Рассчитайте массовую долю железа в оксиде железа онлайн

Что такое массовая доля и зачем её рассчитывать

Массовая доля элемента в соединении — это отношение массы данного элемента к общей молекулярной массе вещества, выраженное в процентах. В контексте оксидов железа расчёт позволяет определить процентное содержание Fe в FeO, Fe₂O₃ или Fe₃O₄. Это базовая задача общей и неорганической химии, необходимая для анализа руд, контроля качества продукции и подготовки лабораторных растворов.

Формула расчёта массовой доли железа

Общая формула для массовой доли элемента в соединении:

w(элемента) = (n × Ar(элемента) × 100%) / Mr(соединения)

Где:

• w — массовая доля в процентах
• n — количество атомов элемента в формуле
• Ar — относительная атомная масса (для Fe = 55,845)
• Mr — молекулярная (формульная) масса оксида

Для оксидов железа формула преобразуется:

w(Fe) = ( число атомов Fe × 55,845 × 100% ) / масса оксида

Значения массовых долей для основных оксидов

Молекулярная масса определяется сложением атомных масс: Ar(Fe) = 55,845, Ar(O) = 15,999.

Пошаговый пример: расчёт для Fe₂O₃

Рассчитаем массовую долю железа в трёхокиси железа (гематите).

Шаг 1: Определите формулу и состав
Fe₂O₃ содержит 2 атома железа и 3 атома кислорода.

Шаг 2: Посчитайте молекулярную массу
Mr(Fe₂O₃) = 2 × 55,845 + 3 × 15,999 = 111,69 + 47,997 = 159,687 г/моль

Шаг 3: Рассчитайте массу железа в формуле
m(Fe) = 2 × 55,845 = 111,69 г/моль

Шаг 4: Вычислите массовую долю
w(Fe) = (111,69 / 159,687) × 100% = 69,94%

Результат: в гематите содержится 69,94% железа по массе.

Влияние валентности на результат

Валентность железа критически влияет на массовую долю. В FeO (валентность +2) железа больше (77,73%), чем в Fe₂O₃ (валентность +3, 69,94%). Fe₃O₄ — смешанный оксид, где часть атомов Fe²⁺, а часть Fe³⁺, поэтому значение промежуточное (72,36%). При анализе технических оксидов всегда уточняйте химическую формулу, так одноимённые названия могут скрывать разные соединения.

Практическое применение расчётов

Металлургия: Оценка содержания Fe в железорудных концентратах. Например, руда с преобладанием Fe₃O₄ (магнетит) теоретически содержит 72,36% Fe, что выше, чем гематитовая руда.

Аналитическая химия: Подготовка стандартных образцов для колориметрии или титриметрии требует точного расчёта массы соли для получения нужной концентрации железа.

Неорганический синтез: Контроль соотношения реагентов при получении катализаторов на основе оксидов железа.

Как использовать онлайн-калькулятор

1. Выберите оксид из списка: FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ или введите кастомную формулу.
2. Укажите количество атомов железа и кислорода.
3. Введите атомные массы (по умолчанию уже установлены).
4. Нажмите «Рассчитать» — получите результат с точностью до двух знаков после запятой.
5. Для партии вещества введите общую массу, чтобы узнать массу чистого железа.

Проверка и контроль расчётов

Чтобы избежать ошибок, выполните кросс-чек:

• Сумма долей: w(Fe) + w(O) должно равняться 100% (с учётом погрешности округления). Для FeO: 77,73% + 22,27% = 100%.
• Атомные массы: Используйте IUPAC значения: Fe = 55,845, O = 15,999. Не используйте устаревшие таблицы.
• Единицы: Всегда держите единицы измерения в г/моль для масс.

Если расчёт выполняется вручную, проверьте каждый шаг умножения и деления.

Частые ошибки в расчётах

Игнорирование индексов: Забывание умножить Ar(Fe) на 2 в Fe₂O₃ занижает результат на 50%.
Неправильная молекулярная масса: Ошибка в сложении или использование целых чисел (56 + 16) вместо точных значений даёт погрешность до 0,3%.
Перепутывание оксидов: Введите FeO вместо Fe₂O₃ изменит результат с 69,94% до 77,73%, что критично для анализа руды.

FAQ

Как посчитать массовую долю железа в оксиде железа вручную?

Умножьте количество атомов Fe на его атомную массу (55,845). Разделите результат на молекулярную массу оксида и умножьте на 100%. Например, для FeO: (55,845 / 71,844) × 100% = 77,73%.

Какая формула для массовой доли элемента в соединении?

Формула: w = (n × Ar × 100%) / Mr. n — число атомов элемента, Ar — атомная масса, Mr — молекулярная масса соединения.

Что делать, если оксид содержит примеси?

Рассчитайте массовую долю для чистого соединения, затем скорректируйте на концентрацию основного компонента. Пример: если Fe₂O₃ 90% чистоты, эффективная доля Fe = 69,94% × 0,9 = 62,95%.

Какая массовая доля железа в магнетите (Fe₃O₄)?

Магнетит Fe₃O₄ содержит 3 атома Fe. Молекулярная масса 231,533 г/моль. Расчёт: (3 × 55,845 / 231,533) × 100% = 72,36%.

Почему в FeO больше железа, чем в Fe₂O₃?

В FeO на 1 атом железа приходится 1 атом кислорода, а в Fe₂O₃ — 1,5 атома кислорода. Больше кислорода «разбавляет» процентное содержание Fe, снижая его долю.

Возможно ли массовая доля больше 100%?

Нет. Если сумма превышает 100%, проверьте арифметику. Ошибка в атомных массах или индексах приведёт к некорректному результату.

Какая точность требуется в расчётах?

Для учебных задач достаточно 0,01%. Для аналитической химии используйте значения IUPAC с 5 значащими цифрами: Fe = 55,845, O = 15,999. Округляйте конечный результат до 2–3 знаков.

Как перевести массовую долю в массу железа в граммах?

Умножьте общую массу оксида в граммах на массовую долю, выраженную в долях единицы. Пример: 250 г Fe₂O₃ × 0,6994 = 174,85 г Fe.

Что ещё может пригодиться после

Мы подобрали калькуляторы, которые помогут вам с разными задачами, связанными с текущей темой.