Задание 28: Расчет массы, или объёма, или массовой, или объёмной доли вещества

Типичные формулировки:

• «Из X кг/г исходного вещества (с примесями) получили Y кг/г продукта. Вычислите массовую долю примесей в исходном веществе»;
• «При сгорании (разложении, взаимодействии) X л вещества выделилось Y л газа. Вычислите объёмную долю примесей / объёмную долю компонента в смеси»;
• «Вычислите практический выход продукта реакции (%), если теоретически должно получиться столько-то, а получили столько-то».

…

• Количество вещества: $n = \dfrac{m}{M}$, где $m$ — масса (г, кг), $M$ — молярная масса (г/моль).
• Количество вещества газа через объём: $n = \dfrac{V}{V_m}$, где $V_m = 22{,}4$ л/моль при н.у. (для расчётов доли смеси газов конкретное значение $V_m$ не важно — оно сокращается).
• Молярная масса: сумма атомных масс по формуле вещества (например, $M(\text{CaCO}_3) = 40+12+48=100$ г/моль).
• Массовая доля примеси в веществе: $\omega_{прим} = \dfrac{m_{прим}}{m_{общ}} \cdot 100\%$, где $m_{прим} = m_{общ} - m_{вещ.чист}$.
• Массовая доля вещества (чистоты): $\omega_{вещ} = \dfrac{m_{вещ.чист}}{m_{общ}} \cdot 100\%$, причём $\omega_{прим} = 100\% - \omega_{вещ}$.
• Объёмная доля компонента газовой смеси: $\varphi_i = \dfrac{V_i}{V_{общ}} \cdot 100\%$. Для газов при одинаковых условиях (P, T) объёмная доля численно равна мольной доле, поэтому её можно считать прямо через количества вещества (моли), минуя перевод в литры.
• Выход продукта реакции: $\eta = \dfrac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$ (аналогично для объёма или количества вещества). Теоретическое значение — то, что должно получиться по уравнению реакции при 100%-ном превращении исходного вещества.
• Практическая масса/количество продукта через выход: $m_{практ} = m_{теор} \cdot \eta$ (доля от 0 до 1) — используется, когда нужно найти, сколько получится продукта при известном выходе.
• Закон сохранения массы: сумма масс продуктов равна сумме масс прореагировавших веществ (полезен для проверки и для смесей газов). …

1. Внимательно прочитать условие: определить, что дано (масса/объём исходного вещества или продукта, есть ли указание на примеси, на выход, на смесь газов).
2. Составить и уравнять химическое уравнение реакции, указанной в условии.
3. Перевести все данные величины в количество вещества (моль), используя $n=m/M$ или $n=V/V_m$; при работе с газами при одинаковых условиях можно сразу работать в объёмах, не переводя в литры/моль, если сравниваются только объёмные доли.
4. По стехиометрическим коэффициентам уравнения найти количество (или объём/массу) искомого вещества, связанного с известной величиной.
5. В зависимости от подтемы задания:

• для массовой/объёмной доли примеси — вычислить массу (объём) чистого вещества и вычесть её из общей массы (объёма) образца, затем найти долю по формуле $\omega=\dfrac{m_{прим}}{m_{общ}}\cdot100\%$; …