ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 24
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 24. Приготовление растворов

Как приготовить раствор заданного состава и перейти между массовой долей и концентрацией?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как приготовить раствор заданного состава и перейти между массовой долей и концентрацией?

Исследуем вместе

Разбавление: моли сохраняются

Изменяй конечный объём раствора и наблюдай концентрацию одной и той же порции NaCl.

В формуле c = n/V объём переводится в литры.

Расчёт относится к конечному объёму раствора. Кружки обозначают условные порции соли и не являются молекулами NaCl в воде.

01

Доля — часть массы целого

Массовая доля растворённого вещества w равна отношению его массы к массе раствора. Она безразмерна; для записи в процентах отношение умножают на 100 %. В 200 г раствора с 40 г вещества доля равна 40/200 = 0,20, или 20 %.

Определение
w = m(вещества) / m(раствора)
Проценты
w, % = 100 · m(вещества) / m(раствора)
Пример
10 / (10 + 40) = 0,20 = 20 %
Как это понимать

Знаменатель включает и вещество, и растворитель. Если указаны 10 г сахара и 40 г воды, масса раствора составляет 50 г и доля сахара 20 %, а не 25 %. Последнее число получилось бы при ошибочном делении на массу одной воды.

Массовую долю находят делением массы вещества на массу раствора. Процентная запись в сто раз больше записи долями единицы.

02

Молярная концентрация считает моли в объёме раствора

Молярная концентрация c(X) = n(X)/V(раствора), где объём выражают в литрах или кубических дециметрах. Для приготовления 250 мл раствора NaOH с c = 0,050 моль/л требуется n = 0,050 × 0,250 = 0,0125 моль, то есть m = 0,0125 × 40 = 0,50 г NaOH.

Наглядное объяснение

Три действия для приготовления раствора

m = c · V · M

Три действия для приготовления раствораm = c · V · M1Концентрация0,050 моль/л2Конечный объём250 мл = 0,250 л3Масса NaOH0,050 × 0,250 × 40 = 0,50 г

В формуле используется объём готового раствора. После растворения и охлаждения объём доводят до метки.

Сначала вещество растворяют в части воды, после охлаждения до температуры калибровки доводят объём раствора до метки и перемешивают. Нельзя просто взять 250 мл воды: конечный объём раствора не обязательно равен начальному объёму растворителя. При разбавлении без реакции n сохраняется, поэтому c₁V₁ = c₂V₂.

Подробности: понятия и примеры
  1. Перевести объём

    250 мл = 0,250 л

  2. Найти количество

    0,050 × 0,250 = 0,0125 моль

  3. Найти массу

    0,0125 × 40 = 0,50 г

  4. Задать конечный объём

    До метки 250 мл после растворения и охлаждения

Молярная концентрация относится к конечному объёму раствора. Приготовление мерного раствора заканчивают доведением до метки и перемешиванием.

Лабораторная стеклянная посуда

Лабораторная посуда помогает наблюдать вещества и их превращения в контролируемых условиях.

Diane A. Reid / National Cancer Institute · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Кристаллы сульфата меди

Синие кристаллы медного купороса — сульфата меди(II) с кристаллизационной водой CuSO₄·5H₂O.

Crystal Titan · Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0. Без изменений.

03

При разбавлении вещество сохраняется

Если к раствору добавить только воду, масса растворённого вещества останется прежней. Увеличится знаменатель дроби, поэтому доля уменьшится. Для исходных 200 г 12 %-ного раствора масса вещества равна 24 г.

ВеличинаДо разбавленияПосле разбавления
Масса вещества24 г24 г
Масса раствора200 г480 г
Массовая доля12 %5 %
Масса добавленной воды—280 г

Чтобы получить долю 5 %, конечная масса должна быть 24/0,05 = 480 г. Следовательно, добавляют 480 − 200 = 280 г воды. Это баланс масс без химической реакции, испарения и потерь; изменение объёма здесь вычислять не требуется.

При разбавлении водой масса растворённого вещества сохраняется. Снижение доли объясняется ростом общей массы.

04

Связываем массовую долю, плотность и концентрацию

Массовая доля w = m(X)/m(раствора) безразмерна; концентрация c относится к объёму. Для перехода нужна плотность раствора. Если ρ дана в г/мл, M — в г/моль, а w — долей единицы, то c = 1000ρw/M в моль/л. Множитель 1000 переводит литр в миллилитры.

Масса 1 л
m = 1000ρ
Масса вещества
m(X) = 1000ρw
Количество в 1 л
n = 1000ρw/M
Пример
107 / 58,5 ≈ 1,83 моль/л
Как это понимать

Пример: раствор NaCl с w = 0,10 и ρ = 1,07 г/мл. В одном литре содержится 1070 г раствора и 107 г NaCl, значит c = 107/58,5 ≈ 1,83 моль/л. При нагревании закрытого раствора без реакции и испарения массовая доля сохраняется, а молярная концентрация может измениться из-за теплового расширения. Для кристаллогидрата массу безводной соли считают отдельно: в 25,0 г CuSO₄·5H₂O при округлённых M = 250 и 160 г/моль содержится 25,0 × 160/250 = 16,0 г CuSO₄. Если добавить 75,0 г воды, получится 100,0 г раствора с w(CuSO₄) = 16,0 %. Кристаллизационная вода входит в массу растворителя после растворения, но исходно входит в массу взятого кристаллогидрата.

Для перехода от массовой доли к молярной концентрации нужна плотность. Изменение объёма влияет на концентрацию даже при постоянной массе вещества.

Соберём главное

Шесть выводов

01Массовую долю находят делением массы вещества на массу раствора. Процентная запись в сто раз больше записи долями единицы.
02Молярная концентрация относится к конечному объёму раствора. Приготовление мерного раствора заканчивают доведением до метки и перемешиванием.
03При разбавлении водой масса растворённого вещества сохраняется. Снижение доли объясняется ростом общей массы.
04Для перехода от массовой доли к молярной концентрации нужна плотность. Изменение объёма влияет на концентрацию даже при постоянной массе вещества.
05Кристаллизационная вода входит в массу кристаллогидрата. При расчёте доли безводной соли её учитывают отдельно.
06Плотность связывает массу раствора с объёмом. Именно она нужна для перехода между массовой долей и молярной концентрацией.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Формула массовой доли?
2. 10 г сахара и 40 г воды: доля сахара?
3. Сколько KCl в 300 г 10 %-ного раствора?
4. Сколько воды в этих 300 г раствора?
5. Что сохраняется при разбавлении только водой?
6. Сколько вещества в 200 г 12 %-ного раствора?
7. Для 250 мл 0,050 моль/л NaOH при M = 40 нужна масса…
8. Объём в формуле c = n/V — это…
9. При разбавлении без реакции сохраняется…
10. 25 г CuSO₄·5H₂O содержат безводного CuSO₄ при M 250 и 160…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 24. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 24. Приготовление растворов.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…