 56 л ацетилена.

Д а н о: Р е ш е н и е: пусть х г – масса чистого вещества CaC 2 .

m технич. (CaC 2)=200г 1)по условию: х г 56л

V(С 2 Н 2) = 56 л CaC 2 + 2Н 2 О = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2

ω прим = ? 1 моль 1 моль

М=64г/моль V m =22.4л/моль

по уравнению: m=64 г V= 22,4 л,

тогда х г/64 г= 56 л/22,4 л; х = 160 г.

2) определяем массу примесей в образце:

m прим. = 200 – 160 = 40 г.

3) определяем массовую долю примесей:

ω прим = 40 г/ 200 г = 0,2 (или 20%).

Ответ: ω прим = 20%.

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАЧ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ ВЫХОДА ПРОДУКТА РЕАКЦИИ ОТ ТЕОРЕТИЧЕСКИ ВОЗМОЖНОГО.

Образец оформления задачи:

Дано: Решение:

V(NH 3) = 11,2л 1) m(V)теоретич. выхода -?

m практ.вых (NH 4 NO 3 ) = 15г 11,2л Х

η(NH 4 NO 3) - ? NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3

1 моль 1 моль

× 22,4л/моль × 80г/моль

Х = = 40г – m теор.вых

2) η(NH 4 NO 3) - ?

η(NH 4 NO 3) = 100% = 100% = 37,5%

Ответ: η(NH 4 NO 3) = 37,5%

Реши самостоятельно:

При пропускании 170г аммиака через раствор соляной кислоты получили 500г хлорида аммония. Сколько % это составляет от теоретически возможного выхода

Алгоритм решения задач

Вычисление по химическим уравнениям

Расчеты по химическим уравнениям реакций, если одно вещество взято в избытке

Решение о необходимости ведения такой тетради пришло не сразу, а постепенно, с накоплением опыта работы.

Вначале это было место в конце рабочей тетради – несколько страниц для записи наиболее важных определений. Затем туда же были вынесены наиболее важные таблицы. Потом пришло осознание того, что большинству учеников для того, чтобы научиться решать задачи, необходимы строгие алгоритмические предписания, которые они, прежде всего, должны понять и запомнить.

Вот тогда и пришло решение о ведении, кроме рабочей тетради, еще одной обязательной тетради по химии – химического словаря. В отличие от рабочих тетрадей, которых может быть даже две в течение одного учебного года, словарь - это единая тетрадь на весь курс обучения химии. Лучше всего, если эта тетрадь будет иметь 48 листов и прочную обложку.

Материал в этой тетради мы располагаем следующим образом: в начале – наиболее важные определения, которые ребята выписывают из учебника или записывают под диктовку учителя. Например, на первом уроке в 8-м классе это определение предмета “химия”, понятие “химические реакции”. В течение учебного года в 8-м классе их накапливается более тридцати. По этим определениям на некоторых уроках я провожу опросы. Например, устный вопрос по цепочке, когда один ученик задает вопрос другому, если тот ответил правильно, значит, уже он задает вопрос следующему; или, когда одному ученику задают вопросы другие ученики, если он не справляется с ответом, значит, отвечают сами. По органической химии это в основном определения классов органических веществ и главных понятий, например, “гомологи”, “изомеры” и др.

В конце нашей справочной тетради представлен материал в виде таблиц и схем. На последней странице располагается самая первая таблица “Химические элементы. Химические знаки”. Затем таблицы “Валентность”, “Кислоты”, “Индикаторы”, “Электрохимический ряд напряжений металлов”, “Ряд электроотрицательности”.

Особенно хочу остановиться на содержании таблицы “Соответствие кислот кислотным оксидам”:

Без понимания и запоминания этой таблицы затрудняется составление учениками 8-х классов уравнений реакций кислотных оксидов со щелочами.

При изучении теории электролитической диссоциации в конце тетради записываем схемы и правила.

Правила составления ионных уравнений:

1. В виде ионов записывают формулы сильных электролитов, растворимых в воде.

2. В молекулярном виде записывают формулы простых веществ, оксидов, слабых электролитов и всех нерастворимых веществ.

3. Формулы малорастворимых веществ в левой части уравнения записывают в ионном виде, в правой – в молекулярном.

При изучении органической химии записываем в словарь обобщающие таблицы по углеводородам, классам кислород - и азотсодержащих веществ, схемы по генетической связи.

За 25 – летний период преподавания химии в школе мне пришлось работать по разным программам и учебникам. При этом всегда удивляло то, что практически ни один учебник не учит решать задачи. В начале изучения химии для систематизации и закрепления знаний в словаре мы с учениками составляем таблицу “Физические величины” с новыми величинами:

При обучении учащихся способам решения расчётных задач очень большое значение придаю алгоритмам. Я считаю, что строгие предписания последовательности действий позволяют слабому ученику разобраться в решении задач определённого типа. Для сильных учеников - это возможность выхода на творческий уровень своего дальнейшего химического образования и самообразования, так как для начала нужно уверенно овладеть сравнительно небольшим числом стандартных приёмов. На базе этого разовьётся умение правильно их применять на разных стадиях решения более сложных задач. Поэтому алгоритмы решения расчётных задач составлены мною для всех типов задач школьного курса и для факультативных занятий.

Приведу примеры некоторых из них.

Алгоритм решения задач по химическим уравнениям.

1. Записать кратко условие задачи и составить химическое уравнение.

2. Над формулами в химическом уравнении надписать данные задачи, под формулами пописать число моль (определяют по коэффициенту).

3. Найти количество вещества, масса или объём которого даны в условии задачи, по формулам:

M / M; = V / V m (для газов V m = 22,4 л / моль).

Полученное число надписать над формулой в уравнении.

4. Найти количество вещества, масса или объём которого неизвестны. Для этого провести рассуждение по уравнению: сравнить число моль по условию с числом моль по уравнению. При необходимости составить пропорцию.

5. Найти массу или объём по формулам: m = M ; V = V m .

Данный алгоритм – это основа, которую должен освоить ученик, чтобы в дальнейшем он смог решать задачи по уравнениям с различными усложнениями.

Задачи на избыток и недостаток.

Если в условии задачи известны количества, массы или объёмы сразу двух реагирующих веществ, то это задача на избыток и недостаток.

При её решении:

1. Нужно найти количества двух реагирующих веществ по формулам:

M /M; = V/V m .

2. Полученные числа моль надписать над уравнением. Сравнив их с числом моль по уравнению, сделать вывод о том, какое вещество дано в недостатке.

3. По недостатку производить дальнейшие расчёты.

Задачи на долю выхода продукта реакции, практически полученного от теоретически возможного.

По уравнениям реакций проводят теоретические расчёты и находят теоретические данные для продукта реакции: теор. , m теор. или V теор. . При проведении реакций в лаборатории или в промышленности происходят потери, поэтому полученные практические данные практ. ,

m практ. или V практ. всегда меньше теоретически рассчитанных данных. Долю выхода обозначают буквой (эта) и рассчитывают по формулам:

(эта) = практ. / теор. = m практ. / m теор. = V практ. / V теор.

Выражают её в долях от единицы или в процентах. Можно выделить три типа задач:

Если в условии задачи известны данные для исходного вещества и доля выхода продукта реакции, при этом нужно найти практ. , m практ. или V практ. продукта реакции.

Порядок решения:

1. Произвести расчёт по уравнению, исходя из данных для исходного вещества, найти теор. , m теор. или V теор. продукта реакции;

2. Найти массу или объём продукта реакции, практически полученного, по формулам:

m практ. = m теор. ; V практ. = V теор . ; практ. = теор. .

Если в условии задачи известны данные для исходного вещества и практ. , m практ. или V практ. полученного продукта, при этом нужно найти долю выхода продукта реакции.

Порядок решения:

1. Произвести расчёт по уравнению, исходя из данных для исходного вещества, найти

Теор. , m теор. или V теор. продукта реакции.

2. Найти долю выхода продукта реакции по формулам:

Практ. / теор. = m практ. / m теор. = V практ. /V теор.

Если в условии задачи известны практ. , m практ. или V практ. полученного продукта реакции и доля выхода его, при этом нужно найти данные для исходного вещества.

Порядок решения:

1. Найти теор., m теор. или V теор. продукта реакции по формулам:

Теор. = практ. / ; m теор. = m практ. / ; V теор. = V практ. / .

2. Произвести расчёт по уравнению, исходя из теор. , m теор. или V теор. продукта реакции и найти данные для исходного вещества.

Конечно, эти три типа задач мы рассматриваем постепенно, отрабатываем умения решения каждого из них на примере целого ряда задач.

Задачи на смеси и примеси.

Чистое вещество – это то, которого в смеси больше, остальное – примеси. Обозначения: масса смеси – m см., масса чистого вещества – m ч.в., масса примесей – m прим. , массовая доля чистого вещества - ч.в.

Массовую долю чистого вещества находят по формуле: ч.в. = m ч.в. / m см. , выражают её в долях от единицы или в процентах. Выделим 2 типа задач.

Если в условии задачи дана массовая доля чистого вещества ил массовая доля примесей, значит, при этом дана масса смеси. Слово “технический” тоже означает наличие смеси.

Порядок решения:

1. Найти массу чистого вещества по формуле: m ч.в. = ч.в. m см.

Если дана массовая доля примесей, то предварительно нужно найти массовую долю чистого вещества: ч.в. = 1 - прим.

2. Исходя из массы чистого вещества, производить дальнейшие расчёты по уравнению.

Если в условии задачи дана масса исходной смеси и n , m или V продукта реакции, при этом нужно найти массовую долю чистого вещества в исходной смеси или массовую долю примесей в ней.

Порядок решения:

1. Произвести расчёт по уравнению, исходя из данных для продукта реакции, и найти n ч.в. и m ч.в.

2. Найти массовую долю чистого вещества в смеси по формуле: ч.в. = m ч.в. / m см. и массовую долю примесей: прим. = 1 - ч.в

Закон объёмных отношений газов.

Объёмы газов относятся так же, как их количества веществ:

V 1 / V 2 = 1 / 2

Этот закон применяют при решении задач по уравнениям, в которых дан объём газа и нужно найти объём другого газа.

Объёмная доля газа в смеси.

Vг / Vсм, где (фи) – объёмная доля газа.

Vг – объём газа, Vcм – объём смеси газов.

Если в условии задачи даны объёмная доля газа и объём смеси, то, прежде всего, нужно найти объём газа: Vг = Vсм.

Объём смеси газов находят по формуле: Vсм = Vг / .

Объём воздуха, затраченный на сжигание вещества, находят через объём кислорода, найденный по уравнению:

Vвозд. = V(О 2) / 0,21

Вывод формул органических веществ по общим формулам.

Органические вещества образуют гомологические ряды, которые имеют общие формулы. Это позволяет:

1. Выражать относительную молекулярную массу через число n.

M r (C n H 2n + 2) = 12 n + 1 (2n + 2) = 14n + 2.

2. Приравнивать M r , выраженную через n, к истинной M r и находить n.

3. Составлять уравнения реакций в общем виде и производить по ним вычисления.

Вывод формул веществ по продуктам сгорания.

1. Проанализировать состав продуктов сгорания и сделать вывод о качественном составе сгоревшего вещества: Н 2 О -> Н, СО 2 -> С, SO 2 -> S, P 2 O 5 -> P, Na 2 CO 3 -> Na, C.

Наличие кислорода в веществе требует проверки. Обозначить индексы в формуле через x, y, z. Например, СxНyОz (?).

2. Найти количество веществ продуктов сгорания по формулам:

n = m / M и n = V / Vm.

3. Найти количества элементов, содержавшихся в сгоревшем веществе. Например:

n (С) = n (СО 2), n (Н) = 2 ћ n (Н 2 О), n (Na) = 2 ћ n (Na 2 CO 3), n (C) = n (Na 2 CO 3) и т.д.

4. Если сгорело вещество неизвестного состава, то обязательно нужно проверить, содержался ли в нём кислород. Например, СxНyОz (?), m (O) = m в–ва – (m (C) + m(H)).

b) если известна относительная плотность: М 1 = D 2 М 2 , M = D H2 2, M = D O2 32,

M = D возд. 29, М = D N2 28 и т.д.

1 способ: найти простейшую формулу вещества (см. предыдущий алгоритм) и простейшую молярную массу. Затем сравнить истинную молярную массу с простейшей и увеличить индексы в формуле в нужное число раз.

2 способ: найти индексы по формуле n = (э) Mr / Ar(э).

Если неизвестна массовая доля одного из элементов, то её нужно найти. Для этого из 100 % или из единицы вычесть массовую долю другого элемента.

Постепенно в курсе изучения химии в химическом словаре происходит накопление алгоритмов решения задач разных типов. И ученик всегда знает, где ему найти нужную формулу или нужные сведения для решения задачи.

Многим учащимся нравится ведение такой тетради, они сами дополняют её различными справочными материалами.

Что касается факультативных занятий, то мы с учениками тоже заводим отдельную тетрадь для записи алгоритмов решения задач, выходящих за рамки школьной программы. В этой же тетради для каждого типа задач записываем 1-2 примера, остальные задачи они решают уже в другой тетради. И, если вдуматься, то среди тысяч разных задач, встречающихся на экзамене по химии во всех ВУЗах, можно выделить задачи 25 – 30 различных типов. Конечно, среди них – множество вариаций.

В разработке алгоритмов решения задач на факультативных занятиях мне во многом помогло пособие А.А. Кушнарёва. (Учимся решать задачи по химии, - М., Школа – пресс, 1996).

Умение решать задачи по химии это основной критерий творческого усвоения предмета. Именно через решение задач различных уровней сложности может быть эффективно усвоен курс химии.

Если ученик имеет чёткое представление о всех возможных типах задач, прорешал большое количество задач каждого типа, то ему по силам справиться со сдачей экзамена по химии в виде ЕГЭ и при поступлении в вузы.

3. На этикетках реактивов используется маркировка: "ос.ч." - особо чистые - используют для изготовления электроники, космической техники; "х.ч." - химически чистые - научно-исследовательские и лабораторные работы; "ч.д.а." - чистые для анализа - для анализа технических продуктов; "ч." - чистые - используют в промышленности; "т." - технические. Проранжируйте реактивы с различной маркировкой по уменьшению процентного содержания в них примесей:

4. При очистке 560 г технического известняка было получено 28 г примесей. Рассчитайте массовую долю примесей в известняке.

5. Основным компонентом природного газа является метан. Но в природном газе присутствуют примеси, например ядовитый газ - сероводород. Сероводород вызывает головокружеие, тошноту и рвоту, а при дыхании в большом количестве - поражение мышцы сердца и судороги, вплоть до смертельного исхода. Рассчитайте массовую долю примеси сероводорода, если известно, что на 1 кг природного газа приходится не более 50 г этого ядовитого газа.

6. При химическом анализе старинного кольца массой 5,34 г было выяснено, что оно на 92,5% состоит из золота, остальное - примеси других месталлов. Рассчитайте массу примесей в кольце.