Что такое мольная доля вещества? Как найти мольную долю?

Массовая доля в химии — что это за параметр

Массовой долей компонента называется отношение его массы к массе смеси.

Читайте также: От чего зависит максимальная скорость автомобиля?

Другими словами, массовая доля части в целом расценивается как ее отношение к сумме масс всех, составляющих эту смесь, компонентов.

Для обозначения данного параметра введен символ $\omega$ (омега). $\omega$ может иметь процентное выражение либо измерятся в долях единицы.

Любая смесь (жидкая, твердая, газообразная) состоит из компонентов, сумма масс которых равна массе смеси. Их количество в единице объема конечного вещества различно. При приготовлении составов используются установленные рецептуры с соотношением компонентов. В смесях природного происхождения состав зависит от условий внешней среды.

Например, атмосферный воздух населенного пункта, имеющего производственный комбинат, будет различным по составу над жилой зоной и в радиусе выбросов в атмосферу производственных газов. Каждый из этих газов составляет в выбросах определенный процент. Зная его, а также общую массу выбросов, можно определить массу каждого компонента воздушной смеси и сравнить ее с аналогичными параметрами воздушных масс над жилой зоной.

На таком же принципе основаны экологические исследования состава вод открытых водоемов, сплавов, концентратов в пищевой промышленности, фармацевтических препаратов и т.д.

Понятие «массовая доля» хоть и является аналогичным понятиям «объемная доля» или «молярность», но отлично тем, что при ее определении используются именно массы компонентов и смеси в целом.

Умение определять массовую долю важно, например, если нужно рассчитать, сколько бензина можно получить из нефти определенной массы или какое количество каждого компонента взять для приготовления синтетических материалов.

От массовых долей компонентов раствора зависит его плотность, что очень важно в химическом производстве. Плотность вещества рассчитывают на основании формулы:

$m$ вещества = $\rho$ вещества $\times V$ вещества

Исходя из этой формулы, если плотность воды 1 г/мл, то 1 мл воды будет иметь массу 1 г.

Атомные проценты

При решении задач по химии часто исходные величины даются в атомных процентах. Например, в смеси кислорода с водородом последний составляет 60 атомных %. Это означает, что из 10 молекул смеси 6 будут соответствовать водороду. Поскольку мольная доля — это отношение количества атомов компонента к их общему числу, то атомные проценты являются синонимом рассматриваемого понятия.

Перевод долей в атомные проценты осуществляется простым их увеличением на два порядка. Например, 0,21 мольная доля кислорода в воздухе соответствует 21 атомному %.

Видео

Закон Дальтона и парциальное давление

Как рассчитать мольную долю газа в смеси? Для этого достаточно знать общее количество частиц и их число для рассматриваемого компонента. Однако можно поступить иначе.

Мольную долю газа в смеси можно найти, зная его парциальное давление. Под последним понимают давление, которое создал бы данный компонент газовой смеси, если имелась бы возможность убрать все остальные составляющие. Если обозначить парциальное давление i-го компонента как P_i, а давление всей смеси как P, тогда формула мольной доли для этого компонента примет вид:

x_i = P_i / P.

Поскольку сумма всех x_i равна единице, то можно записать следующее выражение:

∑_i(P_i / P) = 1, следовательно, ∑_i(P_i) = P.

Последнее равенство называется законом Дальтона, который так назван в честь британского ученого начала XIX века Джона Дальтона.

Закон парциального давления или закон Дальтона является прямым следствием из уравнения состояния для идеальных газов. Если атомы или молекулы в газе начинают взаимодействовать друг с другом (это происходит при высоких температурах и большом давлении), тогда закон Дальтона оказывается несправедлив. В последнем случае для расчета мольных долей компонентов необходимо пользоваться формулой через количество вещества, а не через парциальное давление.

Молярная концентрация

Молярная концентрация – количество вещества (в молях) в объеме раствора. Количество растворенного вещества (в молях) выражается как масса вещества (в граммах), деленная на молярную массу (г/моль).

$\eta =\frac{m_x}{M}$η=Mmx​​

Молярная концентрация выражается в формуле:

$C_x=\frac{\eta }{V}=\eta =\frac{m_x}{M}\times V$Cx​=Vη​=η=Mmx​​×V

Пример

Определите молярную концентрацию калия иодида. В 120мл воды содержится 15г KI.

Решение: Выражаем молярную концентрацию (моль/л) KI по формуле ($M_(KI)=$166г/моль):

$C_{KI}=\frac{m_{KI}}{M_{KI}}\times V$CKI​=MKI​mKI​​×V$=\frac{15}{166}\times ,12=,01$=16615​×,12=,1моль/л

Т.к. молярная концентрация выражается в моль/л миллилитры переводим в литры.

Ответ: 3,61 моль/л.

Пример

Какая масса лития хлорида содержится в 200мл 3М раствора?

Решение: Находим количество растворенного лития хлорида (моль):

$\eta =C_{LiCl}\times V=3\times ,2=,6$η=CLiCl​×V=3×,2=,6г

Выражаем массу $M_{(}LiCl)=$M(​LiCl)= 42,3г/моль):

$m_{LiCl}={\eta }_{LiCl}\times M_{LiCl}=,6\times 42.3=25,4$mLiCl​=ηLiCl​×MLiCl​=,6×42.3=25,4г

Ответ: 25,4г.

Молярная концентрация эквивалента

Молярная концентрация эквивалента (нормальность) – число моль эквивалентов в объеме раствора.

$C_{1/z}=\frac{m_x}{M_{1/z}\times V}$C1/z​=M1/z​×Vmx​​моль*экв/литр

Фактор эквивалентности $f_{1/z}$f1/z​ – показывает часть реальной частицы, составляющую эквивалент. Молярная масса эквивалента $M_{1/z}$M1/z​ – произведение молярной массы и фактора эквивалентности:

$M_{1/z}=M\times f_{1/z}$M1/z​=M×f1/z​г/моль

Пример

Определите молярную концентрацию эквивалента 4.6г серной кислоты, нейтрализованной раствором гидроксида натрия. В результате реакции общий объём составил 100мл.

Решение: $M_{H_{2}S{O}_4}=98$MH2​SO4​​=98г/моль, $f_{1/z=1/2}$f1/z=1/2​.

Находим молярную массу эквивалента для серной кислоты:

$M_{1/z{H}_{2}S{O}_4}=M_{H_{2}S{O}_4}\times f_{1/z}$M1/zH2​SO4​​=MH2​SO4​​×f1/z​ = 98\times 1/2=49$г/моль

Находим нормальность:

$C_{1/z{H}_{2}S{O}_4}=\frac{m_{H_{2}S{O}_4}}{M_{1/z{H}_{2}S{O}_4}\times V}=\frac{4,6}{49\times ,1}=,94$C1/zH2​SO4​​=M1/zH2​SO4​​×VmH2​SO4​​​=49×,14,6​=,94моль*экв/л

Ответ: 0,94моль*экв/л.

Формула молярной концентрации, единица измерения

Если в 1 литре раствора содержится известное количество молей одного из компонентов, то всегда можно рассчитать молярность такого раствора. Молярность, или молярная концентрация, измеряется в $моль/д{м}^3$ или$моль/л$. Также единицы измерения иногда обозначаются как $М$.

К примеру, для раствора серной кислоты, содержащего в одном литре $2моль{Н}_{2}S{O}_4$, молярная концентрация может быть обозначена как $2М{Н}_{2}S{O}_4.$

В формуле $СМ$ обозначена молярная концентрация вещества или молярность,$n$— количество вещества,$V$ — объем всего раствора. Получаемая в результате расчетов величина измеряется в $моль/л$.

Можно выразить молярную концентрацию через массу и объем. Зная, что$n=m/M$, получаем нужную формулу:

$С=m/V*M$

Теги