РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ «ОТ ПРОСТЫХ К БОЛЕЕ СЛОЖНЫМ». ТЕМА: Массовая доля элемента в соединении


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
Стародубец Е.Е. Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2016, факультет довузовской подготовки ФГБОУ ВО «КНИТУ» РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ «ОТ ПРОСТ ЫХ К БОЛЕЕ СЛОЖН ЫМ » Массовая доля элемента в соединении В химии часто используется понятие « массовая доля » . Так , по химической формуле соединения можно установить массовую долю элемента в этом соединении и, наоборот, по известной массовой доле элемента можно вывести формулу соединения. В общем виде формула для вычисления массовой доли элемента Х в сложном соединении выглядит следующим образом: , (1) где – масса компонента Х , г (кг); m – масса соединения . Массовая доля – безразмерная величина, но часто её выражают в процентах, в этом случае результат вычисления по формуле (1) умножается на 100 %: . (2) Упражнения для работы на занятии Задача 1 Определите массовые доли элементов в оксиде натрия Na 2 O . Решение В простейшей формуле оксида натрия Na 2 O содержится 2 моля атомов натрия и 1 моль атомов кислорода. 1. Определим массу двух молей атомов натрия, 1 моля атомов кислорода и 1 моля оксида Na 2 O : г; г; г. 2. Вычисляем массовую долю натрия и кислорода по формул ам (1) или (2): , или 74 % ; , или 26 % . Ответ: массовые доли натрия и кислорода в оксиде Na 2 O равны 74 и 26 % соответственно. Пользуясь формулами (1) и ( 2), можно решить и обратную задачу: по известным массовым долям элементов в соединении определить простейшую молекулярную формулу этого соединения. Задача 2 В соединении натрия, хлора и кислорода массовые доли эле ментов равны 18,8; 29,0 и 52,2 % соответственно. Определите формулу этого соединения. Решение 1. Для упрощения вычислений примем, что масса искомого соединения составляет 100 г. 2. Поскольку соотношение атомов натрия, хлора и кислорода в искомом соединени и неизвестно, запишем его молекулярную формулу в виде . Воспользовавшись формулой (2) , вычислим массу каждого элемента , содержащегося в исходном веще стве массой 100 г : , ( 3) и соответ ствующее этой массе число молей атомов этого же элемента : . ( 4) г; моль ; г; моль ; г; моль. 3. Соотношение стехиометрических коэффициентов x , y и z в формуле равно соотношению числа молей атомов соответствующих элементов: . Коэффициенты x, y и z в формуле обычно выражаются наимень шими целыми числами. Поэтому, разделив каждый член полученного соотношения на наименьший (в данном случае – 0,82), по лучаем то есть формула искомого соединения – . Ответ : . Задача 3 На Синайском полуострове еще за 6 тыс . лет до н.э. добыва ли бирюзу. Это непрозрачный , со стеклянным или восковым блеском минерал, великолепный небесно - голубой цвет которого связан с присутствием в нем ионов металла М . Минерал обладает сравнительно небольшой твердостью, поэтому его не подвергают огранке и вправляют в украшения в виде округлых камней правильной формы. Минерал довольно неустойчив химически, легко впитывает жиры, поглощает влагу, под действием углекислого газа воздуха теряет свой цвет и делается зеленым, на солнце медленно обесцвечивается – «умирает», средний срок его жизни – не более 20 лет. Определите металл М и установите формулу бирюзы, зная, что в не й содержится один моль ионов металла М и 5 молей молекул кристаллизационной воды, а массовые д оли элементов составляют: , , , , [1 ]. Решение 1. Примем, что масса образца бирюзы равна 100 г. 2. Запишем общую формулу бирюзы: и, вос пользовавшись формулами (3) и ( 4), найдем массу каждого элемента и число молей каждого элемента в образце: ; ; ; ; ; ; ; ; . 3. Соотношение стехиометрических коэффициентов а, b , c , d и e в формуле бирюзы равно соотношению числа молей атомов соответствующих элементов: . Упростим равенство, поделив на 0,4811, и получим . Так как в формулу бирюзы входят 5 молей молекул кристаллизационной воды, то в ней должно быть не менее 10 атомов водорода и 5 атомов кислорода. Все числа должны быть целыми. По этому умножим все на 4, получим , и формула примет вид: . 4. Так как, по условию задачи, в формуле минерала содержится один моль и онов металла Э, то отсюда: г/моль, то есть искомый минерал Э – это медь. Ответ : формула минерала – . Задача 4 Кристаллогидрат по массе состоит из 9,65 % азота, 4,86 % водорода, 13 ,81 % кальция и 71,67 % кислорода. Определите формулу кристаллогидрата [1 ] . Ответ: . Задание 5 Важный для мировой энергетики элемент Э может образовывать три оксида. Оксид А содержит 88,15 % Э по массе, представляет собой черно - коричневые кристаллы. Оксид Б , содержащий 84,80 % Э по массе, это – черно - зеленые кристаллы. Оксид В (содержащий 83,22 % Э по массе) представляет собой оранжево - желтые кристаллы. Определите элемент Э и формулы его окси дов [1 ]. Решение 1. Запишем молекулярную формулу оксида в общем виде: Э х О у . 2. Определим массовую долю кислорода в каждом из оксидов: - в оксиде А : 100 – 88,15 = 11,85 %; - в оксиде Б : 100 – 84,80 = 15,2 %; - в оксиде В : 100 – 83,22 = 16,78 %. 3. Найдем молярную массу искомого элемента, перебирая различные степени окисления элемента Э в составе возможных оксидов. Рассмотрим один пример расчета подробно. Рассмотрим оксид состава Э 2 О и предположим, что это оксид А . Воспользовавшись формулами (3) и ( 4), най дем массу каждого элемента и число молей каждого элемента в образце оксида массой 100 г: ; ; . Зная, что, согласно формуле Э 2 О , соотношение стехиометрических коэффициентов x : y равно 2 : 1 и равно соотношению числа молей атомов соот ветствующих элементов, получаем о ткуда молярная масса искомого элемента Э равна  59,5 г/моль. Близкие значения молярной массы имеют элементы кобальт и никель. Однако эти элементы не находят заметного применения в мировой энергетике. Расчеты по другим оксидам приведены в краткой форме в табл . 1 . Таблица 1 . Сводная таблица расчетов возможной молярн ой массы элемента Э Формула Оксид Соотношение х : у М(Э),г/моль Э 1 2 3 4 5 Э 2 О А 59,5 Со Ni Б 44,6 Sc В 40,4 Ca ЭО 2 A 238 U Б 178 Hf В 158 Gd ЭО 3 A 367 - Б 268 Mt В 238 U 4. Есть два совпадения: U О 2 и U О 3 . Уран используется в виде ядерного топлива в энергетике. Оксид Б , возможно, представляет собой смешанный оксид. Пусть г, тогда по формуле (2) масса урана и кислорода и соответствующее этой массе число атомов элемента N равны: ; ; . Соотношение между x и y : , то есть формула соединения – U 3 O 8 . Ответ : А – U О 2 ; Б – U 3 O 8 ; В – U О 3 . СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Задачи районных, городских и республиканских химических олимпиад школьников Республики Татарстан (2003 - 2008 г.) / сост. А.И. Курамшин. – Казань : КГУ , 2008. – 168 с.

Приложенные файлы

  • pdf file3
    РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ «ОТ ПРОСТЫХ К БОЛЕЕ СЛОЖНЫМ»: вычисление массовой доли элемента в соединении
    Размер файла: 524 kB Загрузок: 5

Добавить комментарий