Практическая работа № 3. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества

Определения и обозначения

Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества. Например, если соль равномерно распределилась в воде, смесь выглядит одинаковой во всех частях. Понятие раствора нужно, чтобы отличать полученную смесь от отдельных исходных веществ.

Растворитель — вещество, в котором растворяют другое вещество; при приготовлении раствора заданного состава обычно используют воду. Вода не исчезает, а становится частью смеси. Зная массу растворителя, можно рассчитать, сколько его требуется для нужного количества раствора.

Массовая доля растворённого вещества — отношение массы растворённого вещества к массе раствора, выраженное в долях или процентах. Её обозначают w: w = m(вещества) / m(раствора), а в процентах умножают результат на 100%. Это показывает, какую часть общей массы составляет растворённое вещество.

Масса раствора — сумма масс растворённого вещества и растворителя. Если раствор состоит только из этих двух компонентов, то m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя). Эта связь позволяет найти неизвестную массу одного компонента, если известны две другие величины.

Как это устроено

До начала работы нужно узнать, сколько растворённого вещества и воды взять, чтобы состав получился заданным. Если взять вещества слишком много или слишком мало, массовая доля изменится, даже если смесь будет выглядеть однородной. Поэтому расчёт выполняют заранее, используя заданную массу раствора и массовую долю. После расчёта остаётся отмерить компоненты и смешать их.

Чтобы вывести формулу массы вещества, начинают с определения массовой доли: w = m(вещества) / m(раствора). Умножение обеих частей на массу раствора даёт m(вещества) = w × m(раствора). Если доля дана в процентах, сначала её делят на 100: например, 8% = 0,08. Тогда для раствора массой 250 г масса вещества равна 0,08 × 250 г.

Формулу для массы раствора получают из того, что в готовой смеси есть оба компонента: m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя). Переставив слагаемые, можно выразить массу растворителя: m(растворителя) = m(раствора) − m(вещества). Значит, массу воды вычитают из общей массы раствора, а не наоборот. Такая проверка помогает не перепутать массу смеси с массой жидкости.

Последовательность работы связана с тем, что каждый следующий шаг зависит от предыдущего. Сначала рассчитывают массы, потом взвешивают растворённое вещество и отмеряют рассчитанную массу воды. Затем компоненты помещают в подходящий сосуд, добавляют вещество к воде и перемешивают до его полного растворения. Если начать смешивание до расчёта, получить точный состав будет сложнее.

Весы ставят на ровную поверхность и используют вместе с чистой сухой ёмкостью или бумагой для взвешивания: вещество не насыпают прямо на чашу. Перед измерением массы пустой ёмкости учитывают её массу, если весы не обнулены. Воду отмеряют мерной посудой аккуратно, а стеклянную палочку держат за конец и не нажимают ею на стенки сосуда. Нельзя пробовать вещества на вкус, брать их руками или направлять отверстие сосуда с жидкостью на себя.

Расчёт и приготовление раствора с заданной массовой долей

В таблице собраны расчёты и практические действия, которые выполняют по порядку. Начните с заданных массы раствора и массовой доли, найдите массу вещества, а затем рассчитайте массу растворителя. После приготовления проверьте состав по формуле массовой доли; оборудование используйте аккуратно.

Разбор задач

Задача 1. Рассчитать массы соли и воды для 100 г раствора с массовой долей соли 5%, затем описать порядок работы. Сначала важно определить, что 100 г — это масса всего раствора, а не воды. Доля 5% означает 5 частей соли на 100 частей раствора.

1. Переводим проценты в десятичную дробь: 5% = 5 / 100 = 0,05.
2. Находим массу соли: m(соли) = 0,05 × 100 г = 5 г.
3. Находим массу воды: 100 г − 5 г = 95 г.
4. Взвешиваем 5 г соли и отмеряем 95 г воды. Добавляем соль в воду и перемешиваем до полного растворения.

Ответ: нужны 5 г соли и 95 г воды. Общая масса компонентов равна 100 г, что совпадает с заданной массой раствора. Для работы понадобятся весы, подходящая ёмкость и стеклянная палочка.

Задача 2. Приготовить 250 г раствора сахара с массовой долей 8%, указав оборудование и безопасную работу. Здесь 250 г также означает массу готовой смеси, поэтому сначала рассчитываем сахар, а не воду. Значение 8% переводим в долю 0,08.

1. Масса сахара: m(сахара) = 0,08 × 250 г = 20 г.
2. Масса воды: m(воды) = 250 г − 20 г = 230 г.
3. С помощью весов отвешиваем 20 г сахара в чистую ёмкость и отдельно отмеряем 230 г воды.
4. Пересыпаем сахар в воду и перемешиваем стеклянной палочкой, пока кристаллы не растворятся. Не пробуем смесь и обращаемся со стеклянной посудой осторожно.

Ответ: для раствора нужны 20 г сахара и 230 г воды. Используют весы, ёмкость для взвешивания, стакан или колбу и стеклянную палочку. Проверка сложением даёт 20 г + 230 г = 250 г.

Задача 3. Взяли 12 г вещества и 188 г воды; требуется определить массовую долю и сравнить её с заданными 5%. Чтобы использовать определение, сначала находим массу всего раствора, сложив массы компонентов. Затем вычисляем, какую часть этой массы составляет вещество.

1. Масса раствора: 12 г + 188 г = 200 г.
2. Доля вещества: w = 12 г / 200 г = 0,06.
3. Переводим в проценты: 0,06 × 100% = 6%.
4. Сравниваем: 6% больше 5%, значит раствор не соответствует заданию.

Ответ: массовая доля равна 6%, а не 5%. Причина расхождения видна по расчёту: в 200 г смеси должно быть 10 г вещества для доли 5%, но взяли 12 г. Расчёт помогает оценить состав, даже если раствор уже приготовлен.

Типичные ошибки

Первая ошибка — вычитать массу вещества из заданной массы воды. Так поступают, когда путают массу раствора с массой растворителя, но заданная масса обычно относится ко всей смеси. Проверьте себя сложением: масса вещества и найденной воды должна дать массу раствора.

Вторая ошибка — подставлять процент как целое число, например 5 вместо 0,05. Это происходит, если забыть, что процент означает сотую долю; результат тогда будет в 100 раз больше нужного. Перед вычислением запишите перевод: 5% = 0,05, а после расчёта проверьте, что масса вещества меньше массы всего раствора.

Третья ошибка — прекратить перемешивание, пока часть вещества ещё не растворилась. В таком случае смесь неоднородна: в разных местах может оказаться разное количество растворённого вещества. Перемешивайте аккуратно и убедитесь, что видимых частиц больше нет, прежде чем считать раствор готовым.

Четвёртая ошибка — класть вещество прямо на чашу весов или неосторожно обращаться со стеклянной посудой. Так делают из-за спешки или незнания правил, но чашу можно испачкать, а стекло — повредить. Используйте чистую ёмкость для взвешивания, ставьте посуду устойчиво и держите отверстие сосуда от себя.

Связь с другими темами

Для расчётов нужны понятия массы, доли и процента, а также умение переводить проценты в десятичные дроби. Например, 8% превращается в 0,08, после чего можно умножать это число на массу раствора. Эти навыки пригодятся и в других задачах, где нужно найти часть от целого.

Приготовление раствора с нужным составом встречается не только в лаборатории, но и в быту, когда важно точно соблюдать соотношение компонентов. Позже эта тема поможет изучать растворимость и массовую долю вещества в растворе. Она также развивает умение выполнять количественные расчёты, которое потребуется при изучении химических реакций.

Что запомнить

• Раствор состоит из растворителя и растворённого вещества.
• Масса раствора равна сумме масс растворённого вещества и растворителя.
• Массовая доля равна отношению массы растворённого вещества к массе раствора.
• Массовую долю можно выражать десятичной дробью или в процентах.
• Сначала выполняют расчёт, затем взвешивают вещество и отмеряют растворитель.
• Растворённое вещество нужно полностью растворить и тщательно перемешать.
• При выполнении работы необходимо соблюдать правила безопасности.