Практическая работа 4. Приготовление раствора заданной концентрации

Определения и обозначения

Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества. Растворитель составляет среду, в которой распределяются частицы другого компонента; при обычной школьной работе им служит вода. Растворённое вещество задаёт состав приготовленной смеси, поэтому его массу рассчитывают заранее.

Растворитель — вещество, в котором растворяют другое вещество. Для практической работы обычно используют воду, потому что многие вещества в ней растворяются. Зная массу растворителя, можно правильно отмерить воду и получить смесь нужного состава.

Растворённое вещество — вещество, которое распределяется в растворителе при приготовлении раствора. Например, в солёной воде таким веществом будет соль. Его массу нужно определить по заданной концентрации и взвесить, а не отмерять на глаз.

Массовая доля растворённого вещества — отношение его массы к массе всего раствора; её обозначают греческой буквой ω. Формула: ω = m(вещества) / m(раствора), а в процентах долю умножают на 100%. Эта величина показывает, какая часть общей массы приходится на растворённое вещество.

Как это устроено

Масса раствора складывается из масс растворённого вещества и растворителя: вещество не исчезает при растворении, а лишь распределяется в жидкости. Поэтому m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя). Это равенство помогает проверить расчёт и найти неизвестную массу одного из компонентов, если известны две другие.

Чтобы найти массу растворённого вещества по заданной массовой доле и массе раствора, сначала переводят проценты в десятичную дробь. Затем используют формулу ω = m(вещества) / m(раствора) и выражают из неё массу вещества: m(вещества) = ω · m(раствора). Например, для доли 5% в вычислениях берут 0,05, а не 5.

После расчёта массы вещества находят массу растворителя. Из общей массы раствора вычитают массу вещества: m(растворителя) = m(раствора) − m(вещества). Такой порядок нужен потому, что заданная масса раствора включает оба компонента, а не одну воду.

Компоненты отмеряют взвешиванием на весах. Сначала поставьте чистую тару и обнулите весы или отдельно учтите её массу, чтобы не включить тару в результат. Вещество и воду лучше взвешивать отдельно: так проще получить нужные количества и избежать ошибки при дозировании.

Для приготовления раствора используйте чистую посуду и соблюдайте правила безопасности. Сначала растворите взвешенное вещество в части рассчитанной воды и перемешайте до однородности; затем добавьте оставшуюся воду до нужной общей массы. Так твёрдое вещество удобнее растворить, а итоговое количество растворителя останется правильным.

Этапы приготовления раствора заданной массовой доли

Двигайтесь по этапам сверху вниз: каждый следующий опирается на правильный расчёт предыдущего. Перед началом работы проверьте, что масса вещества и масса воды в сумме дают заданную массу раствора. Таблица помогает не пропустить ни расчёт, ни проверку готовой смеси.

Разбор задач

Задача 1. Рассчитайте массы соли и воды для 100 г раствора с массовой долей соли 5%. Сначала найдём, какую часть общей массы составляет соль, а затем определим остаток, приходящийся на воду.

1. Переводим процент в десятичную дробь: 5% = 0,05.
2. Находим массу соли: 100 г · 0,05 = 5 г.
3. Вычитаем её из массы раствора: 100 г − 5 г = 95 г воды.

Ответ: нужны 5 г соли и 95 г воды. Сумма компонентов равна 100 г, поэтому расчёт согласуется с условием.

Задача 2. Для раствора массой 250 г задана массовая доля вещества 12%. Требуется определить массы вещества и воды и связать расчёт с приготовлением. Доля показывает, какая часть массы раствора приходится на вещество.

1. Переводим 12% в дробь: 12% = 0,12.
2. Находим массу вещества: 250 г · 0,12 = 30 г.
3. Находим массу воды: 250 г − 30 г = 220 г.

Сначала взвесьте 30 г вещества и 220 г воды в чистой таре, учитывая её массу. Растворите вещество в части воды и перемешайте, затем добавьте остаток воды. Ответ: 30 г вещества и 220 г воды.

Задача 3. Имеется 18 г вещества; нужно определить массу 6%-го раствора и необходимое количество воды. Здесь известна масса вещества, а неизвестна общая масса смеси. Из формулы массовой доли выразим массу раствора: m(раствора) = m(вещества) / ω.

1. Переводим долю в дробь: 6% = 0,06.
2. Находим массу раствора: 18 г / 0,06 = 300 г.
3. Вычитаем массу вещества: 300 г − 18 г = 282 г воды.

Ответ: получится 300 г раствора, для которого требуется 282 г воды. Проверка: 18 г составляет 6% от 300 г.

Типичные ошибки

Ошибка: в знаменатель формулы массовой доли подставляют массу воды, а не раствора. Так поступают, потому что считают воду основой смеси, но раствор включает и растворённое вещество. Проверьте себя: знаменатель должен быть равен сумме масс обоих компонентов.

Ошибка: вместо десятичной дроби подставляют процент целым числом, например 5 вместо 0,05. Процентная запись привычна, но формула требует долю единицы. Перед вычислением разделите процент на 100 и проверьте, что полученное число меньше единицы.

Ошибка: массу воды принимают равной массе всего раствора. Это возможно, если забыть, что часть общей массы приходится на растворённое вещество. Самопроверка простая: масса воды плюс масса вещества должна дать заданную массу раствора.

Ошибка: сначала отмеряют воду «на глаз», а потом добавляют вещество. Так трудно попасть в заданную общую массу, особенно если масса растворённого вещества заметна. Сначала рассчитайте обе массы, затем взвесьте их; в конце проверьте их сумму.

Связь с другими темами

До практической работы нужно уметь находить массу вещества по массовой доле и переводить проценты в десятичную дробь. Эти действия составляют основу расчёта, поэтому полезно сначала записать формулу и только потом подставлять числа. Так меньше риск перепутать процент и долю.

Состав раствора понадобится в задачах на массовую долю и при приготовлении смесей в дальнейших лабораторных работах. Понимание того, какая масса стоит в знаменателе, помогает решать задачи без путаницы между раствором и растворителем. Один и тот же расчёт применяют к разным растворённым веществам.

Практическая работа соединяет вычисления по химии с лабораторными умениями: взвешиванием, растворением и перемешиванием. Расчёт задаёт нужные количества, а аккуратная работа помогает получить однородную смесь. Правила безопасности нужны на каждом этапе приготовления.

Что запомнить

• Массовая доля показывает, какую часть массы раствора составляет растворённое вещество.
• Масса раствора равна сумме масс растворённого вещества и растворителя.
• Процентную массовую долю для расчёта переводят в десятичную дробь.
• Массу растворённого вещества находят умножением массы раствора на массовую долю.
• Массу растворителя находят вычитанием массы вещества из массы раствора.
• Сначала рассчитывают компоненты, затем взвешивают их и готовят раствор.