Как обозначается плотность вещества в химии. Экспериментальное определение плотности

Как получается, что тела, которые занимают одинаковый объём в пространстве, могут при этом иметь различную массу? Всё дело в их плотности. С этим понятием мы знакомимся уже в 7 классе, в первый год преподавания физики в школе. Оно является основным физическим понятием, способным открыть для человека МКТ (молекулярно-кинетическую теорию) не только в курсе физики, но и в химии. С помощью него человек может характеризовать любое вещество, будь то вода, дерево, свинец или воздух.

Виды плотности

Итак, это скалярная величина, которая равна отношению массы исследуемого вещества к его объёму, то есть, ещё может быть названа удельной массой . Обозначается греческой буквой «ρ» (читается как «ро»), не путать с «p» - этой буквой принято обозначать давление.

Как найти плотность в физике? Используйте формулу плотности: ρ = m/V

Эта величина может измеряться и в г/л, г/м3 и вообще в любых единицах, связанных с массой и объёмом. Какова единица плотности в СИ? ρ = [кг/м3]. Перевод между этими единицами осуществляется через элементарные математические операции. Однако большее применение имеет именно единица измерения по СИ.

Помимо стандартной формулы, используемой лишь для твёрдых веществ, существует и формула для газа в нормальных условиях (н.у.) .

ρ (газа) = M/Vm

M - молярная масса газа [г/моль], Vm - молярный объём газа (при нормальных условиях эта величина равна 22,4 л/моль).

Чтобы более полно определить данное понятие, стоит уточнить, какая именно величина имеется в виду .

• Плотность однородных тел - это именно отношение массы тела к его объёму.
• Также есть понятие «плотность вещества», то есть плотность однородного или равномерно распределённого неоднородного тела, состоящего из этого вещества. Это величина постоянна. Существуют таблицы (которыми вы наверняка пользовали на уроках физики), в которых собраны значения для различных твёрдых, жидких и газообразных веществ. Так, этот показатель для воды равняется 1000 кг/м3. Зная эту величину и, например, объём ванны мы можем определить массу воды, которая в неё поместится, подставив в вышеизложенную форму известные значения.
• Однако не все вещества являются однородными. Для таких создан термин «средняя плотность тела». Чтобы вывести это значение, необходимо узнать ρ каждого компонента данного вещества в отдельности и высчитать среднюю величину.

Пористые и сыпучие тела, помимо прочего, имеют:

• Истинную плотность, которая определяется без учёта пустот в структуре.
• Удельную (кажущуюся) плотность, которую можно рассчитать путём деления массы вещества на весь занимаемый им объём.

Эти две величины связаны между собой коэффициентом пористости - отношения объёма пустот (пор) к общему объёму исследуемого тела.

Плотность веществ может зависеть от ряда факторов, причём некоторые из них одновременно могут повышать эту величину для одних веществ и понижать - для других. Например, при низкой температуре обычно происходит увеличение данной величины, однако, существует ряд веществ, чья плотность в определённом температурном диапазоне ведёт себя аномально. К этим веществам относят чугун, воду и бронзу (сплав меди с оловом).

Например, ρ воды имеет самый большой показатель при температуре 4 °C, а затем относительно этого значения может изменяться как при нагреве, так и при охлаждении.

Также стоит сказать о том, что при переходе вещества из одной среды в другую (твёрдое-жидкое-газообразное), то есть при смене агрегатного состояния ρ тоже меняет своё значение и делает это скачками: нарастает при переходе из газа в жидкость и при кристаллизации жидкости. Однако и здесь существует ряд исключений. К примеру, висмут и кремний имеют маленькое значение при затвердевании. Интересный факт: вода при кристаллизации, то есть при превращении в лёд, также уменьшает свои показатели, и именно поэтому лёд не тонет в воде.

Как легко посчитать плотность различных тел

Нам понадобится следующее оборудование :

• Весы.
• Сантиметр (мерка), если исследуемое тело находится в твёрдом агрегатном состоянии.
• Мерная колба, если исследуемое вещество - жидкость.

Для начала мы измеряем объём исследуемого тела с помощью сантиметра или мерной колбы. В случае с жидкостью мы просто смотрим на имеющуюся шкалу и записываем результат. Для деревянного бруса кубической формы она, соответственно, будет равняться значению стороны, возведённому в третью степень. Измерив объём, ставим исследуемое тело на весы и записываем значение массы. Важно! Если вы исследуете жидкость, не забудьте учесть массу сосуда, в который налито исследуемое тело. Подставляем экспериментально полученные значения в формулу, описанную выше, и рассчитываем нужный показатель.

Нужно сказать, что данный показатель для различных газов без специальных приборов вычислить гораздо труднее, поэтому, если вам понадобятся их значения, лучше воспользуйтесь готовыми значениями из таблицы плотности веществ.

Также для измерения данной величины используются специальные приборы:

• Пикнометр показывает истинную плотность.
• Ареометр предназначен для измерения данного показателя у жидкостей.
• Бурик Качинского и бур Зайдельмана - устройства, с помощью которых исследуют почвы.
• Вибрационный плотномер применяют для измерения данной величины жидкости и различных газов, находящихся под давлением.

Изучение плотности веществ начинается в курсе физики средней школы. Это понятие считается основополагающим в дальнейшем изложении основ молекулярно-кинетической теории в курсах физики и химии. Целью изучения строения вещества, методов исследования можно предположить формирование научных представлений о мире.

Начальные представления о единой картине мира дает физика. 7 класс плотность вещества изучает на основании простейших представлений о методах исследования, практического применения физических понятий и формул.

Методы физического исследования

Как известно, среди методов исследования явлений природы выделяют наблюдение и эксперимент. Проводить наблюдения за природными явлениями учат в начальной школе: проводят простейшие измерения, зачастую ведут «Календарь природы». Эти формы обучения способны привести ребенка к необходимости изучения мира, сопоставления наблюдаемых явлений, выявления причинно-следственных связей.

Однако только полноценно проведенный эксперимент даст в руки юному исследователю инструменты в раскрытии тайн природы. Развитие экспериментальных, исследовательских навыков осуществляется на практических занятиях и в ходе выполнения лабораторных работ.

Проведение эксперимента в курсе физики начинают с определений таких физических величин, как длина, площадь, объем. При этом устанавливается связь между математическими (для ребенка достаточно абстрактными) и физическими знаниями. Обращение к опыту ребенка, рассмотрение давно известных ему фактов с научной точки зрения способствует формированию у него необходимой компетентности. Цель обучения в этом случае - стремление к самостоятельному постижению нового.

Изучение плотности

В соответствии с проблемным методом обучения в начале урока можно задать известную загадку: «Что тяжелее: килограмм пуха или килограмм чугуна?» Разумеется, 11-12-летние ребята с легкостью дают ответ на известный им вопрос. Но обращение к сути вопроса, возможность раскрыть его особенность, приводит к понятию плотности.

Плотность вещества - масса единицы его объема. Таблица обычно приведенная в учебниках или справочных изданиях, позволяет оценить различия между веществами, также агрегатными состояниями вещества. Указание на различие в физических свойствах твердых тел, жидкостей и газов, рассмотренное ранее, пояснение этого различия не только в строении и взаимном расположении частиц, но и в математическом выражении характеристик вещества, переводит изучение физики на иной уровень.

Закрепить знания о физическом смысле изучаемого понятия позволяет таблица плотности веществ. Ребенок, давая ответ на вопрос: «Что означает величина плотности определенного вещества?», понимает, что это масса 1 см 3 (или 1 м 3) вещества.

Вопрос о единицах измерения плотности можно поднять уже на этом этапе. Необходимо рассмотреть способы перевода единиц измерения в различных системах отсчета. Это дает возможность избавиться от статичности мышления, принять иные системы исчислений и в других вопросах.

Определение плотности

Естественно, изучение физики не может быть полным без решения задач. На этом этапе вводятся формулы расчета. в физике 7 класса, наверное, первое физическое соотношение величин для ребят. Ей уделяется особое внимание не только вследствие изучения понятий плотности, но и по факту обучения методам решения задач.

Именно на этом этапе закладывается алгоритм решения физической вычислительной задачи, идеология применения основных формул, определений, закономерностей. Научить анализу задачи, способу поиска неизвестного, особенностям использования единиц измерения учитель пытается на применении такого соотношения, как формула плотности в физике.

Пример решения задач

Пример 1

Определите, из какого вещества изготовлен кубик массой 540 г и объемом 0,2 дм 3 .

ρ -? m = 540 г, V = 0,2 дм 3 = 200 см 3

Анализ

Исходя из вопроса задачи, понимаем, что определить материал, из которого изготовлен кубик, нам поможет таблица плотностей твердых веществ.

Следовательно, определим плотность вещества. В таблицах эта величина дана в г/см 3 , поэтому объем из дм 3 переведен в см 3 .

Решение

По определению: ρ = m: V.

Нам даны: объем, масса. Плотность вещества можно вычислить:

ρ = 540 г: 200 см 3 = 2,7 г/см 3 , что соответствует алюминию.

Ответ : кубик изготовлен из алюминия.

Определение иных величин

Использование формулы расчета плотности позволяет определять и иные физические величины. Масса, объем, линейные размеры тел, связанные с объемом, с легкостью вычисляются в задачах. Знание математических формул определения площади и объема геометрических фигур применяется в задачах, что позволяет пояснить необходимость изучения математики.

Пример 2

Определите толщину слоя меди, которой покрыта деталь площадью поверхности 500 см 2 , если известно, что на покрытие израсходовано 5 г меди.

h - ? S = 500 см 2 , m = 5 г, ρ = 8,92 г/см 3 .

Анализ

Таблица плотности веществ позволяет определить величину плотности меди.

Воспользуемся формулой расчета плотности. В этой формуле есть объем вещества, исходя из которого можно определить линейные размеры.

Решение

По определению: ρ = m: V, но в этой формуле нет искомой величины, поэтому используем:

Подставляя в основную формулу, получим: ρ = m: Sh, откуда:

Вычислим: h = 5 г: (500 см 2 х 8,92 г/см 3) = 0,0011 см = 11 мкм.

Ответ : толщина слоя меди равна 11 мкм.

Экспериментальное определение плотности

Экспериментальный характер физической науки демонстрируется в ходе проведения лабораторных опытов. На этом этапе приобретаются навыки проведения опыта, пояснения его результатов.

Практическое задание по определению плотности вещества включает:

• Определение плотности жидкости. На этом этапе ребята, уже использовавшие ранее мерный цилиндр, с легкостью определяют плотность жидкости с использованием формулы.
• Определение плотности вещества твердого тела правильной формы. Это задание также не вызывает сомнений, поскольку уже рассмотрены аналогичные расчетные задачи и приобретен опыт измерения объемов по линейным размерам тел.
• Определение плотности твердого тела неправильной формы. При выполнении этого задания пользуемся методом определения объема тела неправильной формы при помощи мензурки. Нелишне еще раз напомнить особенности этого метода: способность твердого тела вытеснять жидкость, объем которой равен объему тела. Далее задача разрешается стандартно.

Задания повышенной сложности

Усложнить задание можно, предложив ребятам определить вещество, из которого изготовлено тело. Используемая при этом таблица плотности веществ позволяет обратить внимание на необходимость умения работать со справочной информацией.

При решении экспериментальных задач учащиеся обязаны иметь необходимый объем знаний в области использования и перевода единиц измерения. Зачастую именно это вызывает наибольшее число ошибок и недочетов. Возможно, этому этапу изучения физики стоит выделить больше времени, он позволяет сопоставить знания и опыт исследования.

Объемная плотность

Исследование чистого вещества, разумеется, интересно, но часто ли встречаются чистые вещества? В обыденной жизни мы встречаемся со смесями и сплавами. Как быть в этом случае? Понятие объемной плотности не позволит учащимся сделать типичной ошибки и использовать средние значения плотности веществ.

Пояснить этот вопрос крайне необходимо, дать возможность увидеть, почувствовать разницу между плотностью вещества и объемной плотностью стоит на ранних этапах. Понимание этого различия необходимо в дальнейшем изучении физики.

Крайне интересно это отличие в случае Позволить ребенку исследование объемной плотности в зависимости от уплотнения материала, размера отдельных частиц (гравий, песок и т. д.) можно в ходе начальной исследовательской деятельности.

Относительная плотность веществ

Сравнение свойств различных веществ достаточно интересно на основании Относительная плотность вещества - одна из таких величин.

Обычно относительную плотность вещества определяют по отношению к дистиллированной воде. Как отношение плотности данного вещества к плотности эталона, эта величина определяется с помощью пикнометра. Но в школьном курсе естествознания эта информация не используется, интересна она при глубоком изучении (чаще всего факультативно).

Олимпиадный уровень изучения физики и химии может затронуть и понятие «относительная плотность вещества по водороду». Обыкновенно его применяют к газам. Для определения относительной плотности газа находят отношение молярной массы исследуемого газа к Использование не исключается.

Как известно, масса тела равна его объему, умноженному на плотность. Обычно это утверждение записывается в виде формулы, посредством общепринятых условных обозначений.

Как обозначается объём

И в математике, и в физике объём обозначается буквой V. Произносится это обозначение так же, как и обозначение скорости, т.е. [вэ], но визуально обозначения различны. Скорость обозначается строчной (т.е. маленькой) буквой v, а объём обозначается заглавной (т.е. большой) буквой V.

Как обозначается плотность

Плотность обозначается греческой буквой «ро». Этой буквой обозначается плотность любого вещества (газа, воды или любой другой жидкости, воздуха, металла, льда и прочего). При необходимости, если требуется в рамках одной задачи обозначить плотность нескольких веществ, используются нижние индексы (буквенные, числовые или буквенно-числовые). Поскольку буквенные индексы имеют преимущество — смысловой оттенок, их использование предпочтительнее, чем числовых. Например, плотность льда можно обозначить как р л, а плотность воды - как р в. Такие обозначения, со смысловым оттенком, удобнее, чем р 1 и р 2 . Но, если необходимо обозначить, к примеру, плотность нескольких жидкостей, будут удобны числовые индексы: р 1, р 2 , р 3 , р 4 , р 5 . Если нужно обозначить плотности нескольких жидкостей и нескольких газов, целесообразно использовать буквенно-числовые индексы: р ж1, р ж2 , р ж3 , р ж4 , р ж5 для жидкостей и р г1, р г2 , р г3 , р г4 , р г5 для газов.

Как обозначается масса тела

Масса тела обозначается буквой «m» (читается: [эм]). При необходимости, в обозначении массы используются нижние буквенные, числовые или буквенно-числовые символы. Например, массу шара и массу куба можно обозначить в одной задаче как m ш m к (в данном случае буквенные индексы использовать удобнее, так как они несут смысловую нагрузку). Если же нужно обозначить массы, например, десяти коробок, то удобнее пользоваться числовыми индексами (m 1 , m 2 , m 3 и т.д.)

Как обозначается вес тела

В физике часто приходится обозначать буквой вес тела. Для этого используют буквы G (читается: [жэ]) или Р (читается: [пэ]). Когда речь идёт о собственном весе тела, обычно используют букву G. Когда речь идёт о весе тел, создающих внешнюю нагрузку на рассматриваемое тело, их вес обозначается обычно буквой Р, но может использоваться и G. При необходимости, к этим обозначениям добавляют нижний индекс (числовой, буквенный или буквенно-числовой). Например, рассматривается балка массой m. Её собственный вес G = m*g. На этой балке расположены грузы массой m 1 , m 2 , m 3 , m 4 , m 5 . По отношению к этой балке они создают внешнюю нагрузку, поэтому их вес обычно обозначается не буквой G, а буквой Р (Р 1 , Р 2 , Р 3 , Р 4 , Р 5). Если же речь шла бы не о балке, а непосредственно об этих пяти грузах, для обозначения их веса была бы выбрана буква G (т.е. G 1 , G 2 , G 3 , G 4 , G 5). Бывает, что при обозначении веса удобно использовать не числовые, а буквенные или буквенно-числовые индексы. Например, если в одной задаче нужно обозначить вес шара и вес цилиндра, в качестве индекса лучше использовать не «1» и «2», а несущие смысловой оттенок «ш» и «ц». Если же в одной задаче нужно обозначить, например, вес двух шаров и трех цилиндров, лучше использовать буквенно-числовые нижние индексы: G ш1 , G ш2 , G ц1 , G ц2 , G ц3 .

5.7. Относительная плотность

Относительная плотность d A (Б) показывает, во сколько раз плотность данного вещества (Б) больше плотности эталонного вещества (А)

Как и все относительные величины, относительная плотность – величина безразмерная.

Для твердых и жидких веществ в качестве эталона обычно берется чистая вода (плотность воды – 1 г/мл), и тогда относительная плотность, оставаясь безразмерной, оказывается численно равной обычной плотности.

Для газов за эталон чаще всего берется сухой воздух (при н. у, плотность воздуха – 1,293 кг/м 3 или 0,001293 г/см 3), но может быть взят и любой другой газ. Для идеальных газов относительная плотность равна

и, таким образом, не зависит от давления и температуры. Эти соотношения с достаточно высокой точностью справедливы и для реальных газов при обычных давлениях.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ВЕЩЕСТВА
1.Плотность глицерина 1,26 г/мл, а плотность хлорида натрия 2,16 г/см 3 . Определите относительную плотность а) глицерина по воде, б) хлорида натрия по воде, в) хлорида натрия по глицерину.
2. Определите плотность по азоту а) аммиака, б) метана, в) углекислого газа.
3.Определите относительную плотность хлора по аргону и аргона по хлору. Как связаны между собой эти величины? Запишите уравнение связи в общем виде.
4.Определите молярную массу неизвестного газа, если плотность его по водороду равна 35,5. Как вы думаете, какой это может быть газ?
5.Известно, что в состав неизвестного газа входят кремний и водород. Плотность газа по водороду равна 16. Составьте молекулярную формулу этого газа.

Для количественной характеристики состава вещества, смеси или раствора используются величины, называемые долями компонентов (составных частей) системы или просто долями. Рассчитывают мольные (x ), объемные () и массовые (w ) доли компонентов. Нам с вами придется определять доли элемента в соединении, а также доли вещества в смеси или растворе.

Все доли – величины относительные, а потому безразмерные, и их значения не зависят от размера порции вещества, для которого они определены.

Например, мольная доля водорода в воде

.

Так как доля не зависит от порции, то порцией может быть и одна молекула – H 2 O. Тогда очевидно, что N H = 2, а N O = 1 и x H = 2 / 3 0,667.

Если для приготовления раствора взяли 47 молей воды и 3 моля какой-нибудь соли, то мольная доля соли в полученном растворе

.

Объемная доля вещества Б в смеси или растворе – отношение объема вещества Б к объему смеси или раствора.

Если смешать 2 л водорода, 4 литра азота и 6 литров углекислого газа, то объемная доля азота в этой смеси

Объемная доля компонента смеси имеет смысл только в тех случаях, когда объем смеси равен сумме объемов отдельных компонентов этой смеси, что ограничивает применение этой величины (используется, как правило, только для смесей газов).

Например, массовая доля водорода в воде

Если при приготовлении раствора взяли 25 г воды и 5 г какой-либо соли, то массовая доля соли в полученном растворе

w c = 0,167

Объемная доля элемента в соединении не имеет смысла.

Умножив числитель и знаменатель в развернутом выражении мольной доли на постоянную Авогадро, мы получим " штучную" долю (см. параграф 4.3), то есть для любых веществ D i = x i , но мольная доля используется в тех случаях, когда частиц очень много, и их.удобно пересчитывать не поштучно, а в молях.

Для газов, в соответствии с законом Авогадро, i = x i . Значения мольных или объемных долей газов в смеси используется для расчета средней молекулярной массы или средней молярной массы этой смеси газов.

При расчете этих величин для смеси твердых или жидких веществ можно использовать только мольные доли.

МОЛЬНАЯ ДОЛЯ ЭЛЕМЕНТА В СОЕДИНЕНИИ, МОЛЬНАЯ ДОЛЯ ВЕЩЕСТВА В СМЕСИ,ОБЪЕМНАЯ ДОЛЯ ВЕЩЕСТВА В СМЕСИ, МАССОВАЯ ДОЛЯ ЭЛЕМЕНТА В СОЕДИНЕНИИ, МАССОВАЯ ДОЛЯ ВЕЩЕСТВА В СМЕСИ

1.Определите мольные доли элементов, входящих в состав а) аммиака, б) серной кислоты, в) фосфата кальция.
2.Определите объемную долю кислорода в смеси его с углекислым газом, если смешали 2 л кислорода и 4 л углекислого газа (газы при смешивании находились при одинаковых условиях).
3.В смеси азота и водорода объемная доля водорода составляет 75 %. Определите объем азота, необходимого для приготовления 200 л такой смеси.
4.Определите массовые доли элементов, входящих в состав а) аммиака NH 3 , б) серной кислоты H 2 SO 4 , в) фосфата кальция Ca 3 (PO 4) 2 .
5.В смеси алюминия с йодом массовая доля алюминия равна 20 %. Определите мольные доли алюминия и йода в этой смеси. В каком массовом отношении взяты алюминий и йод? В каком мольном отношении (отношении количеств вещества) взяты эти вещества?
6.Докажите, что для одной и той же системы (например, смеси веществ) .
7.Определите среднюю молекулярную массу смеси монооксида и диоксида азота, если объемная доля монооксида в ней равна 0,6.
8.Состав сухого воздуха в массовых долях: азот – 0,7553; кислород – 0,2314; аргон – 0,0128; углекислый газ – 0,0005. Рассчитайте мольные доли компонентов воздуха.
9.Определите среднюю молярную и среднюю молекулярную массу воздуха. Определите плотность по воздуху а) водорода, б) сероводорода, в) хлора. При решении воспользуйтесь ответами предыдущей задачи.

Кроме долей компонентов в смеси или растворе для количественной характеристики состава системы используется величина, которая называется концентрация компонента , или просто концентрация .

Единица измерений концентрации [с Б ] = 1 моль/м 3 , но чаще – 1 моль/л. В последнем случае концентрация компонента Б показывает, какое количество вещества этого компонента содержится в 1 литре раствора. Например, при концентрации 0,25 моль/л в одном литре раствора содержится четверть моля растворенного вещества.

В химии часто используется специальная терминология для обозначения концентраций. Так раствор с концентрацией компонента 1 моль/л называется одномолярным раствором этого вещества и обозначается 1М. " 1М раствор КОН в H 2 0" читается: " одномолярный раствор гидроксида калия в воде" . В обозначении молярности раствора применяются десятичные приставки, например:
0,1М раствор – децимолярный раствор;
0,01М раствор – сантимолярный раствор;
0,001М раствор – миллимолярный раствор;
0,2М раствор – двудецимолярный раствор;
0,05М раствор – пятисантимолярный раствор;
0,025М раствор – двадцатипятимиллимолярный раствор.
Последняя запись, например, означает, что в 1 л раствора содержится 0,025 моль растворенного вещества.

В физике часто используется родственная физическая величина – концентрация молекул компонента Б в смеси веществ (в общем случае – концентрация частиц компонента Б в смеси).

Единицы измерений концентрации молекул [С Б ] = 1 м– 3 или 1 л– 1 . Смысл этих единиц измерений – " одна штука в кубометре" и " одна штука в литре" .

Концентрация молекул компонента Б показывает, сколько молекул вещества Б содержится в одном кубометре или одном литре смеси или раствора.

Концентрация компонента и концентрация молекул этого компонента связаны между собой простым соотношением:

С Б = N А. с Б.

По существу, это одна и та же величина – только, если молекул много, то их подсчитывают в молях, а если мало, то – в штуках.

Если в определенном объеме содержится не смесь, а одно вещество (не обязательно химическое), то для него тоже можно посчитать отношение числа молекул (частиц) к занимаемому ими объему. Такая величина называется концентрацией молекул (частиц) данного вещества (не путать с " концентрацией компонента" и с " концентрацией молекул компонента" !); иногда ее называют плотность молекул или плотность частиц . Эта величина обычно обозначается буквой n , и в тех случаях, когда она используется, количество вещества обозначают буквой n .

Так как " плотность молекул вещества Б" и " концентрация компонента Б в смеси" величины однородные, единицы измерений у них одинаковые:

[n ] = [С Б ],

то есть эта величина также показывает, сколько частиц содержится в единичном объеме.

В случае, когда частицами являются электроны, плотность частиц (концентрация частиц) называется электронной плотностью и обозначается е.

КОНЦЕНТРАЦИЯ КОМПОНЕНТА, МОЛЯРНОСТЬ, КОНЦЕНТРАЦИЯ МОЛЕКУЛ КОМПОНЕНТА, КОНЦЕНТРАЦИЯ МОЛЕКУЛ, ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ
1.Массовая доля хлорида натрия в водном растворе равна 4 %. Определите массу хлорида натрия, необходимого для приготовления 250 г этого раствора.
2.Сколько нужно отвесить сульфата алюминия Al 2 (SO 4) 3 для приготовления 10 кг водного раствора этой соли с массовой долей растворенного вещества, равной 0,05?Ъ
3.Сколько можно получить нитрата калия KNO 3 , если выпарить 30 м 3 водного раствора с массовой долей нитрата калия 10 %, учитывая, что плотность такого раствора равна 1,06 г/мл?
4.В соответствии с данными таблицы составьте условия задач и решите составленные вами задачи.

5.В состав вещества входят водород, углерод, кислород и азот в соотношении 1: 3: 4: 7 по массе. Определите массовые доли элементов в этом веществе.
6.В соединении, содержащем углерод, кислород и водород, массовая доля углерода равна 54,5 %, а массовая доля кислорода – 36,34 %. Определите, в каком отношении по массе (массовом отношении) указанные элементы входят в состав вещества.
7.При изготовлении бронзы сплавили медь с оловом в массовом отношении 5:1. Определите массовую долю олова в этом сплаве.
8.В сплаве Вуда (t пл = 45 o С) массовые доли свинца, висмута, олова и ртути равны, соответственно, 50; 25; 12,5 и 12,5 %, Определите, в каком отношении по массе нужно взять компоненты для приготовления этого сплава? Сколько ртути содержится в 18 г этого сплава?
9.Массовая доля хлорида калия в водном растворе равна 0,04. Определите концентрацию растворенного вещества, если плотность раствора равна 1,01. г/мл.
10.Какова концентрация сульфата алюминия в растворе, полученном по данным задачи 2? Плотность раствора – 1,05 г/мл.
11.Какова концентрация нитрата калия в растворе, фигурирующем в задаче 3? Плотность раствора – 1,06 г/мл.
12.Для растворов 1, 3, 4 и 5 (задача 4) определите концентрацию растворенного вещества.
13.Определите массу хлорида калия, содержащегося в а) 150 мл 0,1М раствора КCl в воде; 6) 50 мл 0,02М водного раствора KCl; в) 2,5 л 0,015М водного раствора КС1.
14.Определите массу серной кислоты, необходимой для приготовления 2 л ее 0,012М раствора в воде.
15.Рассчитайте массу воды и массу аммиака, необходимых для приготовления 20 л 30 %-ного раствора аммиака NH 3 (плотность раствора – 0,92 г/мл).
16.Определите массовые доли компонентов в водных растворах, представленных в таблице.

17.Определите концентрации компонентов в следующих водных растворах: 26 %-ный раствор MgCl 2 с плотностью 1,24 г/мл; б) 1 %-ный раствор AgNO 3 с плотностью 1,01 г/мл; в) 8 %-ный раствор BaCl 2 с плотностью 1,07 г/мл; г) 40 %-ный раствор BaCl 2 с плотностью 1,46 г/мл.

Для установления формулы неизвестного вещества химики проводят его анализ. Для этого порцию вещества известной массы подвергают определенным химическим превращениям, по результатам которых узнают, какие элементы входят в состав этого вещества. Проводя различные измерения (чаще всего – взвешивания и измерения объемов), определяют массовые доли элементов в веществе. Эти данные анализа позволяют установить простейшую формулу вещества.

Задача

В соединении, содержащем углерод, водород и кислород, массовая доля углерода равна 0,4865, а а массовая доля водорода – 0,0811. Определите простейшую формулу этого соединения.

Решение

Сначала найдем недостающее значение массовой доли кислорода:

w O = 1 – (w C + w H) = 1 – (0,4865 + 0,0811) = 0,4324.

Вспомним, что индексы в простейшей формуле вещества C x H y O z , показывают отношения чисел атомов элементов, входящих в состав вещества: х : у : z = N C: N H: N O или, учитывая, что N = n . N A , x : y : z = n C: n H: n O .

Количества вещества элементов соответственно равны

Молярные массы элементов нам известны, а массы элементов можно выразить через их массовые доли:

m C = w C . m (C x H y O z ); m H = w H . m (C x H y O z ) и m O = w O . m (C x H y O z ).

Так как состав вещества не зависит от его массы, значение массы вещества можно взять любое, например, 1 грамм, тогда

m C = 1 г. 0,4865 = 0,4865 г;
m H = 1 г. 0,0811 = 0,0811 г;
m O = 1 г. 0,4324 = 0,4324 г.
M C = 12 г/моль, M H = 1 г/моль, M O = 16 г/моль.

Таким образом

x: y : z = n C: n H: n O == 0,04054: 0,0811: 0,02703.

Чтобы получить отношение целых чисел, разделим все три числа на наименьшее из них:

Умножив на 2, окончательно получим x : y : x = 3: 6: 2.

Ответ: простейшая формула соединения – C 3 H 6 O 2 .

Для установления молекулярной формулы вещества необходимо знать, во сколько раз его молекулярная масса больше формульной массы, вычисленной по простейшей формуле.
Например, молекулярную формулу бутана C 4 H 10 мы можем записать как (C 2 H 5) 2 , где С 2 H 5 – его простейшая формула. Отсюда видно, что молекулярная масса бутана в 2 раза больше формульной массы, рассчитанной для него по простейшей формуле.
Для газообразных веществ источником информации при определении молекулярной формулы служит плотность или относительная плотность вещества, так как:

М(Б) = (Б) . V m и М (Б) = М A . d A (Б).

Задача

Определите молекулярную формулу вещества с простейшей формулой SiH 3 , если относительная плотность его паров по воздуху равна 2,14.

Решение

Запишем формулу вещества в виде (SiH 3) z . Тогда

Ответ: молекулярная формула вещества Si 2 H 6 .

Аналогично определяется молекулярная формула вещества с использованием значения плотности пара этого вещества.
Зная химическую формулу вещества, вы всегда можете определить
а) молекулярную (формульную) массу вещества;
б) молярную массу вещества;
в) массовую долю элемента в веществе;
г) мольную долю элемента в веществе.

1.Установите простейшие формулы оксидов железа, если массовые доли железа и кислорода в них соответственно равны а) 77,8 % и 22,2 %, б) 72,4 % и 27,6 %, в) 70,0 % и 30,0 %.
2.Установите простейшие формулы соединений, содержащих марганец и кислород, если массовые доли марганца в них составляют а) 0,775; б) 0,696; в) 0,632 и г) 0,495.
3.Установите молекулярные формулы газообразных соединений углерода с водородом (углеводородов), в которых массовые доли углерода составляют а) 0,800, б) 0,857. и в) 0,923. Плотности по водороду этих газов равны а) 15, б) 14 и в) 13.
4.При сгорании чистого графита в кислороде образовалась смесь монооксида и диоксида углерода с плотностью по воздуху 1,24. Определите состав газовой смеси в объемных долях.
5.При нормальных условиях (н. у.) плотность газообразного вещества, в состав которого входят азот и водород равна 0,759 г/л. Мольная доля водорода в этом соединении равна 0,75. Найдите молекулярную формулу вещества.

Запишем уравнение химической реакции в общем виде:

aA + b B = d D + f F.

Здесь A, В, D и F – формулы веществ; а , b , d , и f – коэффициенты в уравнении реакции.

Вы помните, что .

Следовательно

Задача

Определите количество вещества хлора, необходимого для получения 203,1 г трихлорида железа FeCl 3 из железа.

Решение

Ответ: n (Cl 2) = 1,87 моль.

При проведении какого-либо химического процесса по уравнению химической реакции мы можем рассчитать количество вещества, а значит и массу любого продукта реакции, но практически столько продукта мы никогда не получим. В реальном процессе всегда будут какие-нибудь потери. Для определения количества вещества или массы практически получаемого продукта реакции нужно учитывать величину, называемую выходом продукта реакции.

Выход продукта реакции – величина безразмерная. Выражение для выхода продукта реакции можно записать и так =

а для газообразных продуктов реакции еще и =

Докажите самостоятельно, что выход, посчитанный любым из этих трех способов, одинаков.

Вы, наверное, уже обратили внимание, что понятие " выход продукта реакции" во многом сходно с понятием " коэффициент полезного действия" (и не только тем, что обозначается той же буквой). Ведь вы знаете, что коэффициент полезного действия системы определяется как отношение энергии, использованной на совершение полезной работы, к энергии, полученной системой, то есть

Коэффициент полезного действия системы, как и выход продукта реакции, всегда меньше единицы .

Во многих реакциях выход хоть и меньше единицы, но отличается от нее незначительно. В этих случаях отличием выхода от единицы мы будем пренебрегать, даже не оговаривая это специально.

ВЫХОД ПРОДУКТА РЕАКЦИИ
1.Разделите изученные в этой главе физические величины на группы однородных величин.
2.Определите количество вещества углекислого газа, образующегося при сгорании 6 г графита.
3.В промышленности негашеную известь (оксид кальция СаО) получают, прокаливая известняк (карбонат кальция CaCO 3), при этом кроме оксида кальция образуется углекислый газ. Определите объем этого газа (н. у.), выделившегося при прокаливании 1,5 т известняка.
4.В промышленности HCl получают, сжигая хлор в водороде. Определите массу водорода, необходимого для реакции со 125 м 3 хлора (н. у.). Каково количество вещества образовавшегося HCl?
5.При взаимодействии цинка с соляной кислотой (раствором HCl в воде) протекает реакция.

Zn + 2НСl = ZnCl 2 + H 2­ .

Для получения по этой реакции хлорида цинка в 1,6 л 0,5М соляной кислоты поместили 30 г цинка. После прекращения выделения водорода оказалось, что цинк прореагировал не полностью. Определите массу оставшегося непрореагировавшим цинка.
6.Определите объем водорода (н. у.), выделившегося при взаимодействии избытка алюминия с серной кислотой, содержавшейся в 200 мл ее водного раствора с массовой долей кислоты 10 % и плотностью раствора 1,07 г/см 3 . Каково минимальное количество вещества алюминия, необходимого для полного использования имеющейся серной кислоты? Схема протекающей реакции:
Al + Н 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 + H 2­ .
7.При взаимодействии водорода с кислородом образуется вода (иногда со взрывом). Смешали 5 л водорода и 4 л кислорода (н. у.). Смесь подожгли и после завершения реакции снова привели к нормальным условиям. Определите состав и объем оставшегося газа.
8.Каков объем водорода (н. у.), получившегося при взаимодействии 15 г алюминия с соляной кислотой, содержащей 15 г HCl?
9.Определите массу йодида алюминия AlI 3 , образовавшегося при взаимодействии алюминия массой 3 грамма с йодом той же массы.
10.При взаимодействии 5 г оксида фосфора P 4 O 10 со 100 г воды образовался раствор фосфорной кислоты в воде. Определите массовую долю фосфорной кислоты в этом растворе.
11.При сжигании 3,2 г серы в кислороде получилось 6 г SO 2 . Определите выход в реакции.
12.При взаимодействии 200 л CO 2 с раскаленным графитом образовалось 380 л монооксида углерода. Объемы газов измерены при одинаковых условиях. Определите выход монооксида.
13.Один из этапов производства серной кислоты состоит во взаимодействии диоксида серы с кислородом с образованием триоксида серы. Выход триоксида серы – 95%. Определите массу диоксида серы, необходимого для получения 2 т триоксида серы. Каков объем затраченного для этого кислорода (н. у.)?
14.При выплавке чугуна в доменной печи протекает реакция

Fe 2 O 3 + 3СО = 2Fe + 3CO 2 .

Сколько железа можно получить из 100 т железной руды с массовой долей не содержащих железо примесей, равной 20 %? (Примечание . Вопрос " сколько железа...?" задан неточно. На него можно ответить по-разному: определив количество вещества, массу или даже объем железа, если известна его плотность. Обычно в таких случаях в ответе дается значение той физической величины, которая приведена для другого вещества в условии задачи.)
15.Условие задачи 14. Вместо руды использован чистый Fe 2 O 3 , но выход железа – 90 %.
16.Условие задачи 14. Вместо руды использован оксид железа FeO, содержащий 15 % (по массе) диоксида кремния.
17.Условие задачи 14, но выход железа – 90 %.
18.Сколько медной руды, представляющей собой сульфид меди CuS и содержащей 25 % примесей, необходимо переработать, чтобы получившейся меди хватило для выплавки 100 кг бронзы, в состав которой кроме меди входит 10 % олова, если выход меди по реакции получения ее из сульфида составляет 90 %?

Изучение плотности веществ начинается в курсе физики средней школы. Это понятие считается основополагающим в дальнейшем изложении основ молекулярно-кинетической теории в курсах физики и химии. Целью изучения строения вещества, методов исследования можно предположить формирование научных представлений о мире.

Начальные представления о единой картине мира дает физика. 7 класс плотность вещества изучает на основании простейших представлений о методах исследования, практического применения физических понятий и формул.

Методы физического исследования

Как известно, среди методов исследования явлений природы выделяют наблюдение и эксперимент. Проводить наблюдения за природными явлениями учат в начальной школе: проводят простейшие измерения, зачастую ведут «Календарь природы». Эти формы обучения способны привести ребенка к необходимости изучения мира, сопоставления наблюдаемых явлений, выявления причинно-следственных связей.

Однако только полноценно проведенный эксперимент даст в руки юному исследователю инструменты в раскрытии тайн природы. Развитие экспериментальных, исследовательских навыков осуществляется на практических занятиях и в ходе выполнения лабораторных работ.

Проведение эксперимента в курсе физики начинают с определений таких физических величин, как длина, площадь, объем. При этом устанавливается связь между математическими (для ребенка достаточно абстрактными) и физическими знаниями. Обращение к опыту ребенка, рассмотрение давно известных ему фактов с научной точки зрения способствует формированию у него необходимой компетентности. Цель обучения в этом случае — стремление к самостоятельному постижению нового.

Изучение плотности

В соответствии с проблемным методом обучения в начале урока можно задать известную загадку: «Что тяжелее: килограмм пуха или килограмм чугуна?» Разумеется, 11-12-летние ребята с легкостью дают ответ на известный им вопрос. Но обращение к сути вопроса, возможность раскрыть его особенность, приводит к понятию плотности.

Плотность вещества - масса единицы его объема. Таблица плотности веществ, обычно приведенная в учебниках или справочных изданиях, позволяет оценить различия между веществами, также агрегатными состояниями вещества. Указание на различие в физических свойствах твердых тел, жидкостей и газов, рассмотренное ранее, пояснение этого различия не только в строении и взаимном расположении частиц, но и в математическом выражении характеристик вещества, переводит изучение физики на иной уровень.

Закрепить знания о физическом смысле изучаемого понятия позволяет таблица плотности веществ. Ребенок, давая ответ на вопрос: «Что означает величина плотности определенного вещества?», понимает, что это масса 1 см 3 (или 1 м 3) вещества.

Вопрос о единицах измерения плотности можно поднять уже на этом этапе. Необходимо рассмотреть способы перевода единиц измерения в различных системах отсчета. Это дает возможность избавиться от статичности мышления, принять иные системы исчислений и в других вопросах.

Определение плотности

Естественно, изучение физики не может быть полным без решения задач. На этом этапе вводятся формулы расчета. Формула плотности в физике 7 класса, наверное, первое физическое соотношение величин для ребят. Ей уделяется особое внимание не только вследствие изучения понятий плотности, но и по факту обучения методам решения задач.

Именно на этом этапе закладывается алгоритм решения физической вычислительной задачи, идеология применения основных формул, определений, закономерностей. Научить анализу задачи, способу поиска неизвестного, особенностям использования единиц измерения учитель пытается на применении такого соотношения, как формула плотности в физике.

Пример решения задач

Пример 1

Определите, из какого вещества изготовлен кубик массой 540 г и объемом 0,2 дм 3 .

ρ -? m = 540 г, V = 0,2 дм 3 = 200 см 3

Анализ

Исходя из вопроса задачи, понимаем, что определить материал, из которого изготовлен кубик, нам поможет таблица плотностей твердых веществ.

Следовательно, определим плотность вещества. В таблицах эта величина дана в г/см 3 , поэтому объем из дм 3 переведен в см 3 .

Решение

По определению: ρ = m: V.

Нам даны: объем, масса. Плотность вещества можно вычислить:

ρ = 540 г: 200 см 3 = 2,7 г/см 3 , что соответствует алюминию.

Ответ : кубик изготовлен из алюминия.

Определение иных величин

Использование формулы расчета плотности позволяет определять и иные физические величины. Масса, объем, линейные размеры тел, связанные с объемом, с легкостью вычисляются в задачах. Знание математических формул определения площади и объема геометрических фигур применяется в задачах, что позволяет пояснить необходимость изучения математики.

Пример 2

Определите толщину слоя меди, которой покрыта деталь площадью поверхности 500 см 2 , если известно, что на покрытие израсходовано 5 г меди.

h — ? S = 500 см 2 , m = 5 г, ρ = 8,92 г/см 3 .

Анализ

Таблица плотности веществ позволяет определить величину плотности меди.

Воспользуемся формулой расчета плотности. В этой формуле есть объем вещества, исходя из которого можно определить линейные размеры.

Решение

По определению: ρ = m: V, но в этой формуле нет искомой величины, поэтому используем:

Подставляя в основную формулу, получим: ρ = m: Sh, откуда:

Вычислим: h = 5 г: (500 см 2 х 8,92 г/см 3) = 0,0011 см = 11 мкм.

Ответ : толщина слоя меди равна 11 мкм.

Экспериментальное определение плотности

Экспериментальный характер физической науки демонстрируется в ходе проведения лабораторных опытов. На этом этапе приобретаются навыки проведения опыта, пояснения его результатов.

Практическое задание по определению плотности вещества включает:

• Определение плотности жидкости. На этом этапе ребята, уже использовавшие ранее мерный цилиндр, с легкостью определяют плотность жидкости с использованием формулы.
• Определение плотности вещества твердого тела правильной формы. Это задание также не вызывает сомнений, поскольку уже рассмотрены аналогичные расчетные задачи и приобретен опыт измерения объемов по линейным размерам тел.
• Определение плотности твердого тела неправильной формы. При выполнении этого задания пользуемся методом определения объема тела неправильной формы при помощи мензурки. Нелишне еще раз напомнить особенности этого метода: способность твердого тела вытеснять жидкость, объем которой равен объему тела. Далее задача разрешается стандартно.

Задания повышенной сложности

Усложнить задание можно, предложив ребятам определить вещество, из которого изготовлено тело. Используемая при этом таблица плотности веществ позволяет обратить внимание на необходимость умения работать со справочной информацией.

При решении экспериментальных задач учащиеся обязаны иметь необходимый объем знаний в области использования физических приборов и перевода единиц измерения. Зачастую именно это вызывает наибольшее число ошибок и недочетов. Возможно, этому этапу изучения физики стоит выделить больше времени, он позволяет сопоставить знания и опыт исследования.

Объемная плотность

Исследование чистого вещества, разумеется, интересно, но часто ли встречаются чистые вещества? В обыденной жизни мы встречаемся со смесями и сплавами. Как быть в этом случае? Понятие объемной плотности не позволит учащимся сделать типичной ошибки и использовать средние значения плотности веществ.

Пояснить этот вопрос крайне необходимо, дать возможность увидеть, почувствовать разницу между плотностью вещества и объемной плотностью стоит на ранних этапах. Понимание этого различия необходимо в дальнейшем изучении физики.

Крайне интересно это отличие в случае сыпучих материалов. Позволить ребенку исследование объемной плотности в зависимости от уплотнения материала, размера отдельных частиц (гравий, песок и т. д.) можно в ходе начальной исследовательской деятельности.

Какой буквой обозначается плотность?

Для научного обозначения плотности используется маленькая буква греческого алфавита , которая читается как ро. Измеряется плотность в килограммах на метр кубический (кг/м) в системе СИ, а в системе СГС в г/см.

По этой формуле высчитываться плотность при известных массе и объме тела.

Плотность в физике всегда обозначается буквой Ро .

Ниже приведена формула, где Ро — это плотность вещества, m — масса вещества, Vo — это объм вещества.

Запоминается легко, если вспомнить что плотность записывается английской Р (П на русском).

Плотность в физике обозначается буквой ро. По написанию она очень похоже на русскую маленькую букву р. Рассчитывается плотность так: мы должны массу этого тела разделить на объем. Измеряется она обычно вкг/м3 или, если мы ведем расчеты в СГС, то тогда в г/см3. Эта формула запомнилась еще с уроков физики в школе.

плотность вещества в физике обозначается маленькой греческой буквой ро

ранее в химии плотность обозначалась по-другому, но в школе мы ее обозначали также ро .

данная величина измеряется в кг/м^3.

здесь можно посмотреть и скачать презентацию по теме плотность вещества

Плотность как в физике, так и в других науках имеет одинаковое обозначение. Выглядит оно в виде маленькой греческой буквы p , а произносится как ро. измеряется данная величина в килограммах на кубический метр.

Плотность — физическая величина. Определяется отношением массы определенного тела к его обьему.

В физике плотность обозначается маленькой греческой буквой p (читается как ро).

Плотность имеет очень широкий диапазон величин. Самой низкой плотностью обладает межгалактическая среда. А самую высокую плотность имеет атомное ядро.

В физике, как впрочем и в химии, плотность любого вещества обозначается буквой греческого алфавита, которая называется ро и выглядит вот таким образом:

Ро очень похожа на букву р русского алфавита.

Чтобы найти плотность вещества, нужно массу (m) этого вещества поделить на объем (V).

Обычно плотность в физике и других науках принято обозначать буквой греческого алфавита ро, которая выглядит вот так

но в учебниках встречаются и другие обозначения. Я считаю, что это не совсем верно, поскольку усложняет запоминание формул.

Для обозначения такой физической величины как плотность в физике и химии используется буква греческого алфавита, которая называется ро, а выглядит она так (не путать с русской буквой р)

В этой картинке смотрите обозначение, название, в чем измеряется и пример записи.

Плотность обозначается не всем знакомой буквой латинского алфавита, буквой — Ро.

Если не много изменить букву Р русскую, то получится довольно не плохая буква Ро.

Вот несколько букв латинского алфавита, как видите первая буква и есть наша Ро.