Страница 20 - гдз по химии 8-9 класс задачник с помощником Гара, Габрусева

3.26. Рассчитайте массовую долю оксида кремния(IV), содержащегося в обычном оконном (натриевом) стекле $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$.

Дано:

Формула оконного стекла: $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$

Найти:

Массовую долю оксида кремния(IV) $ \omega(SiO_2) $

Решение:

Массовая доля вещества в смеси (или компонента в соединении) рассчитывается по формуле:

$ \omega(\text{компонента}) = \frac{m(\text{компонента})}{m(\text{общая})} \cdot 100\% $

Для расчета по химической формуле мы можем использовать относительные молекулярные массы $ M_r $ вместо масс. Формула оконного стекла $ Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 $ показывает, что на 1 условную единицу оксида натрия и 1 условную единицу оксида кальция приходится 6 условных единиц оксида кремния(IV).

Массовая доля оксида кремния(IV) будет равна:

$ \omega(SiO_2) = \frac{6 \cdot M_r(SiO_2)}{M_r(Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2)} \cdot 100\% $

1. Найдем относительные молекулярные массы каждого оксида, используя относительные атомные массы элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева (округлим до целых чисел):

$ Ar(Na) = 23 $

$ Ar(Ca) = 40 $

$ Ar(Si) = 28 $

$ Ar(O) = 16 $

$ M_r(Na_2O) = 2 \cdot Ar(Na) + Ar(O) = 2 \cdot 23 + 16 = 46 + 16 = 62 $

$ M_r(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 $

$ M_r(SiO_2) = Ar(Si) + 2 \cdot Ar(O) = 28 + 2 \cdot 16 = 28 + 32 = 60 $

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу всей формульной единицы стекла:

$ M_r(Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2) = M_r(Na_2O) + M_r(CaO) + 6 \cdot M_r(SiO_2) = 62 + 56 + 6 \cdot 60 = 118 + 360 = 478 $

3. Рассчитаем массу, приходящуюся на оксид кремния(IV) в этой формульной единице:

$ 6 \cdot M_r(SiO_2) = 6 \cdot 60 = 360 $

4. Теперь можем рассчитать массовую долю оксида кремния(IV):

$ \omega(SiO_2) = \frac{360}{478} \cdot 100\% \approx 0.7531 \cdot 100\% \approx 75.31\% $

Ответ: массовая доля оксида кремния(IV) в данном стекле составляет примерно 75,31%.

3.27. Рассчитайте массовые доли элементов в сульфате бария.

Дано:

Соединение — сульфат бария ($BaSO_4$)

Найти:

Массовые доли элементов: $ω(Ba)$, $ω(S)$, $ω(O)$

Решение:

Массовая доля элемента в веществе ($ω$) вычисляется по общей формуле:

$ω(элемента) = \frac{n \cdot Ar(элемента)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов данного элемента в одной формульной единице вещества, $Ar$ — относительная атомная масса элемента, $Mr$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Химическая формула сульфата бария: $BaSO_4$. В одной формульной единице содержится 1 атом бария (Ba), 1 атом серы (S) и 4 атома кислорода (O).

2. Используя Периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, найдем относительные атомные массы элементов (округляя до целых значений):

• $Ar(Ba) = 137$
• $Ar(S) = 32$
• $Ar(O) = 16$

3. Рассчитаем относительную молекулярную массу сульфата бария $Mr(BaSO_4)$:

$Mr(BaSO_4) = Ar(Ba) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 137 + 32 + 4 \cdot 16 = 137 + 32 + 64 = 233$.

4. Рассчитаем массовые доли каждого элемента в составе сульфата бария:

Массовая доля бария (Ba):

$ω(Ba) = \frac{1 \cdot Ar(Ba)}{Mr(BaSO_4)} \cdot 100\% = \frac{1 \cdot 137}{233} \cdot 100\% \approx 0,58798 \cdot 100\% \approx 58,8\%$

Массовая доля серы (S):

$ω(S) = \frac{1 \cdot Ar(S)}{Mr(BaSO_4)} \cdot 100\% = \frac{1 \cdot 32}{233} \cdot 100\% \approx 0,13734 \cdot 100\% \approx 13,7\%$

Массовая доля кислорода (O):

$ω(O) = \frac{4 \cdot Ar(O)}{Mr(BaSO_4)} \cdot 100\% = \frac{4 \cdot 16}{233} \cdot 100\% = \frac{64}{233} \cdot 100\% \approx 0,27468 \cdot 100\% \approx 27,5\%$

Проверка: сумма массовых долей должна быть равна 100%.

$58,8\% + 13,7\% + 27,5\% = 100,0\%$. Расчеты выполнены верно.

Ответ: массовые доли элементов в сульфате бария составляют: $ω(Ba) \approx 58,8\%$; $ω(S) \approx 13,7\%$; $ω(O) \approx 27,5\%$.

3.28. Сравните массовые доли углерода, содержащегося в молекулах оксида углерода(II) ($CO$) и оксида углерода(IV) ($CO_2$).

Дано:

Оксид углерода(II), химическая формула CO.

Оксид углерода(IV), химическая формула CO₂.

Для расчетов используем относительные атомные массы (а.е.м.) из периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел:

Атомная масса углерода $Ar(C) = 12$

Атомная масса кислорода $Ar(O) = 16$

Найти:

Сравнить массовую долю углерода $ \omega(C) $ в оксиде углерода(II) и в оксиде углерода(IV).

Решение:

Массовая доля элемента в соединении вычисляется как отношение массы всех атомов этого элемента в молекуле к общей массе молекулы. Формула для расчета массовой доли $ \omega(Э) $ элемента Э в веществе:

$ \omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} $

где $ n $ – число атомов элемента в формульной единице, $ Ar(Э) $ – относительная атомная масса элемента, а $ Mr(вещества) $ – относительная молекулярная масса вещества.

1. Вычислим массовую долю углерода в оксиде углерода(II) (CO).

Сначала найдем относительную молекулярную массу CO:

$ Mr(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28 $

Теперь рассчитаем массовую долю углерода в CO. В одной молекуле CO содержится один атом углерода ($ n=1 $).

$ \omega(C)_{\text{в CO}} = \frac{1 \cdot Ar(C)}{Mr(CO)} = \frac{1 \cdot 12}{28} = \frac{12}{28} = \frac{3}{7} \approx 0.4286 $

В процентах это составляет $ 0.4286 \cdot 100\% \approx 42.9\% $.

2. Вычислим массовую долю углерода в оксиде углерода(IV) (CO₂).

Найдем относительную молекулярную массу CO₂:

$ Mr(CO_2) = Ar(C) + 2 \cdot Ar(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 12 + 32 = 44 $

Рассчитаем массовую долю углерода в CO₂. В одной молекуле CO₂ также содержится один атом углерода ($ n=1 $).

$ \omega(C)_{\text{в CO}_2} = \frac{1 \cdot Ar(C)}{Mr(CO_2)} = \frac{1 \cdot 12}{44} = \frac{12}{44} = \frac{3}{11} \approx 0.2727 $

В процентах это составляет $ 0.2727 \cdot 100\% \approx 27.3\% $.

3. Сравним полученные результаты.

Сравнивая вычисленные массовые доли углерода в двух оксидах:

$ 42.9\% > 27.3\% $

Таким образом, массовая доля углерода выше в оксиде углерода(II).

Ответ: Массовая доля углерода в оксиде углерода(II) (CO, $ \approx 42.9\% $) больше, чем массовая доля углерода в оксиде углерода(IV) (CO₂, $ \approx 27.3\% $).

3.29. Сравните массовые доли водорода, содержащегося в молекулах метана, этилена и ацетилена.

Дано:

Вещества: метан ($CH_4$), этилен ($C_2H_4$), ацетилен ($C_2H_2$).
Относительные атомные массы (а.е.м.):
$Ar(C) = 12$
$Ar(H) = 1$
Данные значения являются стандартными и для расчета массовых долей не требуют перевода в систему СИ.

Найти:

Сравнить массовые доли водорода $ω(H)$ в молекулах метана, этилена и ацетилена.

Решение:

Массовая доля элемента в веществе вычисляется по формуле: $ω(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$, где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

Метан ($CH_4$)

1. Найдем относительную молекулярную массу метана:
$Mr(CH_4) = Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) = 12 + 4 \cdot 1 = 16$

2. Рассчитаем массовую долю водорода в метане:
$ω(H) = \frac{4 \cdot Ar(H)}{Mr(CH_4)} \cdot 100\% = \frac{4 \cdot 1}{16} \cdot 100\% = 0.25 \cdot 100\% = 25\%$

Ответ: массовая доля водорода в метане составляет $25\%$.

Этилен ($C_2H_4$)

1. Найдем относительную молекулярную массу этилена:
$Mr(C_2H_4) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 24 + 4 = 28$

2. Рассчитаем массовую долю водорода в этилене:
$ω(H) = \frac{4 \cdot Ar(H)}{Mr(C_2H_4)} \cdot 100\% = \frac{4 \cdot 1}{28} \cdot 100\% \approx 0.143 \cdot 100\% = 14.3\%$

Ответ: массовая доля водорода в этилене составляет примерно $14.3\%$.

Ацетилен ($C_2H_2$)

1. Найдем относительную молекулярную массу ацетилена:
$Mr(C_2H_2) = 2 \cdot Ar(C) + 2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 2 \cdot 1 = 24 + 2 = 26$

2. Рассчитаем массовую долю водорода в ацетилене:
$ω(H) = \frac{2 \cdot Ar(H)}{Mr(C_2H_2)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 1}{26} \cdot 100\% \approx 0.077 \cdot 100\% = 7.7\%$

Ответ: массовая доля водорода в ацетилене составляет примерно $7.7\%$.

Сравнив полученные значения ($25\%$, $14.3\%$, $7.7\%$), мы можем сделать вывод о соотношении массовых долей водорода в данных углеводородах.

Ответ: Массовая доля водорода убывает в ряду: метан > этилен > ацетилен. $ω(H)_{CH_4} > ω(H)_{C_2H_4} > ω(H)_{C_2H_2}$ ($25\% > 14.3\% > 7.7\%$).

3.30. Сравните массовые доли кислорода, содержащегося в одинаковых количествах воды и водяного пара.

Дано:

Вода (в жидком состоянии) и водяной пар (в газообразном состоянии), взятые в одинаковых количествах вещества (моль).

Найти:

Сравнить массовые доли кислорода ($w(O)$) в воде и водяном паре.

Решение:

Вода и водяной пар являются разными агрегатными состояниями одного и того же химического вещества. Химическая формула этого вещества — $H_2O$.

Массовая доля элемента в веществе — это характеристика состава вещества, которая не зависит от его агрегатного состояния (жидкое, твердое или газообразное) или от количества взятого вещества. Она определяется только химической формулой.

Массовую долю элемента ($Э$) в веществе рассчитывают по формуле:

$w(Э) = \frac{n \cdot A_r(Э)}{M_r(\text{вещества})} \cdot 100\%$

где $n$ — количество атомов данного элемента в одной формульной единице вещества, $A_r(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $M_r(\text{вещества})$ — относительная молекулярная (или формульная) масса вещества.

Поскольку химическая формула для воды и водяного пара одинакова ($H_2O$), массовая доля кислорода в них будет абсолютно одинаковой. Проведем расчет, чтобы это показать.

1. Вычислим относительную молекулярную массу воды ($H_2O$). Для этого используем относительные атомные массы водорода и кислорода из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, округленные до целых чисел:

$A_r(H) = 1$

$A_r(O) = 16$

$M_r(H_2O) = 2 \cdot A_r(H) + 1 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$.

2. Рассчитаем массовую долю кислорода ($O$) в воде. В одной молекуле $H_2O$ содержится один атом кислорода ($n=1$).

$w(O) = \frac{1 \cdot A_r(O)}{M_r(H_2O)} = \frac{1 \cdot 16}{18} = \frac{16}{18} = \frac{8}{9} \approx 0,889$.

В процентах это составляет: $0,889 \cdot 100\% = 88,9\%$.

Этот расчет справедлив как для жидкой воды, так и для водяного пара, поскольку он основан исключительно на химической формуле $H_2O$.

Ответ: Массовые доли кислорода в воде и водяном паре равны, так как это одно и то же вещество ($H_2O$) с одинаковым элементным составом, находящееся в разных агрегатных состояниях. Массовая доля кислорода в обоих случаях составляет приблизительно $88,9\%$.

3.31. Сравните массовые доли калия, содержащегося в одинаковых количествах нитрата калия и хлорида калия.

Дано:

Соединения: нитрат калия ($KNO_3$) и хлорид калия ($KCl$).

Условие: количества веществ соединений равны, т.е. $n(KNO_3) = n(KCl)$.

Найти:

Сравнить массовую долю калия в нитрате калия $\omega(K \text{ в } KNO_3)$ и в хлориде калия $\omega(K \text{ в } KCl)$.

Решение:

Массовая доля элемента в сложном веществе — это отношение массы этого элемента в одной формульной единице к массе всей формульной единицы. Она рассчитывается по формуле:

$\omega(\text{элемента}) = \frac{N \cdot Ar(\text{элемента})}{Mr(\text{соединения})}$

где $N$ — число атомов данного элемента в молекуле (формульной единице), $Ar$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr$ — относительная молекулярная (формульная) масса соединения.

Массовая доля является характеристикой самого вещества и не зависит от его количества. Условие об одинаковых количествах веществ (молях) дано для корректности постановки задачи, но на сам расчет оно не влияет, так как мы сравниваем внутренние свойства соединений.

Для расчетов воспользуемся значениями относительных атомных масс из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (округленными до целых, кроме хлора):

$Ar(K) = 39$

$Ar(N) = 14$

$Ar(O) = 16$

$Ar(Cl) = 35.5$

Расчет массовой доли калия в нитрате калия ($KNO_3$)

1. Вычислим относительную молекулярную массу нитрата калия:

$Mr(KNO_3) = Ar(K) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 39 + 14 + 3 \cdot 16 = 39 + 14 + 48 = 101$

2. Рассчитаем массовую долю калия. В одной формульной единице $KNO_3$ содержится один атом калия ($N=1$):

$\omega(K \text{ в } KNO_3) = \frac{1 \cdot Ar(K)}{Mr(KNO_3)} = \frac{39}{101} \approx 0.386$ (или $38.6\%$).

Расчет массовой доли калия в хлориде калия ($KCl$)

1. Вычислим относительную молекулярную массу хлорида калия:

$Mr(KCl) = Ar(K) + Ar(Cl) = 39 + 35.5 = 74.5$

2. Рассчитаем массовую долю калия. В одной формульной единице $KCl$ содержится один атом калия ($N=1$):

$\omega(K \text{ в } KCl) = \frac{1 \cdot Ar(K)}{Mr(KCl)} = \frac{39}{74.5} \approx 0.523$ (или $52.3\%$).

Сравнение массовых долей

Сравниваем полученные значения:

$0.523 > 0.386$

Таким образом, $\omega(K \text{ в } KCl) > \omega(K \text{ в } KNO_3)$.

Ответ: массовая доля калия в хлориде калия (приблизительно $52.3\%$) больше, чем в нитрате калия (приблизительно $38.6\%$).

3.32. Сравните массовые доли серы, содержащейся в молекулах оксида серы(IV), оксида серы(VI) и сероводорода.

Дано:

Соединения: оксид серы(IV), оксид серы(VI), сероводород.

Относительные атомные массы (округленные): $Ar(S) = 32$; $Ar(O) = 16$; $Ar(H) = 1$.

Найти:

Сравнить массовые доли серы $ω(S)$ в данных соединениях.

Решение:

Для решения задачи необходимо определить химические формулы соединений, рассчитать их относительные молекулярные массы ($Mr$) и затем найти массовую долю ($ω$) серы в каждом соединении.

Массовая доля элемента в веществе вычисляется по формуле:

$ω(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(\text{вещества})} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — его относительная атомная масса, а $Mr(\text{вещества})$ — относительная молекулярная масса вещества.

Оксид серы(IV)

Химическая формула: $SO_2$.

Относительная молекулярная масса: $Mr(SO_2) = Ar(S) + 2 \cdot Ar(O) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$.

Массовая доля серы: $ω(S) = \frac{Ar(S)}{Mr(SO_2)} = \frac{32}{64} = 0.5$, что составляет $50\%$.

Оксид серы(VI)

Химическая формула: $SO_3$.

Относительная молекулярная масса: $Mr(SO_3) = Ar(S) + 3 \cdot Ar(O) = 32 + 3 \cdot 16 = 80$.

Массовая доля серы: $ω(S) = \frac{Ar(S)}{Mr(SO_3)} = \frac{32}{80} = 0.4$, что составляет $40\%$.

Сероводород

Химическая формула: $H_2S$.

Относительная молекулярная масса: $Mr(H_2S) = 2 \cdot Ar(H) + Ar(S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34$.

Массовая доля серы: $ω(S) = \frac{Ar(S)}{Mr(H_2S)} = \frac{32}{34} \approx 0.9412$, что составляет примерно $94.1\%$.

Сравнивая полученные значения, получаем следующий ряд по убыванию массовой доли серы:

$ω(S \text{ в } H_2S) > ω(S \text{ в } SO_2) > ω(S \text{ в } SO_3)$

поскольку $94.1\% > 50\% > 40\%$.

Ответ: Массовая доля серы наибольшая в сероводороде ($ \approx 94.1\% $), меньше в оксиде серы(IV) ($50\%$), и наименьшая в оксиде серы(VI) ($40\%$).

3.33. Сравните массовые доли азота, содержащегося в молекулах оксида азота(III) ($N_2O_3$) и аммиака ($NH_3$).

Дано:

Оксид азота(III) - $N_2O_3$

Аммиак - $NH_3$

Найти:

Сравнить массовые доли азота ($ω(N)$) в $N_2O_3$ и $NH_3$.

Решение:

Массовая доля элемента в химическом соединении вычисляется по формуле:

$ω(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $ω(Э)$ – массовая доля элемента, $n$ – число атомов этого элемента в молекуле, $Ar(Э)$ – относительная атомная масса элемента, а $Mr(вещества)$ – относительная молекулярная масса вещества.

Для расчетов используем относительные атомные массы элементов, округленные до целых чисел (кроме хлора):

$Ar(N) = 14$ а.е.м.

$Ar(O) = 16$ а.е.м.

$Ar(H) = 1$ а.е.м.

1. Расчет массовой доли азота в оксиде азота(III) ($N_2O_3$)

Сначала найдем относительную молекулярную массу оксида азота(III):

$Mr(N_2O_3) = 2 \cdot Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 14 + 3 \cdot 16 = 28 + 48 = 76$ а.е.м.

Теперь вычислим массовую долю азота в $N_2O_3$:

$ω(N \text{ в } N_2O_3) = \frac{2 \cdot Ar(N)}{Mr(N_2O_3)} = \frac{2 \cdot 14}{76} = \frac{28}{76} \approx 0.3684$

В процентах это составляет $0.3684 \cdot 100\% = 36.84\%$.

2. Расчет массовой доли азота в аммиаке ($NH_3$)

Найдем относительную молекулярную массу аммиака:

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

Вычислим массовую долю азота в $NH_3$:

$ω(N \text{ в } NH_3) = \frac{1 \cdot Ar(N)}{Mr(NH_3)} = \frac{1 \cdot 14}{17} = \frac{14}{17} \approx 0.8235$

В процентах это составляет $0.8235 \cdot 100\% = 82.35\%$.

3. Сравнение

Сравним полученные значения массовых долей азота:

$ω(N \text{ в } NH_3) \approx 82.35\%$

$ω(N \text{ в } N_2O_3) \approx 36.84\%$

Так как $82.35\% > 36.84\%$, массовая доля азота в аммиаке больше, чем в оксиде азота(III).

Ответ: Массовая доля азота в аммиаке ($≈82.35\%$) значительно больше, чем в оксиде азота(III) ($≈36.84\%$).

3.34. Какое из двух удобрений: карбамид ($CO(NH_2)_2$) или аммиачная селитра ($NH_4NO_3$) — более эффективно для насыщения почвы азотом? Ответ обоснуйте.

Чтобы определить, какое из удобрений более эффективно для насыщения почвы азотом, необходимо сравнить массовые доли азота в каждом из них. Удобрение, в котором массовая доля азота выше, является более эффективным.

Дано:

Карбамид (мочевина): $CO(NH_2)_2$

Аммиачная селитра (нитрат аммония): $NH_4NO_3$

Найти:

Сравнить массовые доли азота $\omega(N)$ в карбамиде и аммиачной селитре.

Решение:

Массовая доля элемента в соединении вычисляется по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)}$

где $n$ — это число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса всего вещества.

Для расчетов используем округленные значения относительных атомных масс: $Ar(C) = 12$, $Ar(O) = 16$, $Ar(N) = 14$, $Ar(H) = 1$.

1. Расчет для карбамида $CO(NH_2)_2$

Сначала вычислим относительную молекулярную массу карбамида:

$Mr(CO(NH_2)_2) = Ar(C) + Ar(O) + 2 \cdot (Ar(N) + 2 \cdot Ar(H)) = 12 + 16 + 2 \cdot (14 + 2 \cdot 1) = 60$

Молекула карбамида содержит два атома азота. Найдем их общую массу: $2 \cdot Ar(N) = 2 \cdot 14 = 28$.

Теперь рассчитаем массовую долю азота в карбамиде:

$\omega(N)_{\text{карбамид}} = \frac{2 \cdot Ar(N)}{Mr(CO(NH_2)_2)} = \frac{28}{60} \approx 0.4667$ или $46.7\%$

2. Расчет для аммиачной селитры $NH_4NO_3$

Вычислим относительную молекулярную массу аммиачной селитры:

$Mr(NH_4NO_3) = Ar(N) + 4 \cdot Ar(H) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot Ar(N) + 4 \cdot Ar(H) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 14 + 4 \cdot 1 + 3 \cdot 16 = 28 + 4 + 48 = 80$

Молекула аммиачной селитры также содержит два атома азота. Их общая масса: $2 \cdot Ar(N) = 2 \cdot 14 = 28$.

Рассчитаем массовую долю азота в аммиачной селитре:

$\omega(N)_{\text{селитра}} = \frac{2 \cdot Ar(N)}{Mr(NH_4NO_3)} = \frac{28}{80} = 0.35$ или $35\%$

Сравнение результатов

Сравнивая массовые доли азота в двух удобрениях, получаем:

$46.7\% (\text{в карбамиде}) > 35\% (\text{в аммиачной селитре})$

Следовательно, при одинаковой массе внесенного удобрения, карбамид обогатит почву большим количеством азота.

Ответ: Карбамид $(CO(NH_2)_2)$ более эффективен для насыщения почвы азотом, поскольку массовая доля азота в нем ($46.7\%$) выше, чем в аммиачной селитре ($35\%$).

3.35. Какое из двух удобрений: нитрат калия или хлорид калия — более эффективно для насыщения почвы калием? Ответ обоснуйте.

Для того чтобы определить, какое из удобрений — нитрат калия или хлорид калия — более эффективно для насыщения почвы калием, необходимо сравнить массовые доли калия в этих соединениях. Удобрение будет тем эффективнее, чем выше в нём процентное содержание необходимого элемента (в данном случае, калия).

Дано:

Удобрение 1: нитрат калия ($KNO_3$)

Удобрение 2: хлорид калия ($KCl$)

Для расчетов используем относительные атомные массы элементов из периодической системы Д.И. Менделеева, округленные до целых или общепринятых значений:

$Ar(K) = 39$ а.е.м.

$Ar(N) = 14$ а.е.м.

$Ar(O) = 16$ а.е.м.

$Ar(Cl) = 35.5$ а.е.м.

Найти:

Сравнить массовые доли калия ($\omega(K)$) в $KNO_3$ и $KCl$, чтобы определить более эффективное удобрение.

Решение:

Массовая доля элемента в веществе рассчитывается по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Расчет для нитрата калия ($KNO_3$)

Сначала найдем относительную молекулярную массу нитрата калия:

$Mr(KNO_3) = Ar(K) + Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 39 + 14 + 3 \cdot 16 = 39 + 14 + 48 = 101$

Теперь рассчитаем массовую долю калия в нитрате калия:

$\omega(K)_{KNO_3} = \frac{Ar(K)}{Mr(KNO_3)} = \frac{39}{101} \approx 0.386$

В процентах это составляет $0.386 \cdot 100\% = 38.6\%$.

2. Расчет для хлорида калия ($KCl$)

Сначала найдем относительную молекулярную массу хлорида калия:

$Mr(KCl) = Ar(K) + Ar(Cl) = 39 + 35.5 = 74.5$

Теперь рассчитаем массовую долю калия в хлориде калия:

$\omega(K)_{KCl} = \frac{Ar(K)}{Mr(KCl)} = \frac{39}{74.5} \approx 0.523$

В процентах это составляет $0.523 \cdot 100\% = 52.3\%$.

3. Сравнение

Сравним массовые доли калия в обоих удобрениях:

$\omega(K)_{KCl} (52.3\%) > \omega(K)_{KNO_3} (38.6\%)$

Таким образом, в одинаковой массе хлорида калия содержится больше калия, чем в такой же массе нитрата калия.

Ответ: Хлорид калия более эффективен для насыщения почвы калием, так как массовая доля калия в нем составляет примерно $52.3\%$, что значительно выше, чем в нитрате калия ($38.6\%$).

3.36. Сравните массовые доли оксида кремния(IV), содержащегося в водном и обезвоженном каолините $Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O$.

Для сравнения массовых долей оксида кремния(iv) в водном и обезвоженном каолините необходимо рассчитать эти доли для каждого из этих соединений.

Дано:

Формула водного каолинита: $Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O$

Найти:

Сравнить массовую долю $w(SiO_2)$ в водном и обезвоженном каолините.

Решение:

Массовая доля компонента в сложном веществе рассчитывается по формуле:

$w(\text{компонента}) = \frac{n \cdot M_r(\text{компонента})}{M_r(\text{вещества})} \cdot 100\%$

где $n$ — число формульных единиц компонента в молекуле сложного вещества, а $M_r$ — относительная молекулярная масса.

Для расчетов будем использовать относительные атомные массы элементов, округленные до целых чисел:

$A_r(Al) = 27$, $A_r(Si) = 28$, $A_r(O) = 16$, $A_r(H) = 1$.

Рассчитаем относительные молекулярные массы составных частей каолинита:

$M_r(Al_2O_3) = 2 \cdot A_r(Al) + 3 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 102$

$M_r(SiO_2) = A_r(Si) + 2 \cdot A_r(O) = 28 + 2 \cdot 16 = 60$

$M_r(H_2O) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$

Массовая доля оксида кремния(IV) в водном каолините

Формула водного каолинита — $Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O$.

Сначала найдем его относительную молекулярную массу:

$M_r(Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O) = M_r(Al_2O_3) + 2 \cdot M_r(SiO_2) + 2 \cdot M_r(H_2O) = 102 + 2 \cdot 60 + 2 \cdot 18 = 102 + 120 + 36 = 258$.

В одной формульной единице водного каолинита содержится две формульные единицы $SiO_2$. Рассчитаем массовую долю $SiO_2$:

$w(SiO_2)_{\text{водн.}} = \frac{2 \cdot M_r(SiO_2)}{M_r(Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O)} = \frac{2 \cdot 60}{258} = \frac{120}{258} \approx 0.4651$

В процентах это составляет $46.51\%$.

Массовая доля оксида кремния(IV) в обезвоженном каолините

Обезвоженный каолинит — это каолинит, из которого удалена кристаллизационная вода. Его формула: $Al_2O_3 \cdot 2SiO_2$.

Найдем его относительную молекулярную массу:

$M_r(Al_2O_3 \cdot 2SiO_2) = M_r(Al_2O_3) + 2 \cdot M_r(SiO_2) = 102 + 2 \cdot 60 = 102 + 120 = 222$.

Рассчитаем массовую долю $SiO_2$ в обезвоженном каолините:

$w(SiO_2)_{\text{обезвож.}} = \frac{2 \cdot M_r(SiO_2)}{M_r(Al_2O_3 \cdot 2SiO_2)} = \frac{2 \cdot 60}{222} = \frac{120}{222} \approx 0.5405$

В процентах это составляет $54.05\%$.

Сравнение

Сравним полученные значения массовых долей:

$w(SiO_2)_{\text{обезвож.}} \approx 54.05\%$

$w(SiO_2)_{\text{водн.}} \approx 46.51\%$

Поскольку $54.05\% > 46.51\%$, массовая доля оксида кремния(IV) в обезвоженном каолините больше, чем в водном.

Ответ: Массовая доля оксида кремния(IV) больше в обезвоженном каолините ($54.05\%$), чем в водном ($46.51\%$).

3.37. Сравните массовые доли углерода, содержащегося в одинаковых количествах вещества оксида углерода(II) и сухого льда.

Дано:

Оксид углерода(II), химическая формула CO

Сухой лед (твердый оксид углерода(IV)), химическая формула CO₂

Условие: количества веществ равны, то есть $\nu(\text{CO}) = \nu(\text{CO}_2)$

Найти:

Сравнить массовые доли углерода ($\omega(C)$) в оксиде углерода(II) и в сухом льде.

Решение:

Массовая доля элемента в химическом соединении — это безразмерная величина, равная отношению массы этого элемента в некоторой порции соединения к массе всей порции. Она рассчитывается по формуле:

$\omega(\text{элемента}) = \frac{n \cdot Ar(\text{элемента})}{Mr(\text{вещества})}$

где $n$ — число атомов данного элемента в одной формульной единице (молекуле) вещества, $Ar$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr$ — относительная молекулярная масса вещества.

Массовая доля является характеристикой самого вещества и не зависит от его количества. Поэтому условие "в одинаковых количествах вещества" означает, что нам нужно сравнить эту внутреннюю характеристику для CO и CO₂.

Для расчетов будем использовать округленные значения относительных атомных масс:

$Ar(C) = 12$

$Ar(O) = 16$

1. Вычислим относительные молекулярные массы оксида углерода(II) и оксида углерода(IV).

$Mr(\text{CO}) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28$

$Mr(\text{CO}_2) = Ar(C) + 2 \cdot Ar(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 12 + 32 = 44$

2. Рассчитаем массовую долю углерода в каждом из оксидов. В обоих случаях в одной молекуле содержится один атом углерода ($n=1$).

Массовая доля углерода в оксиде углерода(II):

$\omega(C)_{\text{в CO}} = \frac{1 \cdot Ar(C)}{Mr(\text{CO})} = \frac{12}{28} = \frac{3}{7}$

Массовая доля углерода в оксиде углерода(IV) (сухом льде):

$\omega(C)_{\text{в CO}_2} = \frac{1 \cdot Ar(C)}{Mr(\text{CO}_2)} = \frac{12}{44} = \frac{3}{11}$

3. Сравним полученные значения.

Необходимо сравнить две дроби: $\frac{3}{7}$ и $\frac{3}{11}$.

Так как числители дробей одинаковы, то большей будет та дробь, у которой знаменатель меньше.

Поскольку $7 < 11$, то $\frac{3}{7} > \frac{3}{11}$.

Следовательно, массовая доля углерода в оксиде углерода(II) больше, чем в оксиде углерода(IV).

Переведем значения в проценты для наглядности:

$\omega(C)_{\text{в CO}} = \frac{3}{7} \cdot 100\% \approx 42,86\%$

$\omega(C)_{\text{в CO}_2} = \frac{3}{11} \cdot 100\% \approx 27,27\%$

Ответ:

Массовая доля углерода в оксиде углерода(II) (CO) больше, чем в сухом льде (CO₂). $\omega(C)_{\text{в CO}} \approx 42,9\% > \omega(C)_{\text{в CO}_2} \approx 27,3\%$.

3.38. Сравните массовые доли серы в серной, сернистой и сероводородной кислотах.

Дано:

Серная кислота ($H_2SO_4$)

Сернистая кислота ($H_2SO_3$)

Сероводородная кислота ($H_2S$)

Найти:

Сравнить массовые доли серы ($\omega(S)$) в данных кислотах.

Решение:

Для решения задачи необходимо рассчитать массовую долю серы в каждом из указанных соединений, а затем сравнить полученные результаты.

Массовая доля элемента в веществе рассчитывается по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot A_r(Э)}{M_r(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $A_r(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $M_r(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

Примем относительные атомные массы элементов (округленные до целых): $A_r(H) = 1$, $A_r(S) = 32$, $A_r(O) = 16$.

Расчет для серной кислоты ($H_2SO_4$)

Относительная молекулярная масса серной кислоты:

$M_r(H_2SO_4) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$.

Массовая доля серы в серной кислоте:

$\omega(S \text{ в } H_2SO_4) = \frac{A_r(S)}{M_r(H_2SO_4)} \cdot 100\% = \frac{32}{98} \cdot 100\% \approx 32,65\%$.

Расчет для сернистой кислоты ($H_2SO_3$)

Относительная молекулярная масса сернистой кислоты:

$M_r(H_2SO_3) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 3 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 3 \cdot 16 = 82$.

Массовая доля серы в сернистой кислоте:

$\omega(S \text{ в } H_2SO_3) = \frac{A_r(S)}{M_r(H_2SO_3)} \cdot 100\% = \frac{32}{82} \cdot 100\% \approx 39,02\%$.

Расчет для сероводородной кислоты ($H_2S$)

Относительная молекулярная масса сероводородной кислоты:

$M_r(H_2S) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34$.

Массовая доля серы в сероводородной кислоте:

$\omega(S \text{ в } H_2S) = \frac{A_r(S)}{M_r(H_2S)} \cdot 100\% = \frac{32}{34} \cdot 100\% \approx 94,12\%$.

Сравнение результатов

Сравнивая полученные значения, выстраиваем кислоты в порядке убывания массовой доли серы:

$94,12\% (H_2S) > 39,02\% (H_2SO_3) > 32,65\% (H_2SO_4)$.

Таким образом, $\omega(S \text{ в } H_2S) > \omega(S \text{ в } H_2SO_3) > \omega(S \text{ в } H_2SO_4)$.

Ответ: Массовая доля серы убывает в ряду: сероводородная кислота ($\approx 94,12\%$) > сернистая кислота ($\approx 39,02\%$) > серная кислота ($\approx 32,65\%$).

3.39. Рассчитайте массовые доли элементов в гидрофосфате калия.

Дано:

Гидрофосфат калия

Найти:

$\omega(K)$, $\omega(H)$, $\omega(P)$, $\omega(O)$ — ?

Решение:

1. Сначала определим химическую формулу гидрофосфата калия. Гидрофосфат-ион ($HPO_4^{2-}$) является кислотным остатком ортофосфорной кислоты и имеет заряд 2-. Ион калия ($K^{+}$) имеет заряд 1+. Для образования электронейтральной молекулы требуется два иона калия на один гидрофосфат-ион. Таким образом, химическая формула соединения — $K_2HPO_4$.

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу ($Mr$) гидрофосфата калия. Для этого нам понадобятся относительные атомные массы ($Ar$) элементов из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (округляем до целых значений):
$Ar(K) = 39$
$Ar(H) = 1$
$Ar(P) = 31$
$Ar(O) = 16$

Теперь рассчитаем $Mr$ для $K_2HPO_4$:

$Mr(K_2HPO_4) = 2 \cdot Ar(K) + 1 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(P) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 39 + 1 + 31 + 4 \cdot 16 = 78 + 1 + 31 + 64 = 174$.

3. Массовая доля элемента ($\omega$) в соединении рассчитывается по формуле:

$\omega(\text{элемента}) = \frac{n \cdot Ar(\text{элемента})}{Mr(\text{соединения})} \cdot 100\%$

где $n$ — количество атомов элемента в формуле соединения.

Рассчитаем массовые доли для каждого элемента в $K_2HPO_4$:

Массовая доля калия (K):
$\omega(K) = \frac{2 \cdot 39}{174} \cdot 100\% = \frac{78}{174} \cdot 100\% \approx 44,83\%$

Массовая доля водорода (H):
$\omega(H) = \frac{1 \cdot 1}{174} \cdot 100\% = \frac{1}{174} \cdot 100\% \approx 0,57\%$

Массовая доля фосфора (P):
$\omega(P) = \frac{1 \cdot 31}{174} \cdot 100\% = \frac{31}{174} \cdot 100\% \approx 17,82\%$

Массовая доля кислорода (O):
$\omega(O) = \frac{4 \cdot 16}{174} \cdot 100\% = \frac{64}{174} \cdot 100\% \approx 36,78\%$

Для проверки сложим полученные массовые доли:

$44,83\% + 0,57\% + 17,82\% + 36,78\% = 100,00\%$. Сумма сходится, расчеты верны.

Ответ: массовые доли элементов в гидрофосфате калия составляют: калий $\omega(K) \approx 44,83\%$; водород $\omega(H) \approx 0,57\%$; фосфор $\omega(P) \approx 17,82\%$; кислород $\omega(O) \approx 36,78\%$.

3.40. Рассчитайте массовые доли элементов в гидрокарбонате калия.

Дано:

Гидрокарбонат калия.

Найти:

Массовые доли элементов $ω(K)$, $ω(H)$, $ω(C)$, $ω(O)$ в гидрокарбонате калия.

Решение:

1. Химическая формула гидрокарбоната калия (также известного как бикарбонат калия) — $KHCO_3$. Соединение состоит из атомов калия (K), водорода (H), углерода (C) и кислорода (O).

2. Для расчета массовых долей необходимо сначала определить относительную молекулярную массу ($Mr$) соединения. Для этого используем относительные атомные массы ($Ar$) элементов, округленные до целых чисел:

$Ar(K) = 39$

$Ar(H) = 1$

$Ar(C) = 12$

$Ar(O) = 16$

Относительная молекулярная масса $KHCO_3$ рассчитывается как сумма относительных атомных масс всех атомов в молекуле:

$Mr(KHCO_3) = Ar(K) + Ar(H) + Ar(C) + 3 \cdot Ar(O) = 39 + 1 + 12 + 3 \cdot 16 = 52 + 48 = 100$.

3. Массовая доля ($ω$) элемента в соединении вычисляется по формуле:

$ω(Элемент) = \frac{n \cdot Ar(Элемент)}{Mr(Соединение)} \cdot 100\%$

где $n$ — это количество атомов данного элемента в одной формульной единице вещества.

Теперь рассчитаем массовую долю каждого элемента в $KHCO_3$:

Массовая доля калия (K):

В молекуле один атом калия ($n=1$).

$ω(K) = \frac{1 \cdot 39}{100} \cdot 100\% = 39\%$

Массовая доля водорода (H):

В молекуле один атом водорода ($n=1$).

$ω(H) = \frac{1 \cdot 1}{100} \cdot 100\% = 1\%$

Массовая доля углерода (C):

В молекуле один атом углерода ($n=1$).

$ω(C) = \frac{1 \cdot 12}{100} \cdot 100\% = 12\%$

Массовая доля кислорода (O):

В молекуле три атома кислорода ($n=3$).

$ω(O) = \frac{3 \cdot 16}{100} \cdot 100\% = \frac{48}{100} \cdot 100\% = 48\%$

Для проверки сложим все массовые доли: $39\% + 1\% + 12\% + 48\% = 100\%$. Расчеты верны.

Ответ: массовые доли элементов в гидрокарбонате калия составляют: калий — $39\%$, водород — $1\%$, углерод — $12\%$, кислород — $48\%$.

3.41. Рассчитайте массовые доли элементов в молекуле этилового спирта.

Дано:

Молекула этилового спирта (этанола).

Найти:

$\omega(C)$ — массовую долю углерода

$\omega(H)$ — массовую долю водорода

$\omega(O)$ — массовую долю кислорода

Решение:

1. Химическая формула этилового спирта — $C_2H_5OH$. Для расчета массовых долей удобнее использовать его брутто-формулу: $C_2H_6O$.

2. Используя периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, определим относительные атомные массы ($Ar$) элементов, округленные до целых значений: $Ar(C) = 12$; $Ar(H) = 1$; $Ar(O) = 16$.

3. Рассчитаем относительную молекулярную массу ($M_r$) этилового спирта:

$M_r(C_2H_6O) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(O)$

$M_r(C_2H_6O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 1 \cdot 16 = 24 + 6 + 16 = 46$

4. Массовая доля элемента ($\omega$) в веществе вычисляется по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{M_r(вещества)} \cdot 100\%$

где $n$ — количество атомов элемента в молекуле.

Рассчитаем массовые доли для каждого элемента:

Массовая доля углерода (C):

$\omega(C) = \frac{2 \cdot 12}{46} = \frac{24}{46} \approx 0.5217$

В процентах: $0.5217 \cdot 100\% = 52.17\%$

Массовая доля водорода (H):

$\omega(H) = \frac{6 \cdot 1}{46} = \frac{6}{46} \approx 0.1304$

В процентах: $0.1304 \cdot 100\% = 13.04\%$

Массовая доля кислорода (O):

$\omega(O) = \frac{1 \cdot 16}{46} = \frac{16}{46} \approx 0.3478$

В процентах: $0.3478 \cdot 100\% = 34.78\%$

Для проверки сложим полученные массовые доли: $52.17\% + 13.04\% + 34.78\% = 99.99\% \approx 100\%$, что подтверждает верность расчетов.

Ответ:

Массовая доля углерода $\omega(C) = 52.17\%$.

Массовая доля водорода $\omega(H) = 13.04\%$.

Массовая доля кислорода $\omega(O) = 34.78\%$.

3.42. Рассчитайте массовые доли элементов в молекуле уксусной кислоты.

Дано:

Соединение: уксусная кислота.
Химическая формула: $CH_3COOH$.

Найти:

Массовые доли элементов в уксусной кислоте:
$ω(C)$ — ?
$ω(H)$ — ?
$ω(O)$ — ?

Решение:

1. Для расчета массовых долей сначала определим молекулярную формулу уксусной кислоты, чтобы подсчитать общее число атомов каждого элемента. Складывая атомы из метильной ($CH_3$) и карбоксильной ($COOH$) групп, получаем: $C_2H_4O_2$.

2. Возьмем округленные значения относительных атомных масс ($Ar$) из периодической таблицы Д. И. Менделеева:
$Ar(C) = 12$
$Ar(H) = 1$
$Ar(O) = 16$

3. Рассчитаем относительную молекулярную массу ($Mr$) уксусной кислоты. Она равна сумме относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы.
$Mr(C_2H_4O_2) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O)$
$Mr(C_2H_4O_2) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 24 + 4 + 32 = 60$.

4. Рассчитаем массовую долю ($ω$) каждого элемента по формуле:
$ω(\text{элемента}) = \frac{n \cdot Ar(\text{элемента})}{Mr(\text{вещества})} \cdot 100\%$
где $n$ — число атомов элемента в молекуле.

Массовая доля углерода (C):
$ω(C) = \frac{2 \cdot 12}{60} \cdot 100\% = \frac{24}{60} \cdot 100\% = 0.4 \cdot 100\% = 40\%$.

Массовая доля водорода (H):
$ω(H) = \frac{4 \cdot 1}{60} \cdot 100\% = \frac{4}{60} \cdot 100\% \approx 0.0667 \cdot 100\% = 6.67\%$.

Массовая доля кислорода (O):
$ω(O) = \frac{2 \cdot 16}{60} \cdot 100\% = \frac{32}{60} \cdot 100\% \approx 0.5333 \cdot 100\% = 53.33\%$.

Проверка: сумма массовых долей должна быть равна 100%.
$40\% + 6.67\% + 53.33\% = 100\%$. Расчеты верны.

Ответ: массовые доли элементов в молекуле уксусной кислоты составляют: углерод — 40%; водород — 6.67%; кислород — 53.33%.

3.43. Рассчитайте массовые доли элементов в молекуле муравьиной кислоты.

Дано:

Молекула муравьиной кислоты - $HCOOH$.

Найти:

Массовые доли углерода ($\omega(C)$), водорода ($\omega(H)$) и кислорода ($\omega(O)$) в муравьиной кислоте.

Решение:

1. Определим химическую формулу муравьиной кислоты и ее относительную молекулярную массу ($Mr$).
Химическая формула муравьиной кислоты: $HCOOH$.
Для расчета нам понадобятся относительные атомные массы ($Ar$) элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел:
$Ar(H) = 1$
$Ar(C) = 12$
$Ar(O) = 16$
Молекула $HCOOH$ состоит из одного атома углерода (C), двух атомов водорода (H) и двух атомов кислорода (O).
Рассчитаем относительную молекулярную массу муравьиной кислоты:
$Mr(HCOOH) = 1 \cdot Ar(C) + 2 \cdot Ar(H) + 2 \cdot Ar(O) = 1 \cdot 12 + 2 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 12 + 2 + 32 = 46$.

2. Рассчитаем массовые доли каждого элемента.
Массовая доля элемента ($\omega$) в веществе рассчитывается по формуле:
$\omega(\text{элемента}) = \frac{n \cdot Ar(\text{элемента})}{Mr(\text{вещества})} \cdot 100\%$
где $n$ — число атомов элемента в молекуле.

Массовая доля углерода ($\omega(C)$):
$\omega(C) = \frac{1 \cdot Ar(C)}{Mr(HCOOH)} \cdot 100\% = \frac{1 \cdot 12}{46} \cdot 100\% \approx 26.09\%$

Массовая доля водорода ($\omega(H)$):
$\omega(H) = \frac{2 \cdot Ar(H)}{Mr(HCOOH)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 1}{46} \cdot 100\% \approx 4.35\%$

Массовая доля кислорода ($\omega(O)$):
$\omega(O) = \frac{2 \cdot Ar(O)}{Mr(HCOOH)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 16}{46} \cdot 100\% = \frac{32}{46} \cdot 100\% \approx 69.56\%$

3. Проверим, равна ли сумма массовых долей 100%.
$26.09\% + 4.35\% + 69.56\% = 100\%$
Расчеты верны.

Ответ:массовая доля углерода ($\omega(C)$) составляет примерно $26.09\%$, массовая доля водорода ($\omega(H)$) - $4.35\%$, массовая доля кислорода ($\omega(O)$) - $69.56\%$.

3.44. Рассчитайте массовую долю серы в соединении цинка с серой, если 4 г этого соединения содержит 1,32 г серы. Выведите формулу данного вещества.

Дано:

$m(соединения) = 4$ г

$m(S) = 1,32$ г

Единицы измерения (граммы) соответствуют стандартным для химических расчетов, перевод в систему СИ (кг) не требуется.

Найти:

$ω(S)$ — ?

Формулу вещества — ?

Решение:

1. Расчет массовой доли серы

Массовая доля элемента в соединении ($ω$) — это отношение массы этого элемента к общей массе соединения. Рассчитывается по формуле:

$ω(элемента) = \frac{m(элемента)}{m(соединения)}$

Подставим в формулу известные значения для серы (S):

$ω(S) = \frac{1,32 \text{ г}}{4 \text{ г}} = 0,33$

Массовую долю также можно выразить в процентах, умножив полученное значение на 100%.

$0,33 \cdot 100\% = 33\%$

Ответ: Массовая доля серы в соединении составляет 0,33 или 33%.

2. Вывод формулы вещества

Для определения формулы вещества (предположим, $Zn_xS_y$) необходимо найти соотношение количеств веществ (молей) цинка и серы в соединении.

а) Сначала найдем массу цинка (Zn) в данном образце соединения:

$m(Zn) = m(соединения) - m(S) = 4 \text{ г} - 1,32 \text{ г} = 2,68 \text{ г}$

б) Теперь рассчитаем количество вещества ($n$) для каждого элемента по формуле $n = \frac{m}{M}$, где $m$ — масса элемента, а $M$ — его молярная масса (из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева).

Молярная масса цинка $M(Zn) \approx 65$ г/моль.

Молярная масса серы $M(S) \approx 32$ г/моль.

$n(Zn) = \frac{2,68 \text{ г}}{65 \text{ г/моль}} \approx 0,0412 \text{ моль}$

$n(S) = \frac{1,32 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,0413 \text{ моль}$

в) Найдем мольное соотношение элементов, разделив количество вещества каждого элемента на наименьшее из полученных значений ($0,0412$ моль):

$x : y = n(Zn) : n(S)$

$x : y = \frac{0,0412}{0,0412} : \frac{0,0413}{0,0412}$

$x : y \approx 1 : 1$

Соотношение атомов цинка и серы в молекуле равно 1:1. Таким образом, простейшая формула вещества — $ZnS$.

Ответ: Формула данного вещества — $ZnS$ (сульфид цинка).