ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 23
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 23. Растворение как физико-химический процесс

Что происходит при растворении и как отличить скорость процесса от предела растворимости?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Что происходит при растворении и как отличить скорость процесса от предела растворимости?

Исследуем вместе

Что скрывается в прозрачной и мутной смеси

Сравни три смеси на уровне частиц. Ползунок показывает, какие частицы проходят через обычный бумажный фильтр.

Сравни исходную смесь, фильтр и собранную жидкость.

Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.

01

Растворитель окружает частицы

При растворении частицы растворяемого вещества отделяются друг от друга и взаимодействуют с растворителем. Если растворитель — вода, окружение частицы молекулами воды называют гидратацией. Растворение не означает исчезновения вещества.

  1. Исходные вещества

    Вода и кристалл

  2. Разделение частиц

    Связи с соседями преодолеваются

  3. Взаимодействие с водой

    Частицы гидратируются

  4. Однородное распределение

    Образуется раствор

В водном растворе соль NaCl представлена гидратированными ионами, а сахар — преимущественно молекулами. Поэтому одинаково прозрачные смеси могут иметь разное строение. Вода служит средой распределения частиц, а не пустым пространством между ними.

Растворение включает взаимодействие вещества с растворителем. Частицы вещества сохраняются и распределяются в смеси.

02

Насыщенность сравнивает с пределом

Ненасыщенный раствор может растворить дополнительное количество данного вещества при тех же условиях. Насыщенный уже достиг предела растворимости. Температуру нужно указывать: предел меняется, поэтому одно и то же содержание может оказаться ниже или на уровне предела.

Наглядное объяснение

Насыщенность сравнивает с пределом

ОДНО ВЕЩЕСТВО • ОДНА ТЕМПЕРАТУРА

Насыщенность сравнивает с пределомЕсть запас растворимостиИзбыток в отдельной фазеНенасыщенный растворСодержание ниже пределаДополнительная порция ещёможет растворитьсяНасыщенный растворПредел растворимостидостигнутИзбыток остаётся отдельнойфазой

Осадок не входит в массу раствора над ним. Насыщенный раствор необязательно концентрированный.

Наличие кристаллов на дне после установления равновесия указывает, что раствор над ними насыщен. Сами кристаллы не входят в массу растворённого вещества. Раствор может быть насыщенным и без видимого осадка, если всё внесённое количество как раз равно пределу.

Подробности: понятия и примеры
Признак / объектЧто означаетПояснение
НенасыщенныйСодержание ниже пределаЕщё порция может раствориться
НасыщенныйСодержание достигло пределаИзбыток останется отдельной фазой
Раствор и осадокЖидкость над кристалламиКристаллы не часть раствора

Насыщенность оценивают при определённых условиях. Осадок и раствор над ним — разные части системы.

Модель молекулы воды H₂O

В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.

Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Строение кристалла поваренной соли

Кристаллическая структура NaCl: формула задаёт соотношение частиц, а не отдельную молекулу в кристалле.

Walkerma · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Растворимость и скорость — разные вопросы

Растворимость характеризует предельное содержание вещества при заданных условиях. Она зависит от природы вещества и растворителя, температуры, а для газов заметно зависит и от давления. В одном растворителе разные вещества растворяются неодинаково.

Признак / объектЧто означаетПояснение
ПеремешиваниеУскоряет обмен у поверхностиНе меняет сам предел растворимости
ИзмельчениеУвеличивает поверхностьПомогает быстрее достичь равновесия
ТемператураМеняет условия равновесияЭффект зависит от вещества

Измельчение кристалла и перемешивание обычно ускоряют растворение, но сами по себе не увеличивают равновесную растворимость. Температура меняет и скорость, и предел: для многих твёрдых веществ предел растёт при нагревании, для газов часто уменьшается.

Скорость описывает время процесса, а растворимость — его предел. Эти характеристики нельзя подменять друг другом.

04

Читаем растворимость в граммах на воду

Пусть условная соль при выбранной температуре растворяется в количестве 30 г на 100 г воды. В 200 г воды предельная масса составит 60 г. Если внести 80 г, то после равновесия 60 г окажутся в растворе, а 20 г останутся твёрдыми.

  1. Предел

    30 г соли на 100 г воды

  2. Воды вдвое больше

    В 200 г воды растворится 60 г

  3. Внесено 80 г

    20 г останутся в осадке

  4. Масса жидкой части

    200 + 60 = 260 г

Пояснение к ходу решения

Масса самого насыщенного раствора равна 200 + 60 = 260 г. Нельзя включать в неё оставшиеся 20 г кристаллов. Число 30 в условии — отношение к 100 г воды, а не процент от массы раствора: доля соли здесь 60/260 ≈ 23,1 %. Рассчитаем кристаллизацию в упрощённой модели без кристаллогидратов: при высокой температуре растворилось 60 г соли в 100 г воды, при охлаждении предел снизился до 40 г на 100 г воды. Если вода не испаряется, выпадет 20 г соли, а масса раствора над кристаллами станет 140 г. Массовая доля растворённой соли равна 40/140 ≈ 28,6 %, а не 40 %. Тепловой эффект растворения складывается из затрат на разделение частиц и выделения энергии при сольватации.

Растворимость часто задают на массу растворителя. Массовую долю считают относительно массы всего раствора.

Соберём главное

Шесть выводов

01Растворение включает взаимодействие вещества с растворителем. Частицы вещества сохраняются и распределяются в смеси.
02Насыщенность оценивают при определённых условиях. Осадок и раствор над ним — разные части системы.
03Скорость описывает время процесса, а растворимость — его предел. Эти характеристики нельзя подменять друг другом.
04Растворимость часто задают на массу растворителя. Массовую долю считают относительно массы всего раствора.
05В водном растворе соль NaCl представлена гидратированными ионами, а сахар — преимущественно молекулами. Поэтому одинаково прозрачные смеси могут иметь разное строение.
06Объёмы компонентов не всегда складываются так же просто, как массы: при смешивании расстояния между частицами могут изменяться. Поэтому массовую долю рассчитывают по массам, а объём получают по плотности готового раствора, если она известна.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Как устроен истинный раствор?
2. Мел в воде — это…
3. Капли одной жидкости в другой образуют…
4. Что обычно делает перемешивание?
5. Что называют гидратацией?
6. Почему синий раствор может быть прозрачным?
7. Что входит в тепловой эффект растворения?
8. 60 г соли растворены в 100 г воды; новый предел 40 г на 100 г воды: сколько выпадет?
9. Масса раствора над осадком в этой задаче…
10. Массовая доля соли в оставшемся растворе…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 23. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 23. Растворение как физико-химический процесс.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Chemistry 2e
↑

Загрузка прогресса…