元素质量比与质量分数Mass Ratios and Mass Percent of Elements

大思想 · 数量与比例(SPQ)AP 衔接 · Unit 1约 25 分钟

学习目标

  • 根据化学式计算化合物中各元素的质量比
  • 计算化合物中某元素的质量分数
  • 由化合物的质量求其中某元素的质量,或者反过来求

前置知识

  • 相对分子质量(1.5.5)

每种元素占多少?

尿素化肥的包装袋上会写“含氮量 ≥ 46%”,补铁剂的说明书上会写每片含多少毫克铁。这些数字都能从化学式算出来。

元素质量比

化合物中各元素的质量比,等于各元素“相对原子质量 × 原子个数”之比。

例:HX2O\ce{H2O} 中,H : O = (1 × 2) : (16 × 1) = 2 : 16 = 1 : 8。

元素的质量分数

某元素的质量分数=相对原子质量×原子个数相对分子质量×100%\text{某元素的质量分数} = \frac{\text{相对原子质量} \times \text{原子个数}}{\text{相对分子质量}} \times 100\%

例:HX2O\ce{H2O} 中氧元素的质量分数 = 16 ÷ 18 × 100% ≈ 88.9%。

由化合物的质量求元素的质量

元素的质量 = 化合物的质量 × 该元素的质量分数。

例:36 g 水中含氢 36 g × 2/18 = 4 g。

🔧 数学工具卡 · 比例与百分比会了可以跳过

化简比:两个数同时除以它们的最大公约数,比如 2 : 16 = 1 : 8(都除以 2)。有小数时先同时乘 2 或 10 变成整数,比如 1 : 35.5 = 2 : 71。

算百分数:部分 ÷ 整体 × 100%,比如 16 ÷ 18 × 100% ≈ 88.9%。

把 12 : 32 化成最简整数比。

下面的计算器会给出每种元素的质量分数和质量比。改一改“物质的质量”,看看其中每种元素有多少克:

动手试试:输入任意化学式

尿素 CO(NHX2)X2\ce{CO(NH2)2} 的含氮量算出来是 46.7%,和化肥袋上写的“≥ 46%”对得上。

例题 1:硝酸铵中氮的质量分数

求 NHX4NOX3\ce{NH4NO3} 中氮元素的质量分数。(N = 14,H = 1,O = 16)

分步解析
  1. 数原子。 注意有 2 个 N(铵根里 1 个,硝酸根里 1 个)、4 个 H、3 个 O。
  2. 求相对分子质量。 14 × 2 + 1 × 4 + 16 × 3 = 80。
  3. 求质量分数。 14 × 2 ÷ 80 × 100% = 35%。

例题 2:二氧化碳中碳的质量

88 g 二氧化碳中含碳多少克?(C = 12,O = 16)

分步解析
  1. 求碳的质量分数。 12 ÷ 44(可以先不化成百分数)。
  2. 求碳的质量。 88 g × 12/44 = 24 g。
  3. 反过来也能算。 要含 12 g 碳,需要二氧化碳 12 g ÷ (12/44) = 44 g。

常见误区

误区 1:漏数原子。 NHX4NOX3\ce{NH4NO3} 里有 2 个 N 原子,只算 1 个就会得到 17.5%。

误区 2:把原子个数比当成质量比。 HX2O\ce{H2O} 中原子个数比 H : O = 2 : 1,但质量比是 1 : 8。

误区 3:分母用错。 质量分数的分母是整个相对分子质量。HX2O\ce{H2O} 中氧的质量分数是 16 ÷ 18,不是 16 ÷ 2。

即时小测

FeX2OX3\ce{Fe2O3} 中铁元素的质量分数是?(Fe = 56,O = 16)

COX2\ce{CO2} 中碳、氧元素的质量比是?(C = 12,O = 16)

小结

  • 元素质量比 = 各元素“相对原子质量 × 原子个数”之比。
  • 元素质量分数 = 相对原子质量 × 原子个数 ÷ 相对分子质量 × 100%。
  • 元素的质量 = 化合物的质量 × 该元素的质量分数,也可以反过来求化合物的质量。
通往 AP(以后再看)

AP U1.3 会反过来用:由实验测出的各元素质量或质量分数,推出物质的经验式(最简式)。U1.4 还会计算混合物中某种成分的含量。

练一练这一章:模块 5 · 化学式与化合价 · 10 道题

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