Массовая доля
Жирность молока, содержание какао в шоколаде и кофеина в напитке – это понятия, тесно связанные со школьным курсом химии. Что такое массовая доля вещества и как ее вычислить – разберемся в статье
На упаковках продуктов или лекарств часто можно встретить выражения вроде «содержание такого-то вещества не менее 3%». Говоря языком химии, они означают, что массовая доля вещества в конкретном продукте или препарате составляет указанное количество процентов. Разберемся, что такое массовая доля, и решим несколько задач по этой теме.
Что такое массовая доля в химии
Массовой долей в химии называется отношение массы искомого компонента к массе исследуемого раствора или смеси, а также отношение массы конкретного элемента к массе вещества, в котором он содержится.
Например, массовая доля жира в цельном коровьем молоке обычно составляет от 2,5 до 6%. Значит, в одном килограмме молока содержится от 25 до 60 граммов молочного жира. При желании можно провести такой эксперимент: взять сухой чистый стакан, нарисовать горизонтальную черту в 10 сантиметрах от уровня дна, налить молоко до этой отметки и оставить в тепле на 8-10 часов. По истечении этого времени нужно измерить в миллиметрах толщину слоя сливок, появившихся на поверхности, – это и будет показатель жирности молока в процентах.
Полезная информация о массовой доле
| Массовую долю обозначают буквой ω (омега) | В скобках после ω указывается вещество, например ω(H) – массовая доля водорода |
| ω измеряют в процентах или долях от единицы | Все вещество или всю рассматриваемую смесь принимают за 100%, или число 1 |
| Массовую долю можно назвать процентной концентрацией вещества | Важно не перепутать ее с молярной концентрацией, или молярностью |
Массовая доля элемента в веществе
Как мы уже упоминали, массовую долю можно рассчитать для элемента в веществе и вещества в растворе. Начнем с первого случая и разберемся, как вычислить долю элемента в каком-либо веществе.
Как известно, большинство веществ на нашей планете являются сложными, то есть созданы из различных комбинаций химических элементов. Их число постоянно растет, и на 2024 год в периодической системе 118 элементов, 17 из которых были открыты после 1975 года.
Чтобы узнать, какую часть вещества составляет конкретный химический элемент, нужно воспользоваться формулой вычисления массовой доли.
Формула
Для нахождения массовой доли элемента в веществе нужно разделить массу этого элемента на массу всего вещества. Если необходим результат в процентах, полученное число нужно умножить на 100.
Формула выглядит следующим образом:
\(\omega(эл-та)\;=\frac{\;m(эл-та)}{m(в-ва)}\)
Нетрудно вычислить, что в простом, то есть состоящем из единственного элемента, веществе доля этого элемента будет равняться единице, или 100 процентам.
Для сложных веществ вычисления проводят, используя атомную массу элементов. Найти этот параметр легко в периодической системе Менделеева. Например, вычислим массовую долю натрия в пищевой соде, ее химическая формула – NaHCO3. Для получения результата разделим массу одного атома натрия на массу всей молекулы:
\(\omega(Na)=\frac{m(Na)}{m(Na)\;+\;m(H)\;+\;m(C)\;+\;3\;\;m(O)}=\frac{22,99}{22,99\;+\;1\;+\;12,01\;+\;3\times16}=\\=\frac{22,99}{84}\approx0,2737\)
Массовая доля натрия в пищевой соде – 0,2737, или 27,37%.
Массовая доля растворенного вещества
От сложных веществ перейдем к смесям и растворам. Для них можно определить массовую долю конкретного вещества. По аналогии с предыдущей формулой, необходимо разделить массу искомого вещества на массу всей смеси или раствора. Самое главное условие: массы должны быть выражены в одинаковых единицах (если весь раствор в граммах, то и вещество нужно считать в граммах).
Формула
Формула для нахождения массовой доли вещества в растворе выглядит таким образом:
\(\omega(в-ва)\;=\frac{\;m(в-ва)}{m(р-ра)}\)
Это отношение подходит для любых смесей: можно найти и долю сахара в чае, и содержание хлора в водопроводной воде, и количество меди в бронзе. В качестве примера определим массовую долю уже упомянутого сахара, но в леденцах. Мы взяли данные с этикетки: в одном леденце массой 2,8 грамма содержится 2,1 грамма сахара.
\(\omega(сах)\;=\;\frac{m(сах)}{m(л)}\;=\frac{2,1}{\;2,8\;}=\;0,75\;=\;75\%\)
Массовая доля сахара – 75%, то есть он составляет три четверти всего леденца.
Задачи по теме «Массовая доля»
Для закрепления умения работать с приведенными выше формулами выполним несколько заданий.
Задача 1
Пользуясь периодической системой химических элементов, вычислите массовую долю элемента с самой высокой атомной массой в каждом из сложных веществ. Атомную массу округлим до целых, результат – до сотых.
- NH3 – аммиак
- CaCO3 – мел, мрамор
- H2O2 – перекись водорода
- NH4Cl – нашатырь
- Al2O3 – корунд
Задача 2
Вычислите массовую долю указанных веществ в смесях. Результат запишите в процентах.
- Соль: 30 гр растворены в 1 кг воды.
- Сахар: 12 гр растворены в 250 гр чая.
- Йод: 5 гр растворено в 95 гр спирта.
- Аскорбиновая кислота в таблетке, содержащей 60 мг аскорбиновой кислоты и 320 мг сульфата железа.
Ответы к задачам
Проверьте себя.
Задача 1
1. NH3. Атомные массы: m(N) = 14, m(H) = 1
\(\omega(N)\;=\frac{\;m(N)}{m(N)\;+\;3\;\;m(H)}=\frac{14}{14\;+\;3}=\frac{14}{17}\approx0,82\)
2. CaCO3. Атомные массы: m(Ca) = 40, m(C) = 12, m(O) = 16
\(\omega(Ca)\;=\;\frac{m(Ca)}{m(ca)\;+\;m(C)\;+\;3\;\;m(O)}=\frac{40}{40\;+\;12\;+\;3\;\;16}=\frac{40}{100}=\;0,40\)
3. H2O2. Атомные массы: m(H) = 1, m(O) = 16
\(\omega(O)\;=\frac{2\times m(O)}{2\times m(H)\;+\;2\times m(O)}=\frac{2\times16}{2\;+\;2\times16}=\frac{32}{34}\approx0,94\)
4. NH4Cl. Атомные массы: m(N) = 14, m(H) = 1, m(Cl) = 35
\(\omega(Cl)\;=\frac{\;m(Cl)}{m(N)\;+\;4\times m(H)\;+\;m(Cl)}=\frac{35}{14\;+\;4\;+\;35}=\frac{35}{53}\approx0,66\)
5. Al2O3. Атомные массы: m(Al) = 27, m(O) = 16
\(\omega(Al)\;=\;\frac{2\times m(Al)}{2\times m(Al)\;+\;3\times m(O)}=\frac{2\times27}{2\times27\;+\;3\times16}=\frac{54}{102}\approx0,53\)
Задача 2
\(1.\;\omega(с)\;=\;\frac{m(с)}{m(р-ра)}\;=\;\frac{30}{1000\;}=\;0,03\;=\;3\%\;\;\\2.\;\omega(сах)\;=\;\frac{m(сах)}{m(р-ра)}\;=\;\frac{12}{12+250}\;=\;0,045\;=\;4,5\%\\3.\;\omega(й)\;=\;\frac{m(й)}{m(р-ра)}\;=\frac{\;5\;}{5+95}=\;0,05\;=\;5\%\\4.\;\omega(а.к.)\;=\frac{\;m(а.к.)}{m(а.к.)+m(с.ж.)}\;=\frac{\;60}{60+320}=\;0,16\;=\;16\%\)
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Денис Марков, преподаватель по химии в онлайн-школе «Умскул»:
Для чего в 8 классе нужно знать формулы массовой доли?
Массовая доля – это базовое понятие, которое необходимо не только при изучении химии, но и в обычной жизни. Например, на молоке, сливках и других молочных продуктах может быть указана именно массовая доля жира или других компонентов. В химии 8-го класса понимание массовой доли необходимо для решения задач, развития когнитивных и вычислительных навыков.
Как найти массовую долю элемента в веществе, если мы знаем массу элемента и массу вещества?
Если говорить о массовой доле элемента, то это отношение массы всех атомов данного элемента к массе всей молекулы. Например: масса молекулы воды равна 18 г/моль, а масса атомов водорода составляет: 1 г/моль * 2 = 2 г/моль (так как в молекуле воды два атома водорода). Тогда массовая доля водорода в воде равна: 2/18 = 1/9, или 11%. Вот и получается, что для нахождения массовой доли элемента необходимо массу всех атомов элемента разделить на массу всего вещества.
В каких заданиях ОГЭ и ЕГЭ по химии проверяется знание формул массовой доли элемента и вещества?
На ОГЭ и ЕГЭ по химии массовая доля элемента или вещества встречается практически во всех расчетных задачах. На ОГЭ это прежде всего задания №18 и №19, в которых необходимо сначала рассчитать массовую долю элемента, а потом использовать ее для расчета приближенной к реальности задачи. Например, рассчитать количество препарата, которое необходимо принять за день, чтобы получить достаточное количество действующего вещества. Также есть задание №22, в котором необходимо рассчитать массу или объем вещества, которое было либо затрачено на реакцию, либо выделилось в результате реакции. В данном виде задач используется массовая доля вещества в растворе, расчет которой схож с массовой долей элемента.
На ЕГЭ массовые доли встречаются как в простых задачах на расчеты (задания №26 и №28), так и в самых сложных заданиях второй части – №33 и №34. При этом важно понимать, что в заданиях ЕГЭ не используется «особый» тип массовой доли. Все формулы такие же, как и в 8-м классе, но увеличивается количество расчетов и усложняется подход к ним.
Таким образом, можно с уверенностью заявлять, что вся база расчетов массовой доли закладывается в 8-м и 9-м классах.
На ЕГЭ массовые доли встречаются как в простых задачах на расчеты (задания №26 и №28), так и в самых сложных заданиях второй части – №33 и №34. При этом важно понимать, что в заданиях ЕГЭ не используется «особый» тип массовой доли. Все формулы такие же, как и в 8-м классе, но увеличивается количество расчетов и усложняется подход к ним.
Таким образом, можно с уверенностью заявлять, что вся база расчетов массовой доли закладывается в 8-м и 9-м классах.
