"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Чтобы приготовить раствор с заданной массовой долей, сначала рассчитывают, сколько растворённого вещества и воды понадобится. Массовая доля показывает, какую часть массы всего раствора составляет растворённое вещество. Например, для 100 г раствора соли с долей 5% нужны 5 г соли и 95 г воды. Затем компоненты точно взвешивают, смешивают и перемешивают до полного растворения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества. В этой работе раствор составляют из выбранного растворимого вещества, например соли или сахара, и воды. После перемешивания компоненты распределяются равномерно, поэтому порции раствора имеют одинаковый состав. Это понятие помогает понять, какие именно вещества нужно отмерить перед началом работы.
Массовая доля растворённого вещества — отношение массы этого вещества к массе всего раствора: w = m(вещества) / m(раствора). Долю записывают десятичной дробью, например 0,05, или в процентах — 5%. Эти записи равны, потому что процент означает сотую часть. По массовой доле можно рассчитать, сколько вещества должно содержаться в приготовляемой смеси.
Масса раствора — суммарная масса растворённого вещества и растворителя. Поэтому m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя). Например, если смешать 5 г соли и 95 г воды, получится 100 г раствора. Это равенство нужно, чтобы найти один компонент, когда известны общая масса и масса другого компонента.
Растворитель — компонент раствора, в котором растворяется другое вещество. В водном растворе растворителем служит вода, а растворённое вещество распределяется в ней при перемешивании. Для практической работы массу воды не выбирают наугад: её рассчитывают как часть общей массы раствора. Так сохраняется заданное соотношение компонентов.
Сначала из массовой доли находят массу вещества. Формулу w = m(вещества) / m(раствора) преобразуют: m(вещества) = w · m(раствора). Если доля задана в процентах, перед умножением её делят на 100: например, 5% превращают в 0,05. Это необходимо, потому что в формуле используется доля от единицы, а не число процентов.
Затем рассчитывают массу воды: из массы всего раствора вычитают массу растворённого вещества. Так делают потому, что раствор уже включает оба компонента, а не складывается с дополнительной порцией воды сверх заданной массы. Если к нужной массе раствора прибавить найденную массу вещества, общая масса окажется больше требуемой. Проверить расчёт можно сложением: массы вещества и воды должны дать заданную массу раствора.
До начала работы готовят растворимое вещество, весы, чистую тару и воду. Чистота посуды нужна, чтобы посторонние примеси не изменили состав смеси. Весы с тарой обнуляют: тогда показание будет соответствовать массе вещества, а не вещества вместе с ёмкостью. Выбор растворимого вещества позволяет получить однородную смесь, а не суспензию с частицами на дне.
По расчёту отдельно взвешивают вещество и нужное количество воды, затем переносят вещество в воду и перемешивают. При переносе стараются не просыпать порошок: потерянная часть не попадёт в раствор, и фактическая масса вещества станет меньше расчётной. Перемешивание ускоряет соприкосновение частиц с водой, поэтому растворение идёт быстрее. Его продолжают, пока твёрдые частицы не исчезнут.
В конце проверяют, что смесь однородна и в ней не осталось видимых частиц вещества. Полезно сверить использованные массы с расчётом: их сумма должна совпадать с заданной массой раствора. Если часть воды испарилась или была добавлена лишняя порция, изменится масса смеси и массовая доля. Поэтому точное взвешивание и аккуратный перенос нужны не только для порядка, но и для получения требуемого состава.
| Величина | Обозначение или расчёт | Пример: 100 г раствора с массовой долей 5% |
|---|---|---|
| Масса раствора | m(раствора) | 100 г |
| Массовая доля растворённого вещества | w | 5% = 0,05 |
| Масса растворённого вещества | m(вещества) = w · m(раствора) | 0,05 · 100 = 5 г |
| Масса растворителя | m(раствора) − m(вещества) | 100 − 5 = 95 г |
Сначала найдите в таблице общую массу раствора и переведите процент в десятичную дробь. Затем умножьте эти величины, чтобы получить массу вещества, и вычтите её из общей массы для расчёта воды. В конце сложите массы компонентов: результат должен совпасть с массой раствора.
Задача 1. Рассчитайте массы соли и воды для приготовления 100 г раствора с массовой долей соли 5%. Нужно найти обе массы так, чтобы одновременно выполнялись условие о доле соли и условие об общей массе смеси. Для начала переводим процент в десятичную дробь, а после вычисления соли используем равенство для массы раствора.
Ответ: 5 г соли и 95 г воды. Проверка: 5 + 95 = 100 г, а 5 / 100 = 0,05, то есть 5%.
Задача 2. Нужно приготовить 250 г раствора сахара с массовой долей 12%. Найдите массы сахара и воды и опишите порядок приготовления. Сначала вычислим сахар, поскольку именно его доля задана в условии, а воду найдём как остаток до общей массы. После расчёта взвесим компоненты и смешаем их без потерь.
Ответ: 30 г сахара и 220 г воды. Проверка: 30 + 220 = 250 г, доля сахара равна 30 / 250 = 0,12, или 12%.
Задача 3. Для приготовления раствора взяли 18 г соли и 162 г воды. Найдите массу раствора и массовую долю соли в процентах; определите, соответствует ли раствор заданию приготовить раствор с массовой долей 10%. Сначала складываем массы, ведь долю считают от всей смеси, и лишь потом делим массу соли на полученную общую массу. Это позволяет сравнить результат именно с требуемыми 10%.
Ответ: масса раствора — 180 г, массовая доля соли — 10%; раствор соответствует заданию.
Делить массу вещества на массу воды. Так поступают, когда путают растворитель и весь раствор, но массовая доля показывает отношение к полной массе смеси. Проверьте себя: в знаменателе должно стоять m(раствора), равное сумме масс вещества и растворителя. Если в задаче известны массы обоих компонентов, сначала сложите их.
Прибавлять массу вещества к массе раствора, чтобы найти воду. Ошибка возникает из-за смешения общей массы с массой отдельного компонента. Вода уже входит в заданную массу раствора, поэтому её находят вычитанием массы вещества из общей массы. Самопроверка простая: сложите найденные массы воды и вещества — сумма должна быть равна массе раствора, а не превышать её.
Подставлять проценты как целое число, например 5 вместо 0,05. Число 5 в формуле означает долю 500%, а не 5%, поэтому расчёт массы вещества получается в сто раз больше нужного. Перед умножением разделите процент на 100 или запишите его как десятичную дробь. Проверьте ответ: масса растворённого вещества должна быть меньше массы всего раствора.
Терять вещество при переносе или не растворять его полностью. Просыпавшийся порошок уменьшает реальную массу вещества в смеси, а нерастворившаяся часть означает, что однородный раствор ещё не получен. Причина часто в спешке или неаккуратном перемешивании. Работайте осторожно, перенесите всё отмеренное вещество и проверьте, что частицы полностью растворились.
Для этой работы нужно уметь находить массу смеси по массам компонентов: складывать их или выражать одну массу через другую. Также требуется переводить проценты в десятичную дробь, например 12% = 0,12. Эти действия знакомы по математике, но здесь они применяются к составу раствора. Расчёт массовой доли пригодится в задачах о составе растворов и при приготовлении растворов нужной концентрации в лаборатории.
Почему массовую долю рассчитывают от массы всего раствора, а не только от массы воды?
Массовая доля показывает, какую часть всей смеси составляет растворённое вещество. Поэтому в знаменателе формулы стоит масса раствора — сумма масс вещества и растворителя. Если разделить массу вещества на массу воды, получится другое отношение, а не массовая доля.
Как найти массу вещества, если известны масса раствора и массовая доля?
Умножьте массу раствора на массовую долю, предварительно выраженную десятичной дробью. Например, 5% — это 0,05, поэтому в 100 г раствора масса вещества равна 100 · 0,05 = 5 г.
Как вычислить, сколько воды нужно добавить?
Из общей массы раствора вычтите рассчитанную массу растворённого вещества. Например, если нужно получить 100 г раствора и в нём 5 г вещества, воды потребуется 100 − 5 = 95 г.
Можно ли использовать мерный стакан вместо весов при приготовлении раствора по массе?
Мерный стакан показывает объём, а расчёт задан по массе, поэтому точность может оказаться недостаточной. Особенно нельзя считать, что одинаковые объёмы воды и другого вещества имеют одинаковую массу. Для такой работы используйте весы.
Что делать, если часть вещества просыпалась или осталась нерастворённой?
Если вещество просыпалось, его масса в растворе уже меньше расчётной, поэтому состав может не соответствовать заданию. Не добавляйте его на глаз: сообщите учителю и при необходимости приготовьте раствор заново. Если вещество не растворилось полностью, продолжайте перемешивание; нерастворившийся остаток также означает, что раствор ещё не готов.
Практическая работа 4. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворённого вещества
