§ 24. Прыгатаванне раствораў
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Хімія. 11 клас |
| Книга: | § 24. Прыгатаванне раствораў |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Суббота, 4 Май 2024, 19:46 |
Разгледзім вылічэнні, неабходныя для прыгатавання раствораў з зададзенай масавай доляй або зададзенай малярнай канцэнтрацыяй растворанага рэчыва. Гэта найпрасцейшыя разлікі, з якімі сутыкаецца кожны даследчык у хімічнай лабараторыі. Навыкамі некаторых вылічэнняў неабходна валодаць і ў паўсядзённым жыцці для прыгатавання ежы, раствораў мыйных сродкаў, угнаенняў або ядахімікатаў. Напрыклад, у кулінарнай кнізе прыведзены рэцэпт стравы, у якім выкарыстоўваецца 5%-ны воцат, а ў магазіне можна купіць толькі 9%-ны. Зразумела, што масавыя долі воцатнай кіслаты адрозніваюцца ў 9 : 5 = 1,8 раза, гэта значыць 9%-нага воцату трэба ўзяць у 1,8 разы менш, чым паказана ў рэцэпце.
Найпрасцейшая задача па прыгатаванні раствору з зададзенай масавай доляй растворанага рэчыва паказана ў прыкладзе 1 і вядомая вам з 8-га класа.
Прыклад 1. Разлічыце масу хларыду натрыю і аб’ём дыстыляванай вады для прыгатавання раствору масай 300 г з масавай доляй солі 5 %.
Дадзена:
ω(NaCl) = 5 %
m(р-ру) = 300 г
m(NaCl) — ?
V(H2O) — ?
Рашэнне
1. Вылічым масу солі, улічваючы, што 5 % адпавядае 0,05 долей ад адзінкі:
m(NaCl) = ω(NaCl) ∙ m(р-ру) = 0,05 ∙ 300 г = 15 г.
2. Масу растваральніка (вады) вылічым па формуле:
m(р-ка) = m(р-ру) – m(р-ва).
Таму m(H2O) = 300 г – 15 г = 285 г.
3. Аб’ём вады знойдзем з улікам яе шчыльнасці (ρ(H2O) = 1 г/см3):
Адказ: m(NaCl) = 15 г; V(H2O) = 285 см3.
Эксперыментатар для прыгатавання раствораў выкарыстоўвае вагі і мерны посуд (мал. 55).
Прыклад 2. Разлічыце масу хларыду калію, неабходную для прыгатавання яго насычанага раствору масай 350 г. Растваральнасць дадзенай солі ва ўмовах доследу (20 °С) складае 34,4 г на 100 г вады.
Дадзена:
s(КCl) = 34,4 г/100 г H2O
m(р-ру) = 350 г
m(КCl) — ?
Рашэнне
1. Разлічым масавую долю солі ў насычаным растворы, які складаецца з 100 г вады і 34,4 г солі (зыходзім з даных аб растваральнасці). Пры гэтым маса раствору складзе 100 г + 34,4 г = 134,4 г.
(г. зн. 25,6%)
2. Паколькі 350 г насычанага раствору будуць утрымліваць 25,6 % солі, то маса солі будзе роўная:
m(КCl) = ω(КCl) ∙ m(р-ру) = 0,256 ∙ 350 г = 89,6 г.
Адказ: m(КCl) = 89,6 г.
Часам даводзіцца разлічваць масавую долю рэчыва ва ўжо прыгатаваным растворы. Разгледзім гэты разлік на прыкладзе 3.
Прыклад 3. Медны купарвас масай 25 г растварылі ў вадзе масай 475 г. Вылічыце масавую долю (%) сульфату медзі(II) у атрыманым растворы.
Рашэнне:
m(CuSO4 · 5H2O ) = 25 г
m(Н2О) = 475 г
ω(CuSO4) — ?
Решение
M(CuSO4) = 160 г/моль;
M(CuSO4 · 5H2O) = 250 г/моль.
1. Вылічым колькасць сульфату медзі(II) у порцыі яго крышталегідрату:
значыць, n(CuSO4 ) = 0,1 моль.
2. Маса бязводнай солі ў крышталегідраце:
m(CuSO4) = n(CuSO4) ∙ M(CuSO4) = 0,1 моль ∙ 160 г/моль = 16 г.
3. Вылічым масу прыгатаванага раствору:
m(р-ру) = m(Н2О) + m(CuSO4 · 5H2O) = 25 г + 475 г = 500 г.
4. Знойдзем масавую долю сульфату медзі(II) у растворы:
ω(CuSO4) = m(CuSO4) : m(р-ру) = 16 г : 500 г = 0,032, или 3,2 %.
Адказ: ω(CuSO4) = 3,2 %.
У хіміі зручна выражаць састаў раствораў у адзінках малярнай канцэнтрацыі — моль/дм3, бо ведаючы лік молей рэчыва ў 1 дм3 раствору, лёгка адмераць патрэбны лік молей для рэакцыі з дапамогай мернага посуду (мал. 55).
Як вам вядома, малярная канцэнтрацыя с(Х) рэчыва X — гэта велічыня, роўная колькасці гэтага рэчыва (моль) у адзінцы аб’ёму раствору:
Прыклад 4. Разлічыце масу гідраксіду натрыю, неабходную для прыгатавання яго раствору з малярнай канцэнтрацыяй 0,05 моль/дм3, калі ў эксперыментатара ёсць у наяўнасці мерная колба аб’ёмам 250 см3 (мал. 55).
Дадзена:
c(NaOH) = 0,05 моль/дм3
М(NaOH) = 40 г/моль
V(р-ру) = 250 см3
m(NaOH) — ?
Рашэнне
1. Вызначым колькасць шчолачы ў растворы аб’ёмам 250 см3, гэта значыць 0,25 дм3:
n(NaOH) = c(NaOH) ∙ V(р-ру) = 0,05 моль/дм3 ∙ 0,25 дм3 = 0,0125 моль.
2. Маса гідраксіду натрыю складае:
m(NaOH) = n(NaOH) ∙ М(NaOH) = 0,0125 моль ∙ 40 г/моль = 0,5 г.
Адказ: m(NaOH) = 0,5 г.
Ведаючы масу і аб’ём ці непасрэдна шчыльнасць раствору, у разліку лёгка перайсці ад масавых долей яго кампанентаў да іх малярнай канцэнтрацыі.
Прыклад 5. Масавая доля сернай кіслаты ў растворы роўная 95 %, а яго шчыльнасць складае ρ(р-ру) = 1,834 г/см3. Вылічыце малярную канцэнтрацыю сернай кіслаты ў гэтым растворы.
Дадзена:
ω(Н2SO4) = 95 %
ρ(р-ру) = 1,834 г/см3
с(Н2SO4) — ?
Рашэнне
1. M(H2SO4) = 98 г/моль.
Няхай V(р-ру) = 1 дм3 = 1000 см3.
Вызначым масу раствору H2SO4:
m(р-ру) = V(р-ру) ∙ ρ(р-ру) = 1000 см3 ∙ 1,834 г/см3 = 1834 г.
2. Вылічым масу H2SO4 ў растворы:
m(H2SO4) = m(р-ру) ∙ ω(H2SO4) = 1834 г ∙ 0,95 = 1742 г.
3. Знойдзем колькасць кіслаты ў растворы:
4. Паколькі для рашэння задачы быў першапачаткова ўзяты 1 дм3 раствору, то колькасць H2SO4 ў гэтым аб’ёме адпавядае малярнай канцэнтрацыі: с(H2SO4) = 17,8 моль/дм3.
Адказ: с(H2SO4) = 17,8 моль/дм3.
Разгледзім прыклад выдзялення крышталегідрату з раствору.
Прыклад 3.1. Бязводны CuSO4 масай 129 г растварылі пры 100 °С у мінімальнай колькасці вады. Вызначце масу вылучанага пры астуджэнні да 20 °С крышталегідрату CuSO4 · 5H2O, калі растваральнасць CuSO4 у вадзе пры 100 °С роўная 77 г/100 г H2O, а пры 20 °С — 20,5 г/100 г H2O.
Дадзена:
m(CuSO4) = 129 г
s100(CuSO4) = 77 г/100 г H2O
s20(CuSO4) = 20,5 г/100 г H2O
m(CuSO4 · 5H2O) = ?
Рашэнне
1. Масавыя долі солі ў насычаных растворах:
,
.
2. Маса зыходнага раствору роўная m100(р-ру) = 129 : 0,435 = 297 г.
3. Няхай колькасць крышталегідрату, які выпаў у асадак, роўная х моль, тады яго маса роўная 250х г. Пры гэтым асадак утрымлівае х моль бязводнай солі, маса якой роўная 160х. Маса солі ў канчатковым растворы будзе роўная 129 – 160х, а маса канчатковага раствору роўная 297 – 250х.
Складаем ураўненне :
.
Адкуль х = 0,668, гэта значыць n(CuSO4 · 5H2O) = 0,668 моль.
4. Маса крышталегідрату роўная:
m(CuSO4 · 5H2O) = 0,668 моль · 250 г/моль = 167 г.
Адказ: m(CuSO4 · 5H2O) = 167 г.
Звярніце ўвагу на тое, што маса крышталегідрату CuSO4 · 5H2O, які выпаў у асадак, аказалася большай за масу бязводнай солі CuSO4, узятай для перакрышталізацыі.
Пры прыгатаванні раствораў іх нярэдка даводзіцца змешваць. Неабходна разлічваць канцэнтрацыю атрыманага пры гэтым раствору. Разгледзім, як гэта зрабіць, на прыкладзе 3.2.
Прыклад 3.2. Да раствору масай 60 г з масавай доляй хларыду барыю, роўнай 12 %, дадалі раствор масай 2000 г, у якім масавая доля той жа солі складала 0,010. Разлічыце масавую долю хларыду барыю ў атрыманым новым растворы і выразіце яе ў долях адзінкі і працэнтах.
Дадзена:
m1(р-ру) = 60 г
ω1(BaCl2) = 12 % (0,12)
m2(р-ру) = 2000 г
ω2(BaCl2) = 0,01 (1 %)
ω3(BaCl2) = ?
Рашэнне
1. Знойдзем масу BaCl2 у першым растворы:
m1(BaCl2) = m1(р-ру) · ω1(BaCl2) = 60 г · 0,12 = 7,2 г.
2. Знойдзем масу BaCl2 у другім растворы:
m2(BaCl2) = m2(р-ру) · ω2(BaCl2) = 2000 г · 0,01 = 20 г.
3. Вызначым масу BaCl2 у новым растворы m3:
m3(BaCl2) = m1(BaCl2) + m2(BaCl2) = 7,2 г + 20 г = 27,2 г.
4. Вылічым агульную масу новага раствору:
m3(р-ру) = m1(р-ру) + m2(р-ру) = 60 г + 2000 г = 2060 г.
5. Вызначым масавую долю хларыду барыю ў новым растворы:
ω3(BaCl2) = m3(BaCl2) : m3(р-ру) = 27,2 г : 2060 г = 0,0132, або 1,32 %.
Ведаючы масы BaCl2 у першым, другім і новым растворах, гэтую задачу можна вырашыць праз x, дзе x — масавая доля BaCl2 у атрыманым растворы. Вызначым агульную масу BaCl2 у новым растворы:
m3(BaCl2) = m1(BaCl2) + m2(BaCl2), такім чынам
(60 г + 2000 г) · x = 60 г · 0,12 + 2000 г · 0,01 = 27,2 г, адкуль x = 0,0132.
Адказ: ω3(BaCl2) = 0,0132, або 1,32 %.
Для выражэння колькаснага саставу раствораў выкарыстоўваюць масавыя долі кампанентаў або іх малярныя канцэнтрацыі.
Пытанні, заданні, задачы
1. Ці змяняюцца масавая доля растворанага рэчыва і яго малярная канцэнтрацыя пры змяненні тэмпературы раствору?
2. Разлічыце масавую долю солі ў растворы, атрыманым пры растварэнні 30 г солі ў 270 г вады.
3. Разлічыце масу хларыду натрыю і аб’ём дыстыляванай вады, неабходных для прыгатавання фізіялагічнага раствору масай 20 кг з масавай доляй солі 0,9 %.
4. Разлічыце малярную канцэнтрацыю рэчыва ў растворы аб’ёмам 2,5 дм3, калі ў ім утрымліваецца гідраксід калію:
- а) колькасцю 0,75 моль;
- б) масай 42,0 г.
5. Разлічыце масавую долю берталетавай солі KClO3 ў яе насычаным растворы. Растваральнасць солі пры 10 °С складае 5 г на 100 г вады.
6. Разлічыце масавую долю сульфату натрыю ў растворы, атрыманым пры растварэнні ў вадзе масай 500 г крышталегідрату Na2SO4 ∙ 10H2O масай 16,1 г.
7. У вадзе масай 50 г растварылі серную кіслату масай 50 г. Разлічыце масавую долю і малярную канцэнтрацыю кіслаты ў растворы, калі яго шчыльнасць роўная 1,395 г/см3.
8. Разлічыце аб’ём (см3) і малярную канцэнтрацыю (моль/дм3) пры 20 °С раствору з ρ = 1,55 г/см3, атрыманага змешваннем 50 см3 вады (ρ = 1,00 г/см3) з 50 см3 сернай кіслаты (ρ = 1,83 г/см3).
9. Масавая доля сернай кіслаты ў растворы роўная 0,620, а яе малярная канцэнтрацыя складае 9,61 моль/дм3. Чаму роўны аб’ём (см3) гэтага раствору масай 200 г?
10. Раствор масай 450 г з масавай доляй сульфату жалеза(II), роўнай 30,0 %, астудзілі, у выніку чаго з гэтага раствору вылучыўся асадак FeSO4 ∙ 7H2O масай 99,0 г. Чаму роўная масавая доля (у %) сульфату жалеза(II) у растворы над асадкам крышталегідрату?
*Пытанні, заданні, задачы
1. Разлічыце аб’ём (см3) і малярную канцэнтрацыю H2SO4 (моль/дм3) пры 20 °С раствору з ρ = 1,550 г/см3, атрыманага змешваннем 50 см3 вады (ρ = 0,9982 г/см3) з 50 см3 100%-най сернай кіслаты (ρ = 1,8305 г/см3).
2. Раствор азотнай кіслаты аб’ёмам 50 см3 з масавай доляй HNO3 кіслаты 0,11 (ρ = 1,060 г/см3) змяшалі з растворам азотнай кіслаты аб’ёмам 50 см3 з масавай доляй HNO3 0,67 (ρ = 1,400 г/см3). Разлічыце аб’ём (см3), масавую долю (у %) і малярную канцэнтрацыю HNO3 (моль/дм3) у атрыманым растворы, аб'ём раствору (см3), калі яго шчыльнасць роўная 1,264 г/см3.
3. Пры 20 °С чысты этылавы спірт аб’ёмам 40 см3 і шчыльнасцю 0,7893 г/см3 разбавілі вадой (ρ = 0,9982 г/см3) да аб’ёму 100 см3. Укажыце аб’ём вады, неабходны для гэтага, а таксама масавую долю спірту ў атрыманым растворы, калі яго шчыльнасць складае 0,9481 г/см3.
4. Раствор хлоравадароднай кіслаты аб’ёмам 100 см3 з масавай доляй HCl 30 % (ρ = 1,149 г/см3) пасля паглынання некаторай масы газападобнага HCl ператварыўся ў раствор з масавай доляй 40 % (ρ = 1,198 г/см3). Укажыце масу паглынутага HCl, а таксама аб’ём і малярную канцэнтрацыю HCl (моль/дм3) у атрыманым растворы.
5. Да раствору аб’ёмам 100 см3 з масавай доляй ZnSO4 6 % (ρ = 1,062 г/см3) дадалі некаторую масу цынкавага купарвасу ZnSO4 · 7H2O і атрымалі раствор з масавай доляй ZnSO4 30 % (ρ = 1,378 г/см3). Укажыце масу ўзятага ZnSO4 · 7H2O, а таксама аб’ём атрыманага раствору і малярную канцэнтрацыю ZnSO4 у ім (моль/дм3) .
6. Пры 25 °С да чыстага ацэтону (ρ = 0,786 г/см3) масай 78,6 г дадалі такі ж аб’ём вады (ρ = 0,997 г/см3). Укажыце масу і аб’ём атрыманага раствору, калі яго шчыльнасць склала 0,929 г/см3. Разлічыце малярную канцэнтрацыю ацэтону.
7. Пры 20 °С да раствору хлоравадароднай кіслаты аб’ёмам 100 см3 з масавай доляй HCl 36 % (ρ = 1,174 г/см3) дадалі такі ж аб’ём вады (ρ = 0,998 г/см3). Укажыце масу, масавую долю і малярную канцэнтрацыю HCl у атрыманым растворы, а таксама аб'ём раствору, калі яго шчыльнасць склала 1,095 г/см3.
8. Растваральнасць кіслароду ў вадзе складае 4,89 см3/100 см3 пры н. у. Улічваючы, што аб’ёмная доля кіслароду ў паветры роўная 21 %, укажыце аб’ём, масу, масавую долю і малярную канцэнтрацыю (моль/дм3) кіслароду ў вадзе аб’ёмам 1 дм3, аэраванай пры н. у. паветрам.
9. Пры 20 °С да раствору азотнай кіслаты аб’ёмам 500 см3 з масавай доляй HNO3 76,2 % (ρ = 1,438 г/см3) дадалі такі ж аб’ём раствору аміяку з масавай доляй NH3 33,5 % (ρ = 0,882 г/см3). Укажыце малярную канцэнтрацыю рэчываў (моль/дм3) у зыходных растворах. Укажыце масу, масавую долю і малярную канцэнтрацыю NH4NO3 (моль/дм3) у атрыманым растворы, калі яго шчыльнасць склала 1,279 г/см3.
10. Пры 20 °С да раствору хлоравадароднай кіслаты аб’ёмам 500 см3 з масавай доляй HCl 35,4 % (ρ = 1,176 г/см3) дадалі такі ж аб’ём раствору гідраксіду натрыю з масавай доляй NaOH 33,4 % (ρ = 1,365 г/см3). Укажыце малярную канцэнтрацыю HCl і NaOH (моль/дм3) у зыходных растворах. Укажыце масу, масавую долю і малярную канцэнтрацыю рэчываў у атрыманым растворы, калі яго шчыльнасць склала 1,199 г/см3.
*Самакантроль
1. Масавая доля солі ў растворы:
- а) выражаецца ў долях адзінкі;
- б) памяншаецца пры дадаванні растваральніку;
- в) як правіла, паніжаецца пры награванні раствору;
- г) складзе 15 %, калі растварыць 15 г рэчыва ў 100 г вады.
2. Можна прыгатаваць насычаны водны раствор рэчыва:
- а) этылавы спірт;
- б) хлоравадарод;
- в) хларыд натрыю;
- г) сульфат барыю.
3. Для прыгатавання раствораў з малярнай канцэнтрацыяй рэчыва 0,1 моль/дм3 выкарысталі мерную колбу аб’ёмам 1000 см3. Пры гэтым неабходна было ўзважыць:
- а) NaCl — 5,85 г;
- б) CuSO4 · 5H2O — 16 г;
- в) Na2CO3 · 10H2O — 28,6 г;
- г) KВr — 11,9 г.
4. Выкарыстоўваючы гідраксід натрыю масай 4 г, прыгатавалі раствор аб’ёмам 0,5 дм3. Малярная канцэнтрацыя шчолачы (моль/дм3) роўная:
- а) 0,1;
- б) 0,2;
- в) 8;
- г) 125.
5. Масавая доля (%) сульфату медзі(II) у растворы, атрыманым пры растварэнні меднага купарвасу CuSO4 · 5H2O масай 250 г у вадзе масай 1750 г, роўная:
- а) 8,00;
- б) 12,5;
- в) 14,3;
- г) 9,14.