Все формулы РФ

Химия / Базовые химические расчеты

Массовая доля элемента в веществе

Массовая доля элемента показывает, какая часть массы вещества приходится на данный элемент. Ее находят как отношение суммарной относительной массы атомов элемента к Mr всего вещества.

Опубликовано: Обновлено:

Школьная программаОГЭЕГЭБазовые химические расчетыМоль, молярная массаКалькуляторЕсть историческая справка

Формула

$$\omega(E) = \frac{n_E A_r(E)}{M_r(\text{вещества})}$$
Схема Часть массы элемента внутри вещества

Числитель показывает вклад выбранного элемента, знаменатель - сумму вкладов всех элементов в формуле вещества.

Массовая доля элемента всегда считается относительно всей формульной массы вещества.

Обозначения

$\omega(E)$
массовая доля элемента E, доля единицы или %
$n_E$
число атомов элемента E в формуле
$A_r(E)$
относительная атомная масса элемента E, безразмерная величина
$M_r$
относительная молекулярная или формульная масса вещества, безразмерная величина

Условия применения

  • Известна химическая формула вещества.
  • Mr вещества рассчитана с учетом всех индексов и скобок.
  • Для процента долю единицы умножают на 100%.

Ограничения

  • Формула относится к чистому веществу с заданной химической формулой.
  • Для смеси или раствора нужно использовать формулы массовой доли компонента, а не элемента в молекуле.
  • Если вещество имеет переменный состав, школьный расчет требует принятой формулы или уточнения состава.

Подробное объяснение

Массовая доля элемента - это часть от целого. Целым выступает относительная молекулярная или формульная масса вещества, а частью - суммарная относительная масса всех атомов выбранного элемента в формуле. Поэтому расчет начинается с правильного чтения формулы.

Если в формуле несколько атомов элемента, их вклад суммируется через множитель n_E. Для H2SO4 доля кислорода считается через 4 * Ar(O), потому что в одной формульной единице четыре атома кислорода. После деления на Mr получается доля единицы; перевод в проценты нужен только для удобства записи.

Эта формула помогает сравнивать вещества по составу. Например, можно определить, в каком соединении массовая доля железа больше, или проверить, подходит ли экспериментально найденная массовая доля к предполагаемой формуле вещества.

Сумма массовых долей всех элементов чистого вещества должна давать 1, или 100%. Это удобная проверка арифметики.

Как пользоваться формулой

  1. Рассчитайте Mr всего вещества.
  2. Найдите суммарный вклад нужного элемента: число атомов умножьте на Ar.
  3. Разделите вклад элемента на Mr вещества.
  4. При необходимости умножьте результат на 100%.
  5. Проверьте, что доля не превышает 1 или 100%.

Историческая справка

Расчеты массовых долей связаны с развитием количественного анализа и закона постоянства состава. Когда химики установили, что чистое соединение имеет постоянное соотношение элементов по массе, стало возможным проверять состав вещества расчетом. Массовая доля элемента превратилась в удобный школьный и лабораторный показатель: она показывает состав не словами, а числом. В современной химии та же идея используется в анализе веществ, контроле качества, расчетах сырья и выводе эмпирических формул по экспериментальным данным. Поэтому массовые доли служат связующим звеном между химической формулой и экспериментальным составом образца. Без этого перехода невозможно уверенно сравнивать соединения по составу.

Историческая линия формулы

У формулы массовой доли элемента нет одного автора. Она следует из закона сохранения массы, понятия химической формулы и относительных атомных масс. Исторически ее корректно связывать с развитием количественного химического анализа и учения о постоянстве состава.

Пример

Найдем массовую долю кислорода в CO2. Сначала считаем Mr: 12 + 2 * 16 = 44. На кислород приходится 2 * 16 = 32 относительные массовые единицы. Тогда omega(O) = 32 / 44 = 0,727. В процентах это 0,727 * 100% примерно 72,7%. Значит, около 72,7% массы углекислого газа приходится на кислород. Проверка смысла: кислорода два атома, и каждый тяжелее атома углерода по относительной атомной массе, поэтому доля кислорода действительно должна быть больше половины. Оставшиеся примерно 27,3% приходятся на углерод.

Частая ошибка

Частая ошибка - взять Ar элемента без учета индекса. В CO2 кислород входит дважды, поэтому в числителе должно быть 2 * 16, а не 16. Еще ошибка - перепутать массовую долю элемента в веществе с массовой долей растворенного вещества в растворе. Также нужно следить за формой ответа: 0,727 и 72,7% выражают одну и ту же долю, но записаны в разных форматах.

Практика

Задачи с решением

Найти массовую долю водорода

Условие. Найдите массовую долю водорода в H2O.

Решение. Mr(H2O) = 2 * 1 + 16 = 18. На водород приходится 2 * 1 = 2. omega(H) = 2 / 18 = 0,111, или 11,1%.

Ответ. 0,111, или 11,1%

Найти массовую долю кальция

Условие. Найдите массовую долю Ca в CaCO3, если Ar(Ca) = 40, Ar(C) = 12, Ar(O) = 16.

Решение. Mr(CaCO3) = 40 + 12 + 3 * 16 = 100. Вклад кальция равен 40. omega(Ca) = 40 / 100 = 0,4 = 40%.

Ответ. 40%

Калькулятор

Посчитать по формуле

Введите значения и нажмите «Рассчитать».

Дополнительные источники

  • Химия 8-9 классов: количество вещества, молярная масса и расчеты по формулам веществ
  • Кодификатор проверяемых требований ОГЭ по химии: расчеты по химическим формулам и уравнениям

Связанные формулы

Химия

Относительная молекулярная масса

$M_r = \sum n_i A_r(i)$

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс всех атомов, входящих в формулу вещества, с учетом индексов.

Химия

Молярная масса вещества

$M = \frac{m}{n}$

Молярная масса показывает массу одного моля вещества. Если известны масса образца и количество вещества, молярную массу находят делением массы на количество вещества.

Химия

Массовая доля вещества в растворе

$\omega = \frac{m_{\text{вещества}}}{m_{\text{раствора}}}$

Массовая доля вещества в растворе показывает, какая часть массы раствора приходится на растворенное вещество. Для процентов долю умножают на 100%.