Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська
§ 19. Хімія і математика: масова частка хімічного елемента в речовині
Я ПРАГНУ
з’ясувати, що таке масова частка й чому важливо вміти її обчислювати.
ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ
Валентина. Ти знаєш, що таке частка?
Мустафа. Авжеж! Це незмінна службова частина мови.
Валентина. Ні, я про частку як частину від цілого, відсоток так би мовити.
Мустафа. То це математика. А хімія тут до чого?
Валентина. Поняття частки використовують і в хімії. Наприклад, щоб кількісно схарактеризувати вміст хімічного елемента в речовині, корисного складника в мінералі. Поживного — у добриві.
Мустафа. Цікаво! А існує якась формула чи алгоритм для обчислення?
Валентина. Гадаю, що є. Нумо дізнаватися!
НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ
Завдання 1
Розгляньте зразки мідних руд (мал. 19.1) або натуральні зразки з мінералогічної колекції. У якій із них уміст корисного елемента — Купруму — більший? Поміркуйте, чи можна за виглядом руди дійти висновку щодо вмісту в ній Купруму. Обговоріть, що треба знати про руду, щоб оцінити доцільність її використання для добування міді. Зберіть й опрацюйте інформацію, виконайте обчислення і сформулюйте висновок.
Мал. 19.1. 1. Халькозин. 2. Ковелін
Завдання 2
Об’єднайтеся в групи й розподіліть роботу. Скористайтеся кольоровим пластиліном, вагами, періодичною системою хімічних елементів і змоделюйте молекулу метану СН4, узявши до уваги відповідні відносні атомні маси. Обчисліть масові частки хімічних елементів у метані. Перетворіть змодельовану молекулу метану на об’ємну стовпчикову діаграму. Зафіксуйте зручним способом і поясніть результати моделювання. Доберіть із-поміж наведених на малюнку 19.2 діаграм ту, на якій правильно відображено масові частки хімічних елементів у метані.
Мал. 19.2. Доберіть діаграму, на якій правильно відображено масові частки хімічних елементів у метані
ШУКАЮ ВІДПОВІДІ
Що таке масова частка?
Поняття частки від цілого добре відоме тобі з математики. Частку кожного складника математично визначають як частку від ділення частини на ціле (меншої величини на більшу). Ти вже знаєш, що маса молекули є сумою мас усіх її складників — атомів. Масова частка w хімічного елемента Е в складній речовині — відношення його маси m(Е) до маси речовини m(речовини):
Символ масової частки w вимовляють дубль-ве.
Мал. 19.3. Зв’язок між масою хімічного елемента, його масовою часткою в речовині та масою речовини
Очевидно, що між масою речовини й масою хімічного елемента в ній — пряма пропорційна залежність, яку відображено на схемі (мал. 19.3). Скористайся нею, щоб розв’язати задачу.
Задача 1. Обчисли масову частку Купруму в халькозині — мідній руді, якщо в її зразку масою 160 г маса Купруму становить 128 г.
Зверни увагу! Кожна задача містить сукупність даних — умову задачі й запитання (завдання). Окрім того, у ній є система залежностей, які пов’язують відомі величини з обчислюваними й відомі одна з одною.
1. Проаналізуй умову задачі, щоб виявити всі відомі величини, залежності між ними й залежності між відомими та обчислюваними величинами.
Що відомо з умови задачі? Маса мідної руди й маса Купруму в ній.
Що потрібно обчислити? Масову частку Купруму в руді.
Яка залежність між масою руди й масою хімічного елемента в ній? Пряма пропорційна.
Як обчислити масову частку Купруму в руді? За формулою:
2. Стисло запиши умову задачі, відокремивши горизонтальною прямою лінією відомі величини від обчислюваних. Вертикальною прямою відокрем умову задачі від її розв’язку.
3. Після виконання обчислень запиши відповідь.
Ознайомся з прикладом запису, обміркуй, чи все тобі зрозуміло. Запропонуй та обговори в класі, якщо вважаєш за потрібне, свій спосіб розв’язання і зразок запису. Скорегуй його в разі потреби.
Відповідь: масова частка Купруму в халькозині становить 0,8.
Зверни увагу! Масова частка — безрозмірна величина. Однак зазвичай її виражають у відсотках. Щоб перевести частку від одиниці у відсотки, її потрібно помножити на 100 %:
0,8 • 100 % = 80 % .
Масова частка Купруму в халькозині — 80 % (мал. 19.4).
Мал. 19.4. Масова частка Купруму в халькозині
Обчислення масової частки хімічного елемента за формулою речовини
де N(E) — кількість атомів хімічного елемента Е; Аr(Е) — відносна атомна маса елемента; Мr(речовини) — сума відносних мас усіх частинок у формульній одиниці речовини. Для речовин, що складаються з молекул, формульною одиницею є молекула. Про склад формульної одиниці речовини немолекулярної будови також дізнаємося з її хімічної формули.
Розв’яжи задачу.
Задача 2. Обчисли масову частку Купруму в халькозині, хімічна формула якого Cu2S.
Запиши скорочено умову й розв’язок задачі:
Відповідь: масова частка Купруму в халькозині становить 0,8, або 80 %.
Порівняйте відповіді до задач 1 і 2. Чи залежить масова частка Купруму в халькозині від способу її обчислення?
Зверни увагу! сума масових часток усіх хімічних елементів у речовині становить 1, або 100 %.
Щоб пересвідчитися в цьому, розв’яжи таку задачу.
Задача 3. Обчисли масові частки хімічних елементів у кальцій карбонаті, формула якого СаСО3.
Відповідь: масові частки Кальцію, Карбону, Оксигену в кальцій карбонаті становлять 0,4 (40 %), 0,12 (12 %) і 0,48 (48 %) відповідно.
Одержану в результаті обчислень інформацію можна подати в графічній формі, наприклад як кругову діаграму (мал. 19.5). Очевидно, що сума масових часток хімічних елементів дорівнює 1, або 100 %.
Мал. 19.5. Масові частки хімічних елементів у кальцій карбонаті
Не завжди результати обчислень є цілими числами. Потрібно округлювати одержані результати так, щоб їхня точність не перевищувала точності відомих величин. Тобто, якщо відомі величини в умові задачі наведені з точністю до десятих, то числове значення відповіді теж треба округлити до десятих. Після обчислення масових часток хімічних елементів важливо пересвідчитися, що сума одержаних значень становить 1, або (якщо масові частки виражають у відсотках) 100 %. Зроби це на прикладі розв’язання наступної задачі.
Задача 4. Обчисли масові частки хімічних елементів у воді Н2О.
Масову частку Оксигену можна обчислити в інший спосіб:
w(O) = 1 - w(Н) = 1 - 0,11 = 0,89, або 89 %.
Відповідь: масові частки Гідрогену й Оксигену у воді становлять 11 % і 89 % відповідно.
ЗАСТОСОВУЮ
Для чого обчислюють масові частки? Відомості про масові частки металічних елементів у рудах потрібні в геології, металургії. Поняття частки застосовне не лише для характеристики вмісту хімічних елементів у речовині. У попередні роки навчання ви дізналися про об’ємні частки азоту, кисню й інших газів у повітрі. Згодом навчитеся обчислювати масову частку розчиненої речовини в розчині. Вам, напевно, відомо, що для золотих і срібних сплавів зазначають масову частку дорогоцінного металу — пробу (мал. 19.6).
Мал. 19.6. Золота пам’ятна монета НБУ «Український балет»
Не менш важливо знати масові частки корисних і шкідливих для здоров’я речовин у харчових продуктах. Виробники мінеральних добрив зазначають на пакованнях масову частку поживного елемента. Маси й масові частки хімічних елементів в організмі людини наведено на інфографіці (мал. 19.7).
Мал. 19.7. Маси й масові частки хімічних елементів в організмі людини
ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ
• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю
1. Дай відповіді на запитання.
- 1) Що таке масова частка хімічного елемента у складній речовині?
- 2) За якою формулою обчислюють масову частку хімічного елемента у складній речовині?
- 3) Людям яких професій потрібні відомості про масові частки хімічних елементів?
- 4) Для чого масову частку виражають у відсотках?
- 5) На якому графіку (мал. 19.8) правильно відображено залежність масової частки хімічного елемента в речовині від її маси?
Мал. 19.8. Маси й масові частки
2. Порівняй, не вдаючись до обчислень, масові частки: а) Фосфору; б) Нітрогену; в) Сульфуру у сполуках, хімічні формули яких відповідно: а) Р2О3 і Р2О5; б) NH3 і NH4Cl; в) H2S, H2SO3 й H2SO4.
3. Визнач, не вдаючись до обчислень, із яких рудних мінералів однакової маси — куприту Сu2О чи малахіту Сu2(СО3)(ОН)2 — можна видобути більше міді.
4. Обчисли масові частки хімічних елементів у речовинах, формули яких CS2, С6Н12О6, NaCl, Cu(OH)2, Fe2(SO4)3.
Мал. 19.9. Масові частки (%) поживного елемента Нітрогену в добривах різняться. 1. Карбамід (NH2)2CO. 2. Калійна селітра KNO3. 3. Аміачна селітра NH4NO3. 4. Амоній сульфат (NH4)2SO4
5. Обчисли масові частки Нітрогену в добривах (мал. 19.9) і порівняй їх із зазначеними на пакованні. Висунь припущення щодо можливих причин результатів порівняння. Визнач, у яких двох зображених пакованиях маса Нітрогену приблизно однакова. Добери до назви (1-4) добрива (мал. 19.9) стовпчик (А-Е) діаграми (мал. 19.10).
Мал. 19.10. Зазначені на пакованні масові частки (%) Нітрогену в добривах
6. Долучися до дискусій та обґрунтуй свою думку.
Григір. З інфографіки на малюнку 19.7 (с. 179) випливає, що масова частка Оксигену в організмі людини найбільша порівняно з іншими хімічними елементами. Це тому, що організм людини чи не на 2/3 — вода.
Катерина. Це тому, що атомів Оксигену в організмі людини найбільше порівняно з атомами інших хімічних елементів.
Шерон. Але ж атомів Гідрогену в організмі людини приблизно вдвічі більше ніж Оксигену. Тож масова частка Гідрогену має бути більшою за масову частку Оксигену.
Григір. Сімейний лікар порадив бабусі для зміцнення кісток таблетки кальцій карбонату — 300 мг СаСО3 в одній.
Валентина. А моєму дідусеві лікарка запропонувала капсули з кальцій цитратом — 300 мг Са3(С6Н5О7)2 в одній. Напевно, у кальцій цитраті вміст Кальцію вищий. Адже в його формулі біля символу Кальцію індекс 3, а не 1, як у кальцій карбонаті. Як уважаєш?
Григір. Може так, а може й ні, перш ніж відповідати треба порахувати. Я ж віддаю перевагу не пігулкам, а харчовим продуктам, багатим на Кальцій. А ти знаєш, у яких харчах цього елемента найбільше?
7. Склади алгоритм обчислення масової частки хімічного елемента в складній речовині й добери до нього приклади.
8. Створи лепбук за опрацьованою темою.
Підсумуй
Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.
