Расчёт массы компонента смеси
Чтобы найти массу отдельного компонента смеси, используют его массовую долю и общую массу смеси. Сначала определяют, какая часть всей смеси приходится на компонент, а затем умножают эту долю на массу смеси.
Основная идея расчёта
Массовая доля вещества показывает, какую часть массы смеси составляет выбранный компонент. Она обозначается буквой \(\omega\) и может быть записана десятичной дробью или в процентах. Например, массовая доля соли \(0{,}15\) означает, что соль составляет 15% массы раствора или смеси.
Масса компонента — это масса одного из веществ, входящих в состав смеси. Общая масса смеси равна сумме масс всех её компонентов: \(m_{\text{смеси}}=m_1+m_2+\ldots\).
Если известны массовая доля компонента \(\omega\) и общая масса смеси \(m_{\text{смеси}}\), то масса компонента равна произведению массовой доли на массу смеси.
Если массовая доля дана в процентах, её сначала переводят в десятичную дробь: \(\omega=\frac{w\%}{100\%}\). Например, \(8\%=0{,}08\), а \(37\%=0{,}37\). Нельзя подставлять число 8 вместо \(0{,}08\): это увеличит ответ в 100 раз.
Как составить расчёт
В задачах этого типа удобно придерживаться одного алгоритма. Он подходит для растворов, сплавов, руд, газовых и твёрдых смесей, если в условии используется именно массовая доля.
- Выписать общую массу смеси и массовую долю нужного компонента.
- Проверить единицы измерения массы. Если массы компонентов требуется сравнить, привести их к одним единицам.
- Перевести процентную долю в десятичную дробь.
- Подставить данные в формулу \(m_{\text{компонента}}=\omega m_{\text{смеси}}\).
- Записать единицу измерения и проверить, что масса компонента не превышает массу смеси.
Например, если масса смеси дана в килограммах, ответ по формуле получится в килограммах. Переводить килограммы в граммы нужно только в конце, если это требуется в ответе.
Массовая доля меньше 1, поэтому масса компонента должна быть меньше общей массы смеси. При доле 25% компонент имеет массу, равную четверти массы смеси; при доле 50% — половине.
Разобранный пример
Из 250 г сплава массовая доля меди составляет 64%. Найдите массу меди в сплаве.
Искомая величина — масса меди. Обозначим её \(m(\mathrm{Cu})\). Из условия известны общая масса сплава и массовая доля меди.
Ответ: масса меди равна \(160\) г. Проверка: \(160\text{ г}<250\text{ г}\), а оставшаяся часть сплава имеет массу \(250-160=90\) г.
Если смесь состоит только из двух компонентов, второй компонент можно найти вычитанием. Его массовая доля также находится через дополнение до единицы:
В растворе массой 400 г массовая доля вещества равна 12%. Какова масса вещества?
Состав смеси и неизвестная масса
Иногда в условии дана масса одного компонента и требуется найти массу всей смеси. Тогда используют преобразованную формулу. Она получается из основной формулы делением обеих частей на массовую долю.
Если нужно найти массовую долю по известным массам, применяют обратную зависимость:
Например, в 300 г смеси содержится 75 г вещества. Тогда \(\omega=75/300=0{,}25\), то есть массовая доля равна 25%. Эти три формулы описывают одну и ту же связь между массой компонента, массой смеси и массовой долей.
Из равенства \(\omega=\frac{m_{\text{компонента}}}{m_{\text{смеси}}}\) получают три варианта расчёта: \(m_{\text{компонента}}=\omega m_{\text{смеси}}\), \(m_{\text{смеси}}=\frac{m_{\text{компонента}}}{\omega}\) и \(\omega=\frac{m_{\text{компонента}}}{m_{\text{смеси}}}\).
Связь с массой смеси и другими расчётами
Общая масса смеси определяется по правилу аддитивности массы: массы компонентов складываются. Поэтому в задаче с несколькими веществами можно найти неизвестную массу как разность общей массы и суммы известных масс.
Для объёмов такое рассуждение применяют только после проверки условия. Объём смеси не всегда равен сумме объёмов компонентов: при смешивании возможно изменение объёма. Поэтому аддитивность объёма и изменение объёма при смешивании рассматривают отдельно.
В задачах о сплавах могут встречаться плотность, объём и масса. Если сначала нужно найти массу по объёму и плотности, используют связь \(m=\rho V\), а затем переходят к массовой доле. Не следует путать массовую долю с объёмной долей: это разные характеристики состава.
1. Подстановка процентов без деления на 100: \(20\%\) — это \(0{,}20\), а не 20. 2. Использование массы одного компонента вместо массы всей смеси. 3. Путаница массовой и объёмной доли. 4. Потеря единиц измерения в ответе. 5. Получение массы компонента больше массы смеси — это признак ошибки в вычислениях или переводе процентов.
Разбор сложного варианта с двумя компонентами
Рассмотрим ситуацию, когда массовая доля одного компонента известна, а затем требуется определить массу второго. Пусть масса смеси равна 1,2 кг, массовая доля железа — 35%. Тогда масса железа равна \(0{,}35\cdot1{,}2=0{,}42\) кг. Если смесь состоит только из железа и примеси, масса примеси равна \(1{,}2-0{,}42=0{,}78\) кг.
- Проверено: \(0{,}35+0{,}65=1\).
- Проверено: \(0{,}42+0{,}78=1{,}20\) кг.
- Масса каждого компонента меньше общей массы.
Если компонентов больше двух, для каждого компонента применяют формулу отдельно, а затем проверяют сумму найденных масс. При полном составе смеси сумма массовых долей должна быть равна 1 или 100%.
Порядок оформления ответа
В экзаменационной записи достаточно указать формулу, перевод процентов, подстановку и ответ. Например: \(\omega=18\%=0{,}18\); \(m=0{,}18\cdot500=90\) г. Ответ: 90 г. Если задача требует развернутого решения, обозначьте искомую массу и подпишите используемые величины.
Масса компонента — это массовая доля, умноженная на массу смеси. Проценты перед подстановкой обязательно делят на 100.
Проверь себя
Главное
- Массовая доля показывает отношение массы компонента к общей массе смеси.
- Основная формула: \(m_{\text{компонента}}=\omega m_{\text{смеси}}\).
- Процентную долю переводят в десятичную дробь делением на 100.
- Для обратных расчётов используют \(m_{\text{смеси}}=m_{\text{компонента}}/\omega\) и \(\omega=m_{\text{компонента}}/m_{\text{смеси}}\).
- В двухкомпонентной смеси доля второго компонента равна \(1-\omega_1\), а его масса находится вычитанием из общей массы.