Beräkning av massprocent (masshalt) av ämne i lösning

Har du inte fått någon densitet för lösningen?

Nej, den enda densiteten jag fått är för basen och syran som skapade ammoniumnitratet (till en tidigare delfråga, delfråga (b) nedan). 

Frågan i sin helhet ser ut som följer (det är fråga e jag inte förstår svaret till):

Kylpåsar, som idag t.ex. används vid sportskador innehåller ammoniumnitratlösning.

a) För att framställa ammoniumnitrat kan du använda en bas och en syra. Ange vilka genom att skriva en balanserad formel.

b) Föreställ dig nu att du blandar 25,0 ml av din syra och 25,0 ml av din bas. Syrans densitet ñ= 1,51g/cm3 och basen densitet ñ = 0,73g/cm3,(densitet, ñ= m/V). Beräkna sedan hur stor massa ammoniumnitrat som teoretiskt kan bildas.

c) Nästa steg är att lösa upp fast ammoniumnitrat i vatten. Skriv reaktionsformel för upplösning av fast ammoniumnitrat i vatten.

d) Förklara hur du praktiskt går till väga för att bereda en 100 ml lösning av ammoniumnitrat med koncentrationen 4,0 mol/dm 3. OBS! Både uträkningar och utförande ska vara med i ditt svar.

Skriv på punktform så att vem som helst kan upprepa ditt försök i ett labb.

e) Idag är det förbjudet att ha högre halter än 16% (massprocent) kväve i innehållet i kylpåsen. Använd värdena från uppgift d.  Är din kylpåse laglig att använda? Motivera med hjälp av beräkningar.

I brist på bättre får man väl anta att denstieten är som för rent vatten. I så fall har 100 ml av lösningen massan 100 g, och eftersom det finns 32 g ammoniumnitrat i lösningen, måste det vara 68 g vatten.

Hur många gram kväve finns det i 32 g ammoniumnitrat?

I så fall var det var som jag tänkte att inte tillräcklig info gavs i uppgift?

Med antagandet att densitet för lösning är som för vatten:

I 1 mol ammoniumnitrat finns 14,0*2=28,0 g kväve

I 0,4 mol finns 28,0*0,4=11,2g kväve

Masshalt kväve=11,2/100=11,2%, dvs laglig i så fall

Letade på ammoniumnitrats densitet och fann 1,725g/cm3 (ml). Då bör 32g ammoniumnitrat motsvara 32/1,725=18,56ml

Vattnets volym bör då vara 100-18,56=81,44ml. Total massa blir då 81,44+32=114,44g, och masshalten 11,2/114,44=9,9%. Borde det inte gå att resonera så?

Du har ju redan kommit fram till att lösningen är godkänd om densiteten är som för rent vatten. Om densiteten är högre, innebär det att massan för 100 ml av lösningen är större, d v s att 11,2 g kväve/ 100 ml skall divideras med något som är större än 100 vilket gör att massprocenten blir mindre än 11,2 %.

Kan tillägga att jag fick fel på frågan när jag svarade 11,2%. Kommentar blev: Din uträkning är inte rätt. Ex. på korrekt beräkning som visar att  kylpåsen är laglig. 11,2g Kväve(N)/(32+100)g = 8,5% massprocent kväve.

baltax skrev:

Kan tillägga att jag fick fel på frågan när jag svarade 11,2%. Kommentar blev: Din uträkning är inte rätt. Ex. på korrekt beräkning som visar att  kylpåsen är laglig. 11,2g Kväve(N)/(32+100)g = 8,5% massprocent kväve.

Den uträkningen skulle jag ge fel för, om man inte kan motivera att volymen av lösningen inte ökar när man sätter till så mycket ammoniumnitrat. Det är principiellt felaktigt att inte ange antingen densiteten för lösningen eller massan för lösningen i en kylpåse.

är svaret då 8,5%?

Enligt kursläraren var rätt svar 8,5%

Kan du fråga kursledaren hur hen motiverar att lösningens volym inte ökar om man tillsätter ammoniumnitrat?

baltax skrev:

Detta är en delfråga jag fått. Tidigare i frågan har en vattenlösning med ammoniumnitrat (NH4NO3) blandats detta är innehållet i kylpåsar som används vid idrottsskador]. Koncentrationen på denna är 4,0 mol/dm3 och total volym är 100ml=0,1dm3. Jag har räknat ut att detta motsvarar 32,0 g ammoniumnitrat (0,4 mol*molmassan 80,04g).

Nu till den relevanta delfrågan:

Idag är det förbjudet att ha högre halter än 16% (massprocent) kväve i innehållet i kylpåsen. Är din kylpåse laglig att använda? Motivera med hjälp av beräkningar.

Fråga: Massprocent (N) beräknas väl som massa (kväve)/massa (totalt lösning).  massa (totalt lösning) är i sin tur lika med massa (ammoniumnitrat) + massa (H2O). Hur ska jag veta massa(H2O)? Eller ska frågan lösas på annat sätt?

Kan du skicka till mig den här uppgift om du klara den ?

baltax skrev:

Letade på ammoniumnitrats densitet och fann 1,725g/cm3 (ml). Då bör 32g ammoniumnitrat motsvara 32/1,725=18,56ml

Vattnets volym bör då vara 100-18,56=81,44ml. Total massa blir då 81,44+32=114,44g, och masshalten 11,2/114,44=9,9%. Borde det inte gå att resonera så?

Jag ville bara säga att du skulle ha räknat ut kvävets densitet för jag gjorde det och fick 8.5% 

Samma uppgift som föregående talare.

Densitet vatten är 1000g/dm3  

Masshalt Max 16%  

Dvs max 16g kväve /100g vatten

14+14=28 g/mol kväve 

28g kväve/mol*0,4mol=11,2g kväve , substansmassa n*M Molmassa= massa m

Totala massan är 100ml Dvs 100g. 100g-32g salt =68g vatten. 

Av de totalt 100g är 

11,2g av 100g är 11,2 % 11,2*100/100=11,2%

Koncentrationen kväve i vår kylpåse är ungefär 11,2% således lägre än gränsen på 16%.

Resonerar som så att lösningen i exemplet ovan är 100ml och i 100ml finns 32g salt. Häller man i 32g salt i 100ml vattnet ökar man volymen, och den skulle vara på 100ml.

32g salt blir 4,0 mol/dm3 i just 100 ml lösning. Saltet löses före man fyller upp till märket med vatten. Gör man tvärtom så blir volymen mer/större än de 100ml som det skulle vara.

Om tanken är att man tillsätter 32g salt i 100ml(100g), vilket verkar ologiskt. Så blir istället uträkningen

totala massan 132g. Av den massan är 11,2g kväve. 11,2g av 132g 11,2/132≈0,085 0,085*100=8,5 Då blir svaret 8,5%. Även det under gränsvärdet

Någon nämnde något om densiteten på kvävet. Jag hittade värdet 1,251g/kubikcm. Men lyckades inte implementera det på ett korrekt sätt. Önskar hjälp med detta.  

1251g/kubikdm och där känner jag att det är riktigt fel.

.

Problemet med den här uppgiften är att vi (fortfarande) inte vet densiteten för ammoniumnitratlösningen, så vi vet inte vilken massa 100 ml av lösningen har. Utan att veta denna massa vet vi inte hur många gram som motsvarar en kvävehalt på 16 %. Om densiteten är som rent vatten är det 16 g, om volymen inte ökar alls av att man tillsätter 32 g salt är det istället 1,32^.0,16 = 21 g.

Om någon fortfarande letar svar så var detta vad jag fick tillbaks av min lärare.

För att beräkna masshalten av ett ämne i en lösning beräknas enligt:

Masshalt = det lösta ämnets massa / hela lösningens massa

Först beräknas hela lösningens massa:

Antag att kylpåsens totala volym med lösningen är 100 ml.

Densitet för ammoniumnitrat ρ(NH4NO3): 1,72 g/cm3 (källa: formelsamling)

m (NH4NO3): 32 g

V(NH4NO3) = m /ρ = 32 /1,72 = 18,60 ml

100 ml lösning består av 18,60 ml ammoniumnitrat (NH4NO3)

Volym V(H2O): 100 - 18,60 = 81,4 ml

Densitet ρ(H2O): 1 g/cm3.

Vattnets massa i lösningen beräknas enligt:

m = V * ρ = 81,4 * 1 = 81,4 g

Totala massa (Lösningen/kylpåsen): 81,4 + 32 =113,4 g

Därefter beräknas det lösta ämnets massa, vilket i det här fallet är massan för den mängd kväve,N, som

ingår i 32g ammoniumnitrat, NH4NO3.

Molmassa M(NH4NO3): 80,043 ≈ 80 g/mol

I 1 mol (NH4NO3) finns 28 g kväve. (14,007+ 14,007 ≈ 28)

Lösningen består av 0,4 mol ammoniumnitrat, vilket ger:

28 * 0,4 = 11,2 g kväve, N

Det lösta ämnets massa, N: 11,2 g

Masshalt = det lösta ämnets massa / hela lösningens massa

11,2 / 113,4 = 0,098765 ≈ 9,9 %

Masshalten för kväve i kylpåsen är 9,9 %.

Svar:

Masshalten för kväve i kylpåsen är 9,9 %.

Det var förbud på en högre halt än 16 %, vilket gör att uppgiftens kylpåse vore laglig att använda.

Densitet för ammoniumnitrat ρ(NH4NO3): 1,72 g/cm3 (källa: formelsamling)

Var har du hittat den uppgiften? Är det för fast ammoniumnitrat eller för ammoniumnitratlösning, i så fall för vilken koncentration?

Jadu, undrar jag med.  Detta var lärarens "lösning" efter jag fick fel för mitt svar:

(OBS vi har räknat ut 0,4mol ammoniumnitrat sen förra uppgiften)

Vi har att vattnets densitet är 1 kg/dm³, alltså 1 liter vatten väger 1 kg. Detta ger oss att från förra uppgiften har vi 100ml H₂O  = 100 g H₂O.

För att räkna ut kvävets masshalt i procent använder vi oss av formeln, (ämnets lösa massa/hela lösningens massa) * 100. 

Vi vet att hela lösningens massa är 100 g + 32 g = 132g

Kvävets molmassa i ammoniumnitratet blir, 2 * 14,007 = 28,014mol/g

Vi använder oss av formeln m = M * n för att få fram massan av kvävet, 28,014mol/g * 0,4 mol = 11,2 g 

Nu kan vi ta ämnets lösa massa/hela lösningens massa * 100 = (11,2 g/132 g) * 100 = 8,5%

Masshalten kväve är alltså 8,5% vilket gör att min kylpåse är laglig att använda. 

Problemet är att vi inte vet om lösningens volym har ändrats när vi tillsätter 32 g ammoniumnitrat till 100 g vatten. Om volymen inte har ändrats så stämmer beräkningarna, men det är inget vi vet! Koncentrationen är ju beräknad per liter lösning, inte per kg lösningsmedel.