Как можно приготовить раствор заданной массовой доли растворенного вещества приведите пример

4.3.1. Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе».

Раствором называют гомогенную смесь двух или более компонентов.

Вещества, смешением которых получен раствор, называют его компонентами.

Среди компонентов раствора различают растворенное вещество, которое может быть не одно, и растворитель. Например, в случае раствора сахара в воде сахар является растворенным веществом, а вода является растворителем.

Иногда понятие растворитель может быть применимо в равной степени к любому из компонентов. Например, это касается тех растворов, которые получены смешением двух или более жидкостей, идеально растворимых друг в друге. Так, в частности, в растворе, состоящем из спирта и воды, растворителем может быть назван как спирт, так и вода. Однако чаще всего в отношении водосодержащих растворов традиционно растворителем принято называть воду, а растворенным веществом — второй компонент.

В качестве количественной характеристики состава раствора чаще всего используют такое понятие, как массовая доля вещества в растворе. Массовой долей вещества называют отношение массы этого вещества к массе раствора, в котором оно содержится:

где ω(в-ва) – массовая доля вещества, содержащегося в растворе (г), m(в-ва) – масса вещества, содержащегося в растворе (г), m(р-ра) – масса раствора (г).

Из формулы (1) следует, что массовая доля может принимать значения от 0 до 1, то есть составляет доли единицы. В связи с этим массовую долю можно также выражать в процентах (%), причем именно в таком формате она фигурирует практически во всех задачах. Массовая доля, выраженная в процентах, рассчитывается по формуле, схожей с формулой (1) с той лишь разницей, что отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора умножают на 100%:

Для раствора, состоящего только из двух компонентов, могут быть соответственно рассчитаны массовые доли растворенного вещества ω(р.в.) и массовая доля растворителя ω(растворителя).

Массовую долю растворенного вещества называют также концентрацией раствора.

Для двухкомпонентного раствора его масса складывается из масс растворенного вещества и растворителя:

Также в случае двухкомпонентного раствора сумма массовых долей растворенного вещества и растворителя всегда составляет 100%:

Очевидно, что, помимо записанных выше формул, следует знать и все те формулы, которые напрямую из них математически выводятся. Например:

Также необходимо помнить формулу, связывающую массу, объем и плотность вещества:

а также обязательно нужно знать, что плотность воды равна 1 г/мл. По этой причине объем воды в миллилитрах численно равен массе воды в граммах. Например, 10 мл воды имеют массу 10 г, 200 мл — 200 г и т.д.

Для того чтобы успешно решать задачи, помимо знания указанных выше формул, крайне важно довести до автоматизма навыки их применения. Достичь этого можно только прорешиванием большого количества разнообразных задач. Задачи из реальных экзаменов ЕГЭ на тему «Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе»» можно порешать здесь.

Примеры задач на растворы

Пример 1

Рассчитайте массовую долю нитрата калия в растворе, полученном смешением 5 г соли и 20 г воды.

Решение:

Растворенным веществом в нашем случае является нитрат калия, а растворителем — вода. Поэтому формулы (2) и (3) могут быть записаны соответственно как:

Из условия m(KNO₃) = 5 г, а m(Н₂O) = 20 г, следовательно:

Пример 2

Какую массу воды необходимо добавить к 20 г глюкозы для получения 10%-ного раствора глюкозы.

Решение:

Из условий задачи следует, что растворенным веществом является глюкоза, а растворителем — вода. Тогда формула (4) может быть записана в нашем случае так:

Из условия мы знаем массовую долю (концентрацию) глюкозы и саму массу глюкозы. Обозначив массу воды как x г, мы можем записать на основе формулы выше следующее равносильное ей уравнение:

Решая это уравнение находим x:

т.е. m(H₂O) = x г = 180 г

Пример 3

150 г 15%-ного раствора хлорида натрия смешали со 100 г 20%-ного раствора этой же соли. Какова массовая доля соли в полученном растворе? Ответ укажите с точностью до целых.

Решение:

Для решения задач на приготовление растворов удобно использовать следующую таблицу:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

где m_р.в., m_р-ра и ω_р.в. — значения массы растворенного вещества, массы раствора и массовой доли растворенного вещества соответственно, индивидуальные для каждого из растворов.

Из условия мы знаем, что:

Вставим все эти значения в таблицу, получим:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

Нам следует вспомнить следующие формулы, необходимые для расчетов:

Начинаем заполнять таблицу.

Если в строчке или столбце отсутствует только одно значение, то его можно посчитать. Исключение — строчка с ω_р.в., зная значения в двух ее ячейках, значение в третьей рассчитать нельзя.

В первом столбце отсутствует значение только в одной ячейке. Значит мы можем рассчитать его:

Аналогично у нас известны значения в двух ячейках второго столбца, значит:

Внесем рассчитанные значения в таблицу:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

Теперь у нас стали известны два значения в первой строке и два значения во второй строке. Значит мы можем рассчитать недостающие значения (m_(3)р.в. и m_(3)р-ра):

Внесем рассчитанные значения в таблицу, получим:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

Вот теперь мы вплотную подобрались к расчету искомой величины ω_(3)р.в.. В столбце, где она расположена, известно содержимое двух других ячеек, значит мы можем ее рассчитать:

Пример 4

К 200 г 15%-ного раствора хлорида натрия добавили 50 мл воды. Какова массовая доля соли в полученном растворе. Ответ укажите с точностью до сотых _______%

Решение:

Прежде всего следует обратить внимание на то, что вместо массы добавленной воды, нам дан ее объем. Рассчитаем ее массу, зная, что плотность воды равна 1 г/мл:

Если рассматривать воду как 0%-ный раствор хлорида натрия, содержащий соответственно 0 г хлорида натрия, задачу можно решить с помощью такой же таблицы, как в примере выше. Начертим такую таблицу и вставим известные нам значения в нее:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

В первом столбце известны два значения, значит можем посчитать третье:

Во второй строчке тоже известны два значения, значит можем рассчитать третье:

Внесем рассчитанные значения в соответствующие ячейки:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

Теперь стали известны два значения в первой строке, значит можем посчитать значение m_(3)р.в. в третьей ячейке:

1-й раствор

2-й раствор

3-й раствор

Теперь можем рассчитать массовую долю в третьем растворе:

Источник

Приготовление растворов солей
с определенной массовой долей
растворенного вещества

Практическая работа выполняется по инструкции и содержит несколько вариантов. Каждый ученик выбирает один из пяти предложенных вариантов задач. Задания, обозначенные звездочкой (*), предназначены для учащихся, успешно выполнивших предыдущие задания.

Цели. Уметь готовить растворы с определенной массовой долей растворенного вещества, используя следующие операции: взвешивание, отмеривание определенного объема жидкости, растворение; производить необходимые расчеты; знать расчетную формулу для определения массовой доли растворенного вещества, правила пользования химической посудой и реактивами.
Оборудование. Технические весы с разновесами, химический стакан, мерный цилиндр, ложечка для сыпучих веществ, стеклянная палочка, склянка под приготовленный раствор.
Реактивы. NaCl, Н₃ВO₃, СuSO₄, NaHCO₃ – все кристаллические, 30%-й раствор NaOH, дистиллированная (кипяченая) вода.

Подготовить для приготовляемых растворов склянки с этикетками, на которых формула изображена в цвете: для кислот – красным, для солей – черным, для щелочей – синим.

Правила техники безопасности

Осторожно обращайтесь с химическим оборудованием!
Пользуйтесь чистой и пригодной для работы посудой.

Запрещается пробовать вещества на вкус (а),
брать вещества руками (б),
оставлять неубранными рассыпанные
или разлитые реактивы (в),
оставлять открытыми склянки с жидкостями
и банки с сухими веществами (г);
работу проводить только над столом (д)

Предварительно учащиеся получают домашнее задание, связанное с изучением содержания предстоящей работы по инструкции, используя материал учебников 8-го класса авторов О.С.Габриеляна (§ 34) или Г.Е.Рудзитиса, Ф.Г.Фельдмана (§ 30).

ХОД УРОКА

В письменном отчете записываются название темы, цели, оборудование, реактивы (4–5 мин).
Предлагается несколько вариантов расчетных задач для приготовления растворов и пример решения задачи.

Вариант № 1

Определите массы воды и борной кислоты, необходимые для приготовления 50 г раствора с массовой долей кислоты 0,02. Где применяют данный раствор?

Вариант № 2

Какие массы гидрокарбоната натрия и воды надо взять, чтобы приготовить раствор массой 50 г с массовой долей соли 10%? Где используют данный раствор?

Вариант № 3

В 45 г воды растворено 5 г NaCl. Вычислите массовую долю растворенного вещества в растворе. Для чего необходим этот раствор в быту и лаборатории?

Вариант № 4 *

Рассчитайте массы воды и безводного сульфата меди, необходимые для приготовления 100 мл раствора, содержащего 8% соли. плотность раствора – 1,084 г/мл. Где применяют полученный раствор?

Вариант № 5 *

Какую массу воды нужно добавить к 100 мл 30%-го раствора гидроксида натрия ( = 1,33 г/мл) для получения 10%-го раствора щелочи, используемого в лаборатории?

Пример решения задачи

Вычислите массы соли и воды, которые потребуются для приготовления 50 г раствора хлорида натрия, содержащего 0,1 массовой доли соли.

Этапы выполнения работы

1. После произведенных расчетов по одному из вариантов оформите их в тетради (6–7 мин).
2. Отвесьте рассчитанное количество вещества и поместите его в стакан объемом 100 мл или колбу на 200 мл.
Помните! К соли приливают воду! Кислоту добавляют в воду при постоянном перемешивании!

Взвешивание
(6–7 мин)

Технохимические весы:
1 – стойка; 2 – стремена; 3 – коромысло;
4 – чашка; 5 – стрелка; 6 – ручка арретира

· Отрегулируйте арретиром весы.
· Взвешиваемое вещество кладите на левую чашку весов, разновесы на правую. (Для левшей – на правую чашку кладут вещество, на левую – разновесы.)
· Разновесы брать только пинцетом и при снятии с весов класть сразу в те гнезда футляра, из которых они были взяты.
· После взвешивания чашка весов должна оставаться чистой.
· По окончании работы проверьте разновесы. Весы арретировать (привести в нерабочее состояние).

Жидкости на весах не взвешивают !

3. Отмерьте мерным цилиндром рассчитанный объем жидкости и вылейте в стакан с солью или водой (1–2 мин).
4. Перемешайте стеклянной палочкой смесь до полного растворения вещества. Раствор готов!
5. В отчете опишите последовательность ваших действий. Сделайте рисунок сосуда, в котором вы приготовили раствор (10 мин).
Склянку с раствором сдайте учителю или лаборанту.

Пример. 0,9%-й раствор NaCl называется физиологическим. Применяется для инъекций.

6. Сделайте письменный вывод о проделанной работе (5–6 мин).
7. Приведите рабочее место в порядок (1–2 мин).
Сдайте тетради на проверку.

Домашнее задание

Задача. Определите массу воды, которую нужно добавить к 50 г раствора с массовой долей соли 5%, чтобы получить раствор с массовой долей соли 2%.

Учитель следит за выполнением работы учащимися и отмечает свои наблюдения в карточке учета умений.

Карточка учета умений

.

Операции практической работы	Фамилии учащихся
	А	Б	В	Г	Я
Приготовление склянки для раствора
Знание правил техники безопасности
Взвешивание вещества
Работа с мерным цилиндром
Приготовление раствора
Kультура выполнения опыта
Оформление отчета

Образцы отчета о проделанной
практической работе

Вариант № 1

Взвешиваю 1 г борной кислоты, помещаю его в стакан и добавляю к веществу воды до метки 50 мл. Вещество растворяется в воде. Для его лучшего растворения перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Переливаю раствор в приготовленную склянку с этикеткой.
Раствор борной кислоты используют в медицине как дезинфицирующее средство.
В лаборатории он хранится в аптечке для промывания глаз в случае попадания в них щелочи.

Вариант № 2

Взвешиваю 5 г гидрокарбоната натрия и помещаю в химический стакан вместимостью 50 мл (или 100 мл). Добавляю воды до метки 50 мл. Вещество растворяется. для его полного растворения перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Получила 10%-й раствор NaHCO₃. Переливаю раствор в склянку с этикеткой.
Полученный раствор используют для обработки кожного покрова в случае попадания на него кислоты.

Вариант № 3

Взвешиваю на весах 5 г хлорида натрия и помещаю соль в химический стакан. Мерным цилиндром отмериваю 45 мл воды и добавляю к соли. Для лучшего растворения соли перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Переливаю раствор в приготовленную склянку.
Раствор используют в быту для засолки огурцов и квашения капусты. В лаборатории раствор NaCl используют как реактив для проведения химическиx реакций.

Вариант № 4 *

Взвешиваю на весах 8,7 г соли CuSO₄. Отмериваю мерным цилиндром 100 мл воды и переливаю в стакан с солью. Перемешиваю раствор стеклянной палочкой. Приготовленный раствор переношу в склянку с этикеткой.
Раствор используют для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Вариант № 5 *

Добавим к выданному 30%-му раствору щелочи 266 мл воды. Получили 10%-й раствор NаОН.
Внимание! Если для приготовления растворов берут щелочь в кристаллическом виде, тогда щелочь добавляют в воду.
Раствор используют в химической лаборатории для проведения химических реакций.
Вывод. Рассчитав массу вещества и объем воды, приготовили раствор с заданной концентрацией растворенного вещества, используя операции: взвешивание, отмеривание объема жидкости, растворение. Растворы широко применяются в быту и народном хозяйстве.

Источник