Растворимость (Р, χ или ks) – это характеристика насыщенного раствора, которая показывает, какая масса (или объем для газов) растворенного вещества может максимально раствориться в 100 г растворителя. Размерность растворимости — г/ 100 г воды. Поскольку мы определяем массу соли, которая приходится на 100 г воды, в формулу растворимости добавляем множитель 100:
здесь mр.в. – масса растворенного вещества, г
mр-ля – масса растворителя, г
Иногда используют обозначение коэффициент растворимости kS.
Задачи на растворимость, как правило, вызывают сложности, так как эта физическая величина для школьников не очень привычна.
Как же решать задачи на растворимость? Я использую два способа. Давайте их рассмотрим на фрагменте задачи из реального ЕГЭ по химии 2019 года, где впервые появились задачи с упоминанием растворимости.
«Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 400 мл воды.»
Первый способ.
Растворимость не показывает реальное количество соли или количество воды. Это всего лишь способ выражения концентрации в насыщенных растворах, величина, которая показывает, как соотносятся масса растворенного вещества и масса воды (или другого растворенного вещества)! Например, в условии задачи растворимость карбоната натрия 31,8 г на 100 г воды означает, что для растворения каждых 31,8 г соли необходимо 100 г воды. Зато из этих данных можно определить массовую долю растворенного вещества. Рассмотрим этот эталонный раствор, в котором содержится 31,8 г соли и 100 г воды. Массовая доля соли в таком растворе составляет:
ωр.в. = mр.в./mр-ра = 31,8 г/131,8 г = 0,2413 или 24,13%
Но в нашем, реальном растворе, который получается при растворении карбоната натрия в 400 г воды, массовая доля соли такая же!
Зная массу воды и массовую долю соли, мы без труда составим уравнение и определим массу соли в реальном растворе:
ωр.в. = mр.в./(mр.в. + mр-ра)
0,2413 = mр.в./(mр.в. + 400)
mр.в. = 127,2 г
Получается, масса нитрата натрия в реальном растворе равна 127,2 г.
Второй способ.
Используя все тот же эталонный раствор, мы можем составить пропорцию, чтобы определить массу соли в реальном растворе.
На 100 г воды приходится 31,8 г соли (по условию)
на 400 г воды будет приходиться х г соли (в реальном растворе)
Определяем х из пропорции:
х = 400 г · 31,8 г/100 г = 127,2 г нитрата натрия.
Но будьте осторожны! Пропорции можно составить далеко не для всех величин. Но соотносить массу воды и массу растворенного вещества при неизменной концентрации (массовой доле) растворенного вещества можно и иногда очень удобно. Также пропорциональны масса раствора и масса растворенного вещества, масса воды и масса раствора и т.д.
Задача 1. Массовая доля вещества в насыщенном растворе равна 24% при некоторой температуре. Определите коэффициент растворимости этого вещества при данной температуре.
Решение:
Для определения растворимости вещества примем массу раствора равной 100 г. Тогда масса соли равна:
mр.в. = mр-ра⋅ωр.в. = 100⋅0,24 = 24 г
Масса воды равна:
mводы = mр-ра – mр.в. = 100 — 24 = 76 г
Определяем растворимость:
χ = mр.в./mр-ля⋅100 = 24/76⋅100 = 31,6 г вещества на 100 г воды.
Ответ: χ = 31,6 г
Еще несколько аналогичных задач:
2. Массовая доля соли в насыщенном растворе при некоторой температуре равна 28,5%. Определите коэффициент растворимости вещества при этой температуре.
Решение:
Примем массу раствора равной 100 г. Тогда масса соли равна:
mр.в. = mр-ра⋅ωр.в. = 100⋅0,285 = 28,5 г
Масса воды равна:
mводы = mр-ра – mр.в. = 100 — 28,5 = 71,5 г
Определяем растворимость:
χ = mр.в./mр-ля⋅100 = 28,5/71,5⋅100 = 39,86 г вещества на 100 г воды.
Ответ: χ = 39,86 г вещества на 100 г воды.
3. Определите коэффициент растворимости нитрата калия при некоторой температуре, если массовая доля соли при этой температуре равна 0,48.
4. Какая масса воды и соли потребуется для приготовления 500 г насыщенного при некоторой температуре раствора нитрата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 63,9 г соли в 100 г воды?
5. Коэффициент растворимости хлорида натрия при некоторой температуре составляет 36 г соли в 100 г воды. Определите молярную концентрацию насыщенного раствора этой соли, если плотность раствора 1,2 г/мл.
Ответ: 5,49М
6. Какая масса соли и 5% раствора её потребуется для приготовления 450г насыщенного при некоторой температуре раствора сульфата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 439г/1000г воды?
7. Какая масса нитрата бария выделится из раствора, насыщенного при 100ºС и охлаждённого до 0ºС, если во взятом растворе было 150мл воды? Коэффициент растворимости нитрата бария при температурах 0ºС и 100ºС равен соответственно 50г и 342г в 100г воды.
8. Коэффициент растворимости хлорида калия при 90ºС равен 500г/л воды. Сколько граммов этого вещества можно растворить в 500г воды при 90ºС и какова его массовая доля в насыщенном растворе при этой температуре?
9. В 500г воды растворено при нагревании 300г хлорида аммония. Какая масса хлорида аммония выделится из раствора при его охлаждении до 50ºС, если коэффициент растворимости соли при этой температуре равен 50г/л воды?
Рассмотрим несколько примеров решения задач на растворимость из реальных ЕГЭ по химии.
10. Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната натрия к 400 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора сульфата железа(III). К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора азотной кислоты, также взятой в избытке. При этом, объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 2 раза больше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю нитрата натрия в конечном растворе во второй колбе.
Первый этап.
Определяем массу карбоната натрия, который растворится в 400 мл воды:
На 100 г воды приходится 31,8 г соли (по условию)
на 400 г воды будет приходиться х г соли (в реальном растворе)
Определяем х из пропорции:
х = 400 г · 31,8 г/100 г = 127,2 г нитрата натрия.
n(Na2CO3) = m(Na2CO3)/M = 127,2 г/106 г/моль = 1,2 моль
Массовая доля карбоната натрия в этом растворе:
ω(Na2CO3) = m(Na2CO3)/mр-ра = 127,2 г/(127,2 г + 400 г) = 0,2413 или 24,13%
Далее раствор карбоната натрия разделили на две порции. Как решать задачи с порциями (частями)? Очень просто. Во всем исходном растворе и в порциях (частях), которые мы отделили от основного раствора, кое-что не меняется. Давайте порассуждаем, что именно.
Меняется ли масса раствора? Без сомнения, мы же разделяем раствор на части.
Меняется ли масса растворенного вещества? Также без сомнения — часть вещества попадет в одну порцию, часть в другую.
А меняется ли массовая доля растворенного вещества? Или соотношение массы растворенного вещества и воды, или другое соотношение? Конечно, не изменяется, ведь раствор — это гомогенная система, в которой вещество распределено равномерно.
Второй этап.
В первой колбе протекает реакция:
3Na2CO3 + Fe2(SO4)3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3CO2 + 3Na2SO4
Это типичный пример реакции необратимого гидролиза.
Во второй колбе протекает реакция:
Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2 + H2O
Пусть в первой колбе выделилось х моль углекислого газа. Количество вещества газов соотносится также, как объемы газов. Поэтому можно сказать, что во второй колбе выделится 2х моль углекислого газа.
Получается, что в первой колбе в реакцию вступает х моль карбоната натрия, а во второй колбе 2х моль карбоната натрия. Общее количество вещества карбоната натрия известно, получаем уравнение:
х + 2х = 1,2
Отсюда х = 0,4 моль.
Во второй колбе количество и масса карбоната натрия:
n2(Na2CO3) = 2х = 0,8 моль
m2(Na2CO3) = n2(Na2CO3)·M = 0,8 моль·106 г/моль = 84,8 г
Масса раствора карбоната во второй колбе (массовая доля соли в исходном растворе и в двух колбах не изменяется):
mр-ра,2(Na2CO3) = m2(Na2CO3)/ω = 84,8 г / 0,2413 = 351,47 г
Масса углекислого газа, который выделился во второй реакции:
m2(CO2) = n2(CO2)·M(СО2) = 0,8 моль·44 г/моль = 35,2 г
Масса нитрата натрия во второй колбе:
m2(NaNO3) = n2(NaNO3)·M(NaNO3) = 1,6 моль·85 г/моль = 136 г
Масса конечного раствора во второй колбе:
mр-ра,2 = mр-ра,2(Na2CO3) + mр-ра(HNO3) — m(CO2) = 351,47 г + 300 г — 35,2 г = 616,27 г
Массовая доля нитрата натрия в конечно растворе во второй колбе:
ω2(NaNO3) = m2(NaNO3)/mр-ра,2 = 136 г/616,27 г = 0,2207 или 22,07%
Ответ: ω(NaNO3) = 22,07%
11. Растворимость безводного сульфида натрия при некоторой температуре составляет 15,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 289 г насыщенного раствора сульфида натрия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора хлорида алюминия. К раствору во второй колбе добавили 100 г соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 1,5 раза больше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида натрия в конечном растворе во второй колбе.
3Na2S + 2AlCl3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S + 6NaCl
Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S
Ответ: ω(NaCl) = 13,336%
12. Растворимость безводного хлорида алюминия при некоторой температуре составляет 53,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 306,8 г насыщенного раствора хлорида алюминия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора карбоната калия. К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора аммиака, также взятого в избытке. При этом, масса осадка, выпавшего во второй колбе, оказалась в 3 раза больше массы осадка, выпавшего в первой колбе. Определите массовую долю хлорида аммония в конечном растворе во второй колбе.
2AlCl3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6KCl
AlCl3 + 3NH3∙H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl
Ответ: ω(NH4Cl) = 19,9255%
13. Растворимость безводного карбоната аммония при некоторой температуре составляет 96 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество карбоната аммония к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток твёрдого гидроксида натрия и нагрели. К раствору во второй колбе добавили 250 г соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 3 раза меньше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю соли в конечном растворе во второй колбе.
(NH4)2CO3 + 2NaOH = 2NH3 + 2H2O + Na2CO3
(NH4)2CO3 + 2HCl = 2NH4Cl + CO2 + H2O
Ответ: ω(NH4Cl) = 26,62%
14. Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. Насыщенный раствор, приготовленный при этой температуре добавлением необходимого количества карбоната натрия к 200 мл воды, разделили на две части. К первой части прилили избыток соляной кислоты. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа. Ко второй части насыщенного раствора добавили 222 г 25%-ного раствора хлорида кальция. Определите массовую долю хлорида кальция в полученном растворе.
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O
Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3 + 2NaCl
Ответ: ω(CaCl2) = 3,1%
15. Растворимость безводного сульфата железа(II) при некоторой температуре составляет 30,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 326 г насыщенного раствора сульфата железа(II). Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора хлорида бария. При этом образовалось 46,6 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 50 г 34%-ного раствора аммиака. Определите массовую долю аммиака в конечном растворе во второй колбе.
FeSO4 + BaCl2 = BaSO4 + FeCl2
FeSO4 + 2NH3∙H2O = Fe(OH)2 + (NH4)2SO4
Ответ: ω(NH3) = 3,11%
16. Растворимость безводного сульфата алюминия при некоторой температуре составляет 34,2 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфата алюминия к 300 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора аммиака. При этом образовалось 15,6 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 320 г 25%-ного раствора гидроксида натрия. Определите массовую долю сульфата натрия в конечном растворе во второй колбе.
Al2(SO4)3 + 6NH3∙H2O = 2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4
Al2(SO4)3 + 8NaOH = 2Na[Al(OH)4] + 3Na2SO4
Ответ: ω(Na2SO4) = 14,48%
17. Растворимость безводного карбоната натрия при некоторой температуре составляет 31,8 г на 100 г воды. Приготовленный при этой температуре насыщенный раствор карбоната натрия массой 395,4 г разделили на две части. К первой части прилили избыток раствора нитрата кальция. При этом образовалось 50 г осадка. Ко второй части насыщенного раствора добавили 252 г 30%-ного раствора азотной кислоты. Определите массовую долю азотной кислоты в образовавшемся растворе.
Na2CO3 + Ca(NO3)2 = CaCO3 + 2NaNO3
Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2 + H2O
Ответ: ω(HNO3) = 6,14%
18. Растворимость безводного сульфата железа(II) при некоторой температуре составляет 30,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфата железа(II) к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора гидроксида натрия. При этом образовалось 18 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 870 г 15%-ного раствора нитрата бария. Определите массовую долю нитрата бария в конечном растворе во второй колбе.
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
FeSO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4 + Fe(NO3)2
Ответ: ω(Ba(NO3)2) = 5,24%
19. Растворимость безводного сульфида натрия при некоторой температуре составляет 15,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфида натрия к 250 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделилось 4,48 л (н.у.) газа. К раствору во второй колбе добавили 450 г 15%-ного раствора хлорида меди(II). Определите массовую долю хлорида меди(II) в конечном растворе во второй колбе.
Na2S + 2HCl = H2S + 2NaCl
Na2S + CuCl2 = CuS + 2NaCl
Ответ: ω(CuCl2) = 4,54%
21. Растворимость безводного хлорида кальция при некоторой температуре составляет 55,5 г на 100 г воды. Насыщенный раствор, приготовленный при этой температуре добавлением необходимого количества хлорида кальция к 160 мл воды, разлили на две колбы. В первую колбу добавили избыток раствора карбоната натрия. При этом выпал осадок массой 30 г. Во вторую колбу добавили 595 г 40%-ного раствора нитрата серебра. Определите массовую долю нитрата серебра в растворе, образовавшемся во второй колбе.
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl
CaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl + Ca(NO3)2
Ответ: ω(AgNO3) = 11,2%
22. Растворимость безводного гидрокарбоната натрия при некоторой температуре составляет 12,6 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 450,4 г насыщенного раствора гидрокарбоната натрия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора гидроксида бария. При этом образовалось 39,4 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 245 г 20%-ного раствора серной кислоты. При этом образовалась средняя соль. Определите массовую долю серной кислоты в конечном растворе во второй колбе.
NaHCO3 + Ba(OH)2 = BaCO3 + NaOH + H2O
2NaHCO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2CO2 + 2H2O
Ответ: ω(H2SO4) = 5,57%
23. Растворимость хлорида алюминия при некоторой температуре составляет 53,4 г на 100 г воды. Приготовленный при этой температуре насыщенный раствор хлорида алюминия массой 767 г разлили по двум колбам. В первую колбу добавили избыток раствора нитрата серебра, при этом выпало 344,4 г осадка. Во вторую колбу добавили 960 г 40%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю хлорида натрия в растворе, образовавшемся во второй колбе.
AlCl3 + 3AgNO3 = 3AgCl + Al(NO3)3
AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl
Ответ: ω(NaCl) = 14,83%
24. Растворимость безводного сульфата железа(II) при некоторой температуре составляет 30,4 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфата железа(II) к 400 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора аммиака. При этом образовалось 27 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 780 г 20%-ного раствора хлорида бария. Определите массовую долю хлорида бария в конечном растворе во второй колбе.
FeSO4 + 2NH3∙H2O = Fe(OH)2 + (NH4)2SO4
FeSO4 + BaCl2 = BaSO4 + FeCl2
Ответ: ω(BaCl2) = 5,255%
25. Растворимость безводного хлорида кальция при некоторой температуре составляет 55,5 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество хлорида кальция к 300 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора нитрата серебра. При этом образовалось 143,5 г осадка. К раствору во второй колбе добавили 1272 г 10%-ного раствора карбоната натрия. Определите массовую долю карбоната натрия в конечном растворе во второй колбе.
CaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl + Ca(NO3)2
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl
Ответ: ω(Na2CO3) = 1,43%
26. Растворимость безводного сульфита натрия при некоторой температуре составляет 25,2 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили насыщенный раствор, добавив необходимое количество сульфита натрия к 300 мл воды. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток концентрированной азотной кислоты. При этом выделился бурый газ. К раствору во второй колбе добавили 300 г раствора соляной кислоты, также взятой в избытке. При этом, объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался равен объёму газа, выделившемуся из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю хлорида натрия в конечном растворе во второй колбе.
Na2SO3 + 2HNO3 = Na2SO4 + 2NO2 + H2O
Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + SO2 + H2O
Ответ: ω(NaCl) = 8,92%
27. Растворимость безводного сульфита натрия при некоторой температуре составляет 25,2 г на 100 г воды. При этой температуре приготовили 250,4 г насыщенного раствора сульфита натрия. Раствор разлили в две колбы. К раствору в первой колбе добавили избыток раствора сульфата алюминия. К раствору во второй колбе добавили 200 г разбавленного раствора серной кислоты, также взятой в избытке. При этом, объём газа, выделившийся из второй колбы, оказался в 3 раза меньше объёма газа, выделившегося из первой колбы. (Объёмы газов измерены при одинаковых условиях). Определите массовую долю соли в конечном растворе во второй колбе. (Учитывать образование только средних солей).
3Na2SO3 + Al2(SO4)3 + 3H2O = 3SO2 + 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 + H2O
Ответ: ω(Na2SO4) = 5,54%
Расчеты с участием понятия растворимости солей в рамках ЕГЭ
В ходе подготовки к ЕГЭ по химии постоянно приходится сталкиваться с понятием «раствор». Обычно под этим словом подразумевают абсолютно однородную на любом уровне, гомогенную смесь веществ. Растворы бывают самые разные по агрегатному состоянию, но в рамках экзаменов встречаем в основном растворы жидкие. Среда, в которой что-то растворяем, в таком случае будет жидкостью. Давайте введем сразу несколько понятий, которые пригодятся в дальнейшем.
Растворитель – жидкость, которая выполняет роль среды, в которой что-то растворяют. В рамках задач ЕГЭ и ДВИ практически всегда используют воду.
Растворенное вещество – вещество, которое добавили в растворитель, и оно с ним полностью смешалось. Может быть в любом агрегатном состоянии.
Растворимость – способность вещества смешиваться с растворителем. Также под растворимостью понимают массу вещества, которое может раствориться в определенной массе раствора при данных условиях.
Разбавленный раствор – раствор, содержание растворителя в котором значительно превышает содержание растворенного вещества. Например, 0,1%-ный раствор хлорида натрия.
Концентрированный раствор – раствор, содержание растворенного вещества в котором сопоставимо или превышает содержание растворителя. Например, 65%-ный раствор азотной кислоты.
Насыщенный раствор – раствор, в котором больше нельзя растворить такое вещество. Достигнут предел по растворимости.
Пересыщенный раствор – неустойчивая система, в которой содержание растворенного вещества превышает растворимость при данных условиях. На экзаменах не встречается.
В расчетных задачах ЕГЭ или ДВИ часто фигурирует растворимость тех или иных веществ. Она зависит от многих факторов. Например, природы растворителя и растворенного вещества. Очень важным фактором является температура. Для подавляющего большинства солей растворимость в воде больше при высокой температуре и меньше при низкой. Например, у хлорида калия при 80˚С растворимость равна 51,3 г/100 г воды, а при 0˚С уже станет 28 г/100 г воды. Растворимость является индивидуальной физико-химической характеристикой вещества. Итого можно отметить следующие факты, значимые для решения задач:
- Растворимость вещества при определенных условиях является постоянной величиной и приведена в качестве справочного данного.
- Растворимость при заданной температуре обычно приводится в формате массы растворенного вещества в 100 г чистого растворителя (воды). Не раствора, а именно чистого растворителя!
- Горячий насыщенный раствор содержит больше растворенного вещества, чем холодный.
- При охлаждении горячего насыщенного раствора из него начнет выпадать избыток растворенного вещества до достижения значения растворимости при более низкой температуре.
- Избыток растворенного вещества может выпасть как в безводном состоянии, так и в виде кристаллогидрата. Во втором случае он уносит с собой часть растворителя.
Рассмотрим основные расчетные приемы с участием растворимости.
Задача №1
Растворимость хлорида калия при 0˚С равна 28 г/100 г воды. Вычислите массовую долю соли в таком растворе.
Решение:
Пусть было 28 г соли и 100 г воды. Тогда можно найти массу раствора:
m(p-pa) = m(соли) + m(воды) = 28 + 100 = 128 г
Вычислим массовую долю соли в растворе:
ω(соли) = m(соли)/m(p-pa)·100% = 28/128·100% = 21,88%
Ответ: 21,88%
Задача №2
Вычислите растворимость сульфата аммония при 20˚С, если массовая доля соли в его насыщенном растворе при данной температуре равна 42,86%. Плотность раствора равна 1,25 г/мл.
Решение:
Пусть было 100 мл раствора. Тогда можно вычислить его массу:
m(p-pa) = ρ(p-pa)·V(p-pa) = 1,25·100 = 125 г
Далее вычислим массу соли и воды в растворе:
m(соли) = m(p-pa)·ω(соли)/100% = 125·42,86%/100% = 53,58 г
m(воды) = m(p-pa) — m(соли) = 125 – 53,58 = 71,42 г
Растворимость соли на 100 г воды можно найти по пропорции:
53,58 г соли – 71,42 г воды
х г соли – 100 г воды
х = 53,58·100/71,42 = 75 г
Ответ: 75 г/100 г воды.
Задача №3
Насыщенный при 20˚С раствор нитрата бария массой 218 г нагрели до 60˚С. Вычислите массу соли, которую можно дополнительно растворить в горячем растворе, если растворимость нитрата бария при 20˚С равна 9 г/100 г воды, а при 60˚С – 20 г/100 г воды.
Решение:
Вычислим массы соли и воды в изначальном растворе:
9 г соли – 109 г раствора
х г соли – 218 г раствора
х = 18 г
m1(соли) = 18 г
m(воды) = m(p-pa) – m1(соли) = 218 – 18 = 200 г
Далее вычислим, сколько соли может раствориться в имеющемся количестве воды при 60˚С:
20 г соли – 100 г воды
х г соли – 200 г воды
х = 40 г
m2(соли) = 40 г
Найдем массу соли, которую можно дополнительно растворить в горячем растворе:
Δm = m2(соли) — m1(соли) = 40 – 18 = 22 г
Ответ: 22 г.
Задача №4
Рассчитайте массу безводной соли, которая получится при охлаждении до 10˚С насыщенного при 80˚С раствора дихромата аммония массой 430 г. Растворимость соли при 80˚С равна 115 г/100 г воды, а при 10˚С – 25,5 г/100 г воды.
Решение:
Вычислим массу соли и воды в исходном растворе:
115 г соли – 215 г раствора
х г соли – 430 г раствора
х = 230 г
m1(соли) = 230 г
m(воды) = m(p-pa) – m1(соли) = 430 – 230 = 200 г
Далее вычислим, сколько соли может раствориться в имеющемся количестве воды при 10˚С:
25,5 г соли – 100 г воды
х г соли – 200 г воды
х = 51 г
m2(соли) = 51 г
Найдем массу соли, которая выпадет при охлаждении горячего раствора:
Δm = m1(соли) – m2(соли) = 230 – 51 = 179 г
Ответ: 179 г.
Задача №5
При охлаждении до 0˚С 31 г горячего насыщенного раствора сульфата меди (II) в осадок выпал медный купорос (CuSO4·5H2O). Определите массу образовавшегося кристаллогидрата, если растворимость сульфата меди (II) при 80˚С равна 55 г/100 г воды, а при 0˚С равна 15 г/100 г воды.
Решение:
Выразим массовую долю сульфата меди в составе медного купороса:
ω(CuSO4) = m(CuSO4)/m(CuSO4·5H2O)·100% = М(CuSO4)/М(CuSO4·5H2O)·100%
ω(CuSO4) = 160/250·100% = 64% или 0,64
Пусть масса осадка была х г. Тогда в его составе оказалось 0,64х г безводной соли. Вычислим массу безводной соли в изначальном растворе:
55 г соли – 155 г раствора
у г соли – 31 г раствора
у = 11
m1(соли) = 11 г
При охлаждении часть безводной соли перешла в состав кристаллогидрата. Охлажденный раствор по растворимости должен соответствовать справочным данным. Можно записать это так:
(11 – 0,64х)/(31 – х) = 15/115
115·(11 – 0,64х) = 15·(31 – х)
1265 – 73,6х = 465 – 15х
800 = 58,6х
х = 13,65 г
Ответ: 13,65 г.
При подготовке к экзамену в форме ЕГЭ задание 27 у обучающихся возникают вопросы по решению задач на смешивание и разбавление растворов. Эти задачи решают как на уроках математики, так и на уроках химии. Решение каждой задачи рассмотрено разными способами. Ученик может выбрать любой способ решения. Алгебраический способ решения задач на смешивание растворов учит детей строить цепочку логических рассуждений. «Конверт Пирсона» — это механический способ, который позволяет рационально проводить вычисления при решении задач на ЕГЭ.
Задачи на смешивание и разбавление растворов (по массе) можно разделить на следующие типы:
1. Задачи, связанные со смешиванием растворов, решаются по формуле:
W3
,
где w3 — массовая доля растворенного вещества в конечном растворе;
m1(р.в.) — масса растворенного вещества в растворе с большей концентрацией;
m2(р.в.) — масса растворенного вещества в растворе с меньшей концентрацией;
m1(р-ра) — масса раствора с большей массовой долей растворенного вещества;
m2(р-ра) — масса раствора с меньшей массовой долей растворенного вещества.
2. Задачи на разбавление раствора, решаются по формуле:
3. Задачи на выпаривание раствора, решаются по формуле:
Для решение задач на смешивание растворов можно вывести формулу:
w3
w3 · ( m1 + m2 ) = w1·m1 + w2·m2
w3· m1+ w3· m2 = w1·m1 + w2·m2
m1· w3 — m1· w1= m2· w2- m2· w3
m1 (w3 — w1) = m2 (w2- w3)
=
,
= 
, где m1 и m2 массы исходных растворов,
w1 и w2 — соответствующие им массовые доли растворенного вещества;
m3 — масса конечного раствора;
w3 — массовая доля растворенного вещества в конечном растворе.
Таким образом: отношение массы первого раствора к массе второго равно отношению разности массовых долей второго раствора и смеси к разности массовых долей смеси и первого раствора.
Задача 1. Смешали 200 г раствора с массовой долей некоторого вещества 10 % и 150 г раствора с массовой долей этого вещества 32 %. Вычислите массовую долю растворённого вещества в полученном растворе.
350·w3 =68; w3 = 0,19 или 19%
Cпособ 2. Решим задачу, путем последовательных вычислений:
m1 (р. в.) =200г · 0,1= 20 г
m2 (р. в.) =150г · 0,32= 48 г
m3 (р. в.)= 20+48 = 68г; m3 (р-ра) = 200+150 =350 г
W
= 0,19 или 19%
Ответ: массовая доля растворенного вещества в полученном растворе равна 19 %.
Способ 3. Алгебраический: пусть, х массовая доля полученного раствора;
Масса вещества в первом растворе: 200г · 0,1;
Масса вещества во втором растворе: 150г · 0,32
Масса вещества в полученном растворе: х · (200г+150г); составим уравнение:
200 · 0,1 +150 · 0,32= х · (200+150);
20 +48 = 200х +150х
68 = 350х
х=0,19 или 19%
Ответ: массовая доля растворенного вещества в полученном растворе равна 19 %
Способ 4. Графический метод
Отрезок прямой (основание графика) представляет собой массу смеси, а на осях ординат откладывают точки, соответствующие массовым долям растворенного вещества в исходных растворах. Соединив прямой точки на осях ординат, получают прямую, которая отображает функциональную зависимость массовой доли растворенного вещества в смеси от массы смешанных растворов в обратной пропорциональной зависимости. Данный способ является наглядным и дает приближенное решение.
Задача 2. Смешали 30 %-й раствор серной кислоты с 15%-ным раствором этой же кислоты и получили 600 г 20 %-го раствора.
Вычислите массу каждого раствора, необходимую для получения.
Способ 1. Решение с помощью «конверта Пирсона».
Составим диагональную схему правила смешивания для двух растворов.
Способ 2. Алгебраический
Пусть Х г — масса первого раствора; (600-х) г — масса второго раствора;
Масса вещества в первом растворе:0,3х;
Масса вещества во втором растворе: 0,15 · (600-х)
Масса вещества в полученном растворе: 0,2·600г; составим уравнение:
0,3х + 0,15 · (600-х) = 0,2·600
0,3х +90 — 0,15х = 120
0,15х = 30
Х=200 (масса первого раствора); 600-200=400 г — масса второго раствора
Способ 3. Алгебраический. Система уравнений
Пусть х г – масса первого раствора, у г – масса второго раствора. Система уравнений имеет вид:
Способ 4. Графический
Ответ: для приготовления 600 г 10 %-го раствора серной кислоты необходимо взять 200г 30 %-го раствора серной кислоты и 400г 20%-го раствора этой же кислоты.
Задача 3. К 150 г 15% раствора карбоната натрия добавили 5% раствор карбоната натрия. Какое количество 5% раствора соли надо добавить, чтобы получить 10% раствор соли?
Способ 2. Решение с помощью «конверта Пирсона».
Составим диагональную схему правила смешивания для двух р-ов.
m2 (р-ра) =
= 150 г
Способ 3. Алгебраический
пусть Х г — масса второго раствора; (150+х) г — масса полученного раствора;
Масса вещества в первом растворе:0,15 · 150 = 22,5;
Масса вещества во втором растворе: 0,05х
Масса вещества в полученном растворе: 0,1 · (150+х); составим уравнение:
22,5 +0,05х = 0,1 · (150+х)
22,5 + 0,05х = 15 +0,1х
22,5-15= 0,1х-0,05х
7,5=0,05х
Х= 150 г
Способ 4. Алгебраический. Система уравнений
Пусть х г – масса второго раствора, у г – масса полученного раствора. Система уравнений имеет вид:
Графический способ
Ответ: чтобы получить 10% раствор соли надо добавить 150 г 5% раствора соли.
Задачи
1. Определите массовую долю кислоты в растворе, который получили смешиванием 200 г раствора с массовой долей кислоты 15% и 400г раствора с массовой долей кислоты 24% ?
2. Какие массы растворов хлороводорода с массовыми долями 12% и 28% нужно смешать для получения 480г раствора с массовой долей 22% ?
3. Сколько воды добавили к 300 граммам 30% раствора серной кислоты для получения 10% раствора серной кислоты?
4. К раствору массой 160г с неизвестной массовой долей соли добавили 80г воды. Вычислите массовую долю соли в исходном растворе, если после разбавления она равна 20%.
Литература
-
Ерыгин Д.П., Шишкин Е.А. Методика решения задач по химии׃ Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по биол. и хим. спец.- М.׃ Просвещение, 1989. — 176с.
Задачи ЕГЭ на сплавы, смеси, растворы.
Задачи на сплавы, смеси, растворы встречаются и в математике, и в химии. У химиков сложнее – там вещества еще и взаимодействуют, превращаясь во что-то новое. А в задачах по математике мы просто смешиваем растворы различной концентрации. Покажем правила решения на примере задач на растворы. Для сплавов и смесей – действуем аналогично.
. В сосуд, содержащий 
литров 
-процентного водного раствора некоторого вещества, добавили 
литров воды. Сколько процентов составляет концентрация получившегося раствора?
В решении подобных задач помогает картинка. Изобразим сосуд с раствором схематично — так, как будто вещество и вода в нем не перемешаны между собой, а отделены друг от друга, как в коктейле. И подпишем, сколько литров содержат сосуды и сколько в них процентов вещества. Концентрацию получившегося раствора обозначим 
.
Первый сосуд содержал 
литра вещества. Во втором сосуде была только вода. Значит, в третьем сосуде столько же литров вещества, сколько и в первом:
.
. Смешали некоторое количество 
-процентного раствора некоторого вещества с таким же количеством 
-процентного раствора этого вещества. Сколько процентов составляет концентрация получившегося раствора?
Пусть масса первого раствора равна . Масса второго — тоже . В результате получили раствор массой 
. Рисуем картинку.
Получаем: 
Ответ: 
.
. Виноград содержит 
влаги, а изюм — 
. Сколько килограммов винограда требуется для получения 
килограммов изюма?
Внимание! Если вам встретилась задача «о продуктах», то есть такая, где из винограда получается изюм, из абрикосов урюк, из хлеба сухари или из молока творог — знайте, что на самом деле это задача на растворы. Виноград мы тоже можем условно изобразить как раствор. В нем есть вода и «сухое вещество». У «сухого вещества» сложный химический состав, а по его вкусу, цвету и запаху мы могли бы понять, что это именно виноград, а не картошка. Изюм получается, когда из винограда испаряется вода. При этом количество «сухого вещества» остается постоянным. В винограде содержалось воды, значит, «сухого вещества» было 
. В изюме воды и 
«сухого вещества». Пусть из кг винограда получилось кг изюма. Тогда
от 
от
Составим уравнение:
и найдем .
Ответ: 
.
. Имеется два сплава. Первый сплав содержит никеля, второй — 
никеля. Из этих двух сплавов получили третий сплав массой 
кг, содержащий 
никеля. На сколько килограммов масса первого сплава меньше массы второго?
Пусть масса первого сплава равна x, а масса второго равна y. В результате получили сплав массой 
.
Запишем простую систему уравнений:
Первое уравнение — масса получившегося сплава, второе — масса никеля.
Решая, получим, что 
.
Ответ: 
.
. Смешав 
-процентный и 
-процентный растворы кислоты и добавив 
кг чистой воды, получили 
-процентный раствор кислоты. Если бы вместо кг воды добавили кг 
-процентного раствора той же кислоты, то получили бы 
-процентный раствор кислоты. Сколько килограммов -процентного раствора использовали для получения смеси?
Пусть масса первого раствора , масса второго равна 
. Масса получившегося раствора равна 
. Запишем два уравнения, для количества кислоты.
Решаем получившуюся систему. Сразу умножим обе части уравнений на , поскольку с целыми коэффициентами удобнее работать, чем с дробными. Раскроем скобки.
Ответ: .
Спасибо за то, что пользуйтесь нашими публикациями.
Информация на странице «Задачи ЕГЭ на сплавы, смеси, растворы.» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.
Публикация обновлена:
09.03.2023
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word
1
Смешали 80 г раствора с массовой долей нитрата натрия 25% и 20 г раствора этой же соли с массовой долей 40%. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. Ответ дайте в процентах с точностью до целых.
Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 5
2
Вычислите массу нитрата калия, который следует растворить в 150 г раствора с массовой долей этой соли 10% для получения раствора с массовой долей 12%. Ответ дайте в граммах точностью до десятых.
Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2016 по химии, Демонстрационная версия ЕГЭ—2020 по химии, Демонстрационная версия ЕГЭ—2015 по химии, Демонстрационная версия ЕГЭ—2023 по химии
3
Вычислите массовую долю соли в растворе, полученном при смешивании 1 кг 11%-ного раствора с 3 кг 15%-го раствора соли. Ответ дайте в процентах с точностью до целых.
4
Смешали 200 г 11%-го раствора нашатыря и 350 г 17%-го раствора этой же соли. Вычислите массовую долю нашатыря в полученном растворе. Ответ укажите в процентах с точностью до десятых.
5
Упариванием 500 г раствора с массовой долей соли 10% получен раствор с массовой долей соли 14%. Вычислите массу выпаренной при этом воды. Ответ укажите в граммах с точностью до целых.
Пройти тестирование по этим заданиям
Задачи, связанные с изучением растворов, можно условно разделить на следующие группы:
1. вычисление массовой доли растворённого вещества (в процентах) и массы растворенного вещества;
2. вычисление молярной концентрации и массы вещества в растворе определённой молярной концентрации;
3. разбавление растворов с массовой долей растворённого вещества и молярной концентрацией;
4. смещение растворов с массовой долей растворённого вещества и молярной концентрацией;
5. расчёты по химическим уравнениям с применением растворов различной концентрации.
:
вычисление массовой доли растворённого вещества (в процентах) и массы растворенного вещества
Необходимо знать условные обозначения физических величин, которые используются при решение задачи:
· m(р.в.), или m, — масса растворённого вещества в растворе, например, m(CACL2);
· m(р-ра.), или m(р.), — масса раствора;
· w(р.в.), или w, — массовая доля растворённого вещества.
Растворённое вещество является частью целого – раствора. Следовательно, масса раствора представляет собой сумму масс растворённого вещества и растворителя (воды):
w(р.в.) = m(р.в.)/m(р-ра.)*100%
Задача 1: Какова массовая доля растворённого вещества в растворе, полученном растворением хлорида кальция массой 10г в воде 70г?
|
Дано m (CaCL2) =10г m(H2O) = 70г |
Решение w(р.в.) = m(р.в.)/m(р-ра.)*100% w(CaCL2) = m(CaCL2) /m(р—ра.)*100% в данном случае нам из формулы не известна масса раствора. Найдём массу раствора. m(р.в.) –это (CaCL2) его10г m(р-ра) = m(р.в.) + m(H2O) m(р-ра) =10г +70г =80г w(CaCL2) =10г :80г = 0.125*100%=12.5% |
|
Найти : w(CaCL2) — ? |
|
|
Ответ: |
Массовая доля CaCL2 в полученном растворе 12,5% |
2. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворённого вещества.
Задача 2
Сколько безводного карбоната натрия и воды надо взять, чтобы приготовить раствор массой 70 г с массовой долей карбоната натрия 10%
|
Дано: m(р-ра) – 70г w(р.в.) – 9% = 0,09 |
Решение w(р.в.) = m(р.в.) / m (р-ра) нам не известно из формулы m(р.в.) следует m(р.в.)=w(р.в.) * m (р-ра) m (р-ра) = m(р.в.) + m(H2O), отсюда, m(H2O) = m (р-ра) — m(р.в.) ; m(р.в.) = 0,09 * 70г = 6.3г m(H2O) = 70г – 6.3г = 63,7г |
|
Найти: m(H2O) -? m(Na2CO3) -? |
|
|
Ответ: |
Для приготовления раствора надо взять 6,3г карбоната натрия (Na2CO3) и 63,7г или 63,7 мл. воды (H2O) |
3. Вычисление молярной концентрации раствора.
Исходные уравнение для вычислений:
с(р.в.) = n(р.в) / V(р-ра) или с(р.в.) = v(р.в.) / V(р-ра)
с(р.в.) – молярная концентрация растворённого вещества,
n(р.в) или v(р.в.) – количество растворенного вещества,
V(р-ра) – объём раствора.
Задача 3
В воде растворили гидроксид натрия массой 21,4г . Объём раствора довели до 300 мл.. Определите молярную концентрацию полеченного раствора.
|
Дано: m(NaOH) = 21.4г V(р-ра) –300мл.= 0.3л |
Решение: с(р.в.) = n(р.в) / V(р-ра) n(р.в) =m / M; M(NaOH) = 40г/моль n(NaOH) =21,2г :40г/моль = 0,53моль c(NaOH) = 0.53моль : 0,3л = 1,77моль/литр или 1,8M |
|
Найти: c(NaOH)-? |
|
|
Ответ: |
Концентрация полученного растворённого 1.8 моль/л |
4, Приготовление раствора заданной молярной концентрации
Растворы молярной концентрации можно готовит из твёрдых, жидких и газообразных веществ. В случае жидкого вещества необходимо знать его плотность; если раствор готовится из газообразного вещества, то применяется молярный объём газов (при н.у.)
Вычисления, связанные с приготовлением молярного раствора, часто являются составным компонентом в расчётах по химическим уравнениям (комбинированные задачи).
Задача 4 Какая масса хлорида цинка потребуется для приготовления раствора этой соли объёмом 500 мл. и с концентрацией 1.15 моль/л
|
Дано: V(р-ра) = 500мл или 0,5 c(ZnCL2) = 1.15моль/л |
Решение: m(ZnCL2) = n(ZnCL2) * M(ZnCL2) M(ZnCL2) =136г/моль c(р.в.) = n(р.в.) / V(р-ра)концентрация хлорида цинка нам дана в задаче, а количество вещества нам не известна n(р.в.) =c(р.в.) * V(р-ра) n(ZnCL2) = 1.15моль/л * 0,5 =0,575моль m(ZnCL2) = n(ZnCL2) * M(ZnCL2) m(ZnCL2) =0,575моль * 136г/моль =78г |
|
Найти: m(ZnCL2) = ? |
|
|
Ответ: |
Для приготовления 500мл 1.15Mраствора потребуется 78г хлорида цинка |