§ 3. Вычисления по формулам химических веществ

Относительная атомная и молекулярная масса

• Для характеристики массы атомов используют атомную единицу массы (а. е. м.), которая равна 1/12 массы атома Карбона.

Массы всех атомов сравнивают с этой единицей и определяют, во сколько раз масса данного атома больше 1 а. е. м.

Массу атома, определенную таким образом, называют относительной атомной массой и обозначают А_r.

Относительные атомные массы химических элементов приведены в Периодической системе.

Обычно точные значения относительных атомных масс округляют до целых чисел. Только значение относительной атомной массы Хлора округляют с точностью до десятых: А_r(Сl) = 35,5.

• Относительная молекулярная масса М_r показывает, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома Карбона (1 а. е. м.).

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс всех химических элементов в составе молекулы с учетом числа атомов каждого элемента.

Например, относительная молекулярная масса углекислого газа СO₂:

М_r(СO₂ ) = A_r(С)+ 2 • A_r(О) = 12 + 2 • 16 = 44

• Для веществ немолекулярного строения вместо термина «молекулярная масса» используют термин «формульная масса».

Массовая доля элемента в веществе

Чтобы описать количественный состав веществ, используют массовую долю элемента в соединении, которую можно рассчитать по химической формуле вещества.

Массовая доля элемента (w) показывает, какая часть массы вещества приходится на атомы данного элемента. Ее вычисляют как отношение относительной атомной массы данного элемента с учетом числа его атомов в молекуле к относительной молекулярной (формульной) массе вещества:

где w(Е) — массовая доля химического элемента Е, выраженная в долях единицы;

n — число атомов элемента Е, обозначенное индексом в формуле соединения;

А_r — относительная атомная масса элемента Е;

М_r — относительная молекулярная (формульная) масса вещества.

Физический смысл массовой доли заключается в том, что она показывает массу атомов данного элемента в 100 г вещества. Массовая доля может выражаться в долях единицы или в процентах. Чтобы перевести доли единицы в проценты, необходимо полученное по формуле значение умножить на 100 %.

Обратите внимание! Сумма массовых долей всех элементов, входящих в состав соединения, должна быть равна единице или 100 %.

Пример. Вычислите массовые доли химических элементов в воде.

Решение:

Вычислим относительную молекулярную массу воды:

М_r(Н₂O) = 2 • A_r(Н) + A_r(O) = 2 • 1 + 16 = 18

Вычислим массовую долю Гидрогена:

Сумма массовых долей всех элементов в веществе равна 1. Таким образом, массовую долю Оксигена можно вычислить, вычитая из единицы массовую долю Гидрогена:

w(O) = 1 - w(H) = 1 - 0,111 = 0,889, или 88,9 %

Ответ: w(Н) = 11,1 %, w(О) = 88,9 %.

Массовая доля растворенного вещества

Вода способна растворять многие вещества, образуя растворы.

• Растворы — это однородные смеси, состоящие из растворителя и растворенных веществ. Подобно другим смесям, растворы не имеют постоянного состава. В зависимости от соотношения количества двух смешанных веществ растворы могут иметь разный состав.

• Для выражения состава растворов часто используют массовую долю растворенного вещества (w), которой выражают массу растворенного вещества в 100 г раствора в процентах или в долях единицы.

Массовая доля вещества в растворе показывает, какая часть массы раствора приходится на растворенное вещество.

Массовую долю растворенного вещества вычисляют по формуле:

Если данную дробь умножить на 100 %, то получим значение массовой доли вещества в процентах:

При этом масса раствора равна сумме масс всех компонентов раствора:

m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя)

Зная массу раствора и массовую долю растворенного вещества, можно вычислить массу вещества:

m(вещества) = m(вещества) • m(раствора)

Задача. Вычислите массовую долю сахара в растворе, содержащем 200 г воды и 50 г сахара.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятиям «относительная атомная масса» и «относительная молекулярная масса». Что в данном случае означает слово «относительная»?

2. Для каких веществ используют термин «молекулярная масса», а для каких — «формульная масса»?

3. Как определяют относительную молекулярную массу?

4. Дайте определения массовой доли элемента в веществе и массовой доли растворенного вещества. Приведите формулы для их вычисления.

Задания для усвоения материала

1. Вычислите относительные молекулярные (формульные) массы веществ: хлор Сl₂, сульфатная кислота H₂SO₄, сахароза C₁₂H₂₂O_11, гидроген пероксид (перекись водорода) Н₂O₂, мел СаСO₃, малахит (СuOН)₂СO₃.