§4. Масова частка хімічного елемента в речовині

Назад до змісту

27. Обчисліть масові частки всіх хімічних елементів у сполуках:

а) NO₂

Дано:

Сполука: $NO_2$

Знайти: $w(N)$, $w(O)$

Розв’язання:

Знаходимо відносну молекулярну масу $Mr(NO_2)$:

$Mr(NO_2) = Ar(N) + 2 \cdot Ar(O) = 14 + 2 \cdot 16 = 46$

Обчислюємо масові частки елементів:

$w(N) = \dfrac{Ar(N)}{Mr(NO_2)} = \dfrac{14}{46} \approx 0,3043$ або $30,43$

$w(O) = \dfrac{2 \cdot Ar(O)}{Mr(NO_2)} = \dfrac{2 \cdot 16}{46} \approx 0,6957$ або $69,57$

Відповідь: Масова частка Нітрогену $w(N)$ становить приблизно $30,43$, а масова частка Оксигену $w(O)$ — приблизно $69,57$.

б) PbCl₂

Дано:

Сполука: $PbCl_2$

Знайти: $w(Pb)$, $w(Cl)$

Розв’язання:

$Mr(PbCl_2) = Ar(Pb) + 2 \cdot Ar(Cl) = 207 + 2 \cdot 35,5 = 278$

$w(Pb) = \dfrac{Ar(Pb)}{Mr(PbCl_2)} = \dfrac{207}{278} \approx 0,7446$ або $74,46$

$w(Cl) = \dfrac{2 \cdot Ar(Cl)}{Mr(PbCl_2)} = \dfrac{2 \cdot 35,5}{278} \approx 0,2554$ або $25,54$

Відповідь: Масова частка Плюмбуму $w(Pb)$ — $74,46$, масова частка Хлору $w(Cl)$ — $25,54$.

в) Na₂CO₃

Дано:

Сполука: $Na_2CO_3$

Знайти: $w(Na)$, $w(C)$, $w(O)$

Розв’язання:

$Mr(Na_2CO_3) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 23 + 12 + 3 \cdot 16 = 106$

$w(Na) = \dfrac{2 \cdot Ar(Na)}{Mr(Na_2CO_3)} = \dfrac{46}{106} \approx 0,434$ або $43,4$

$w(C) = \dfrac{Ar(C)}{Mr(Na_2CO_3)} = \dfrac{12}{106} \approx 0,113$ або $11,3$

$w(O) = \dfrac{3 \cdot Ar(O)}{Mr(Na_2CO_3)} = \dfrac{48}{106} \approx 0,453$ або $45,3$

Відповідь: $w(Na) \approx 43,4$, $w(C) \approx 11,3$, $w(O) \approx 45,3$.

г) H₂SO₄

Дано:

Сполука: $H_2SO_4$

Знайти: $w(H)$, $w(S)$, $w(O)$

Розв’язання:

$Mr(H_2SO_4) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$

$w(H) = \dfrac{2 \cdot Ar(H)}{Mr(H_2SO_4)} = \dfrac{2}{98} \approx 0,0204$ або $2,04$

$w(S) = \dfrac{Ar(S)}{Mr(H_2SO_4)} = \dfrac{32}{98} \approx 0,3265$ або $32,65$

$w(O) = \dfrac{4 \cdot Ar(O)}{Mr(H_2SO_4)} = \dfrac{64}{98} \approx 0,6531$ або $65,31$

Відповідь: $w(H) \approx 2,04$, $w(S) \approx 32,65$, $w(O) \approx 65,31$.

д) Ba₃(PO₄)₂

Дано:

Сполука: $Ba_3(PO_4)_2$

Знайти: $w(Ba)$, $w(P)$, $w(O)$

Розв’язання:

$Mr(Ba_3(PO_4)_2) = 3 \cdot Ar(Ba) + 2 \cdot Ar(P) + 8 \cdot Ar(O) = 3 \cdot 137 + 2 \cdot 31 + 8 \cdot 16 = 411 + 62 + 128 = 601$

$w(Ba) = \dfrac{3 \cdot Ar(Ba)}{Mr(Ba_3(PO_4)_2)} = \dfrac{411}{601} \approx 0,6839$ або $68,39$

$w(P) = \dfrac{2 \cdot Ar(P)}{Mr(Ba_3(PO_4)_2)} = \dfrac{62}{601} \approx 0,1032$ або $10,32$

$w(O) = \dfrac{8 \cdot Ar(O)}{Mr(Ba_3(PO_4)_2)} = \dfrac{128}{601} \approx 0,213$ або $21,3$

Відповідь: $w(Ba) \approx 68,39$, $w(P) \approx 10,32$, $w(O) \approx 21,3$.

28. Хімічна формула глюкози – $C_6H_{12}O_6$, а сахарози – $C_{12}H_{22}O_{11}$. Обчисліть, у якій речовині масова частка Оксигену більша.

Дано:

Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$)

Сахароза ($C_{12}H_{22}O_{11}$)

Розв’язання:

$Mr(C_6H_{12}O_6) = 6 \cdot 12 + 12 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 180$

$w(O){\text{глюкоза}} = \dfrac{6 \cdot 16}{180} \approx 0,5333$ або $53,33$

$Mr(C{12}H_{22}O_{11}) = 12 \cdot 12 + 22 \cdot 1 + 11 \cdot 16 = 342$

$w(O)_{\text{сахароза}} = \dfrac{11 \cdot 16}{342} \approx 0,5146$ або $51,46$

Порівнюємо: 53,33% > 51,46%.

Відповідь: Масова частка Оксигену більша у глюкозі.

29. Кварц – силіцій(IV) оксид – використовують для виробництва скла. Обчисліть масову частку Силіцію у кварці.

Дано:

Кварц ($SiO_2$)

Обчислити: 

w(Si) – ?

Розв’язання:

$Mr(SiO_2) = Ar(Si) + 2 \cdot Ar(O) = 28 + 2 \cdot 16 = 60$

$w(Si) = \dfrac{Ar(Si)}{Mr(SiO_2)} = \dfrac{28}{60} \approx 0,4667$ або $46,67$

Відповідь: Масова частка Силіцію у кварці становить $46,67$.

30. Обчисліть масу (г) атомів Гідрогену, що містяться в амоніаку NH₃ масою 10 г.

Дано:

$m(NH_3) = 10 \text{ г}$

Розв’язання:

$Mr(NH_3) = Ar(N) + 3 \cdot Ar(H) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$

$w(H) = \dfrac{3 \cdot Ar(H)}{Mr(NH_3)} = \dfrac{3}{17} \approx 0,1765$

$m(H) = m(NH_3) \cdot w(H) = 10 \text{ г} \cdot 0,1765 = 1,765 \text{ г}$

Відповідь: Маса атомів Гідрогену становить приблизно 1,76 г.

31. Систематична назва кухонної солі — натрій хлорид. Добова норма солі за рекомендаціями Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) — 2 г. Обчисліть масу (г) йонів Натрію в зразку солі такої маси.

Дано:

$m(NaCl) = 2 \text{ г}$

Розв’язання:

$Mr(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5$

$w(Na) = \dfrac{Ar(Na)}{Mr(NaCl)} = \dfrac{23}{58,5} \approx 0,393$

$m(Na) = m(NaCl) \cdot w(Na) = 2 \text{ г} \cdot 0,393 = 0,786 \text{ г}$

Відповідь: У 2 г солі міститься 0,786 г йонів Натрію.

32. Гематит — один із мінералів, який використовують для одержання заліза. Систематична назва його основного компонента — ферум(III) оксид. Обчисліть масу (кг) атомів Феруму, що міститься в 1 тонні гематиту. Чи можна стверджувати, що саме стільки заліза можна одержати з такої маси мінералу?

Дано:

$m(\text{гематиту}) = 1 \text{ т} = 1000 \text{ кг}$

Основний компонент – $Fe_2O_3$

Розв’язання:

$Mr(Fe_2O_3) = 2 \cdot Ar(Fe) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160$

$w(Fe) = \dfrac{2 \cdot Ar(Fe)}{Mr(Fe_2O_3)} = \dfrac{112}{160} = 0,7$

$m(Fe) = m(\text{гематиту}) \cdot w(Fe) = 1000 \text{ кг} \cdot 0,7 = 700 \text{ кг}$

Ні, не можна стверджувати, що з 1 тонни мінералу можна отримати 700 кг заліза, оскільки гематит як руда містить домішки, а також під час виробництва завжди є втрати. Розрахунок показує масу Феруму в чистій сполуці, а не в руді.

Відповідь: У 1 тонні чистого ферум(III) оксиду міститься 700 кг Феруму.

Чи можна стверджувати, що саме стільки заліза можна одержати?

Ні, стверджувати так не можна. По-перше, гематит як мінерал може містити домішки, тому маса чистого $Fe_2O_3$ в 1 тонні руди буде меншою. По-друге, під час виробництва заліза завжди є технологічні втрати. Тому практично отримане залізо буде мати меншу масу, ніж теоретично розрахована.

Назва «гематит» походить від грецького слова, що означає «кров» (haima), оскільки в подрібненому вигляді він має криваво-червоний колір. Його також називають желізовець, червоний залізняк.

Для істориків та археологів цей мінерал важливий, тому що:

• Його використовували як один із перших пігментів для наскельних малюнків та в похоронних обрядах ще десятки тисяч років тому.
• У давніх цивілізаціях, як-от Єгипет і Рим, його застосовували для виготовлення амулетів та як оберіг для воїнів.
• Гематит був однією з перших і найважливіших руд для видобутку заліза.

Розуміння явищ природи (робота в групах)

33. Як ви вважаєте, чи відрізняються відносні атомні маси атомів і утворених ними йонів? Поясніть свою думку.

Ні, на практиці відносні атомні маси атомів та утворених ними йонів не відрізняються. Коли атом перетворюється на йон, він втрачає або приєднує один чи декілька електронів. Маса електрона є надзвичайно малою порівняно з масою протонів і нейтронів, з яких складається ядро атома. Тому зміна маси при утворенні йона є настільки незначною, що нею нехтують у хімічних розрахунках.

34. Уявіть себе технологом / технологинею на заводі з виробництва сталі (заліза). Ваші постачальники пропонують вам різні види залізної руди: ферум(3+) оксид і ферум(2+) сульфід. Як допоможе вам уміння визначати масову частку елементів обрати кращу сировину?

Щоб обрати кращу сировину, мені потрібно визначити, в якій із запропонованих руд масова частка Феруму є більшою. Це дозволить отримати більше заліза з однакової маси руди, що зробить виробництво економічно вигіднішим.

Ферум(III) оксид ($Fe_2O_3$):

$Mr(Fe_2O_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160$

$w(Fe) = \dfrac{2 \cdot 56}{160} = \dfrac{112}{160} = 0,7$ або 70%

Ферум(II) сульфід ($FeS$):

$Mr(FeS) = 56 + 32 = 88$

$w(Fe) = \dfrac{56}{88} \approx 0,636$ або 63,6%

Порівнявши результати (70% > 63,6%), я оберу ферум(III) оксид, оскільки він містить більше заліза і є кращою сировиною.

35. Чилійська селітра $NaNO_3$ й амоніачна селітра $NH_4NO_3$ — поширені азотні добрива. Порівняйте масову частку Нітрогену в цих добривах. Чи можна це порівняння здійснити без математичних обчислень? Чи можна за вмістом Нітрогену визначити, яке із цих добрив є ефективнішим для використання в сільському господарстві? Поясніть свої відповіді.

Порівняння масової частки Нітрогену:

Чилійська селітра ($NaNO_3$):

• $Mr(NaNO_3) = 23 + 14 + 3 \cdot 16 = 85$
• $w(N) = \dfrac{14}{85} \approx 0,165$ або 16,5%

Амоніачна селітра ($NH_4NO_3$):

• $Mr(NH_4NO_3) = 14 + 4 \cdot 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 80$
• $w(N) = \dfrac{2 \cdot 14}{80} = \dfrac{28}{80} = 0,35$ або 35%

Масова частка Нітрогену в амоніачній селітрі (35%) значно більша, ніж у чилійській (16,5%).

Чи можна порівняти без обчислень?

Так, можна зробити припущення. В амоніачній селітрі ($NH_4NO_3$) є два атоми Нітрогену, а в чилійській ($NaNO_3$) — лише один. При цьому їхні відносні молекулярні маси не дуже відрізняються (80 і 85). Це дозволяє припустити, що масова частка Нітрогену буде вищою в амоніачній селітрі.

Яке добриво ефективніше?

За вмістом Нітрогену амоніачна селітра є ефективнішою, оскільки вона є більш концентрованим добривом. Це означає, що для внесення однакової кількості Нітрогену в ґрунт потрібно менше амоніачної селітри за масою, ніж чилійської. Однак, у реальному житті ефективність добрива залежить і від інших факторів: типу ґрунту, виду рослин, швидкості засвоєння, вартості та умов зберігання.