§ 9. РОЗРАХУНКИ З ВИКОРИСТАННЯМ МАСОВОЇ ЧАСТКИ РОЗЧИНЕНОЇ РЕЧОВИНИ

Часто в хімічних лабораторіях і на виробництві використовують розчини речовин, причому, як правило, основним реагентом є розчинена речовина. Як у цьому випадку проводити хімічні розрахунки за рівняннями реакцій?

Мозковий штурм

Уявімо, що нам потрібно нейтралізувати хлоридну кислоту, наприклад, розчином натрій гідроксиду. Яку масу розчину лугу потрібно використати?

Подумали? Якщо ви вирішили, що для відповіді на це питання потрібно знати концентрації кислоти й лугу в розчинах, то ви праві. Якщо, наприклад, концентрація лугу велика, то для нейтралізації кислоти слід узяти меншу масу розчину. Дійсно, реагуватимуть кислота з лугом, а розчинник — вода — у цьому випадку участі в реакції не бере.

Отже, для розрахунків потрібно обчислювати маси розчинених речовин. Зараз розглянемо, як слід розв’язувати задачі такого типу, але спочатку згадаємо формули, за якими розраховували масову частку розчину.

Тому тепер трохи матеріалу 7 класу.

МАСОВА ЧАСТКА РОЗЧИНЕНОЇ РЕЧОВИНИ

Масова частка (ω) розчиненої речовини показує, яку масу речовини розчинено у 100 г розчину.

Наприклад, зазначено, що масова частка розчиненої речовини дорівнює 10 %. Це означає, що у 100 г розчину розчинено 10 г якоїсь речовини. Води в цьому розчині 100г – 10г = 90г.

Зверніть увагу, що по суті неважливо, яку речовину розчинено, тому що для розрахунків цієї концентрації використовується маса, а 10 г солі або лугу — це просто 10 г.

Іноді говорять (і пишуть у завданнях) просто «масова частка розчину», опускаючи слова «розчиненої речовини». Можливе й таке формулювання: «20 %-й розчин» — це означає, що масова частка розчиненої речовини дорівнює 20 %.

Масу розчину можна розрахувати, склавши масу розчиненої речовини (або речовин) з масою розчинника:

де m_р-ну — маса розчину, m_р.р-ни — маса розчиненої речовини, m_р-ка — маса розчинника.

Звідси легко знайти масу розчинника (води):

Для розв’язання задач нам знадобиться формула для розрахунку масової частки:

Із формули випливає, що масова частка розчиненої речовини дорівнює відношенню маси розчиненої речовини до загальної маси розчину. Очевидно, що масова частка буде виражена в частках одиниці (ми ж меншу величину ділимо на більшу).

Масову частку можна виражати у відсотках. У цьому випадку у формулу слід додати множення на 100 %:

РОЗРАХУНКОВІ ЗАДАЧІ

Тепер можна приступати до більш складних задач.

Приклад 1. Обчисліть масу натpій гідроксиду, необхідного для взаємодії з 200 г pозчину гідpоген хлориду, якщо масова частка кислоти 10 %.

Тепер спробуйте розв’язати задачі самостійно.

Задача 1. Кальцій карбонат реагує з розчином нітратної кислоти. Визначте масу солі, що прореагує з 350 г розчину кислоти з масовою часткою HNO₃ 5 %.

Задача 2. Який об’єм водню (н. у.) виділиться внаслідок взаємодії цинку з розчином гідроген хлориду масою 180 г з масовою часткою кислоти 12 %.

Приклад 2. Розчин гідроген хлориду масою 40 г нейтралізували кальцій гідроксидом. Визначте масову частку (у %) гідроген хлориду в розчині, якщо було витрачено 37 г Ca(OH)₂.

Задача 3. Розчин сульфатної кислоти масою 160 г повністю прореагував з цинком масою 13 г. Визначте масову частку кислоти в розчині. (Відповідь: 12,25 %)

Задача 4. Під час проведення хімічного експерименту треба було розчинити осад алюміній гідроксиду масою 39 г. Яка маса розчину нітратної кислоти з масовою часткою HNO₃ 5 % необхідна для цього? (Відповідь: 1890 г)

Для допитливих

Ви вже знаєте, що багато кристалів містять зв’язану кристалізаційну воду. Слід пам’ятати це під час приготування розчинів. Розглянемо розв’язання задач, де розчиненою речовиною є кристалогідрат.

Приклад 3. Визначити масову частку купрум(ІІ) сульфату в розчині, якщо змішали 5 г купрум(ІІ) сульфату пентагідрату й 95 г води.

Задача 5. У воді масою 40 г розчинили залізний купорос FeSO₄ • 7H₂O масою 3,5 г. Визначте масову частку ферум(ІІ) сульфату в одержаному розчині.

Приклад 4. Під час випарювання розчину масою 200 г з масовою часткою FeSO₄ 7,6 % одержали кристалогідрат. Визначте його масу.

Дізнайтеся більше

Важливо знати, що властивості розчинів залежать від концентрації розчинених речовин.

Так, у разі збільшення концентрації розчиненої речовини збільшується температура кипіння розчинів і зменшується температура їх замерзання.

Як правило, змінюється і густина розчинів.

Наведемо приклад. Узимку тротуари й дороги посипають сумішшю солі й піску, і тоді доріжки стають неслизькими. Це «працює» до певних температур (десь до -5 °С). Чому? За невеликих негативних температур у структурі льоду є трохи рідкої води. Сіль розчиняється в цій невеликій кількості води, і виходить досить концентрований розчин, який буде замерзати за значно більш низьких температур (нижче -10 °С). На поверхні льоду утворюються маленькі таловини, у них потрапляє пісок, і доріжка стає неслизькою.

Під час розчинення твердих речовин у воді її густина, як правило, збільшується. Тому плавати в дуже солоних озерах легко, а потонути майже неможливо. У нас в Україні теж є такі озера.

На Херсонщині біля селища Григорівка є незвичайне рожеве озеро Лемурійське (рис. 29). Воно дуже солоне, у ньому солоність вище, ніж у Мертвому морі (у Мертвому морі солоність близько 30-33 %). На такому озері дуже легко вчитися плавати, а потонути просто неможливо. Дно озера вкрито кристалами солей, але їх не видно. Соляні поклади видно тільки по краях озера.

Рис. 29. Рожеве озеро Лемурійське — найсолоніше в Україні

Якщо дивитися зблизька, вода озера здається каламутною, здалеку вона має рожевий колір, якого надають озеру продукти життєдіяльності одноклітинних водоростей.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

104. Назвіть формулу, за якою розраховують масову частку.

105. Розкажіть, як приготувати 300 г розчину з масовою часткою калій сульфату 0,15.

106. Розв’яжіть задачі (усно):

• У водному розчині натрій сульфату масою 120 г міститься 20 г цієї солі. Визначте масу води в розчині.
• Яку масу купрум(ІІ) хлориду необхідно додати до 240 г води, щоб одержати 300 г розчину цієї солі?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

107. Яку масу розчину натрій хлориду з масовою часткою 9 % можна одержати зі 100 г солі?

108. Який об’єм вуглекислого газу (н. у.) утворюється внаслідок узаємодії 40 г розчину натрій карбонату з масовою часткою солі 15 % із хлоридною кислотою?

109. Потрібно розчинити 20 г купрум(ІІ) оксиду. Яка маса розчину сульфатної кислоти з масовою часткою кислоти 5 % буде потрібна для цього?

110. Визначте масову частку нітратної кислоти в розчині, якщо для нейтралізації 10 г розчину цієї кислоти необхідно 2 г калій гідроксиду.

111. Яка маса розчину HCl з масовою часткою кислоти 15 % необхідна для повного розчинення іржі масою 40 г? Приймемо, що іржа складається тільки з Fe₂O₃.

112. У розчин купрум(ІІ) сульфату додали 30 г 12 % розчину калій гідроксиду. Яка маса осаду при цьому утворилася?

113. Визначте масову частку розчину сульфатної кислоти, якщо 200 г її розчину повністю прореагувало з магнієм масою 8 г.

114. Яка кількість речовини солі та який об’єм водню (за нормальних умов) утворюється внаслідок узаємодії заліза й 200 г 22 %-го розчину HCl?

115. Розчин калій гідроксиду масою 20 г з масовою часткою KOH 12 % обробили розчином нітратної кислоти. Обидві речовини прореагували повністю. Розчин, який утворився після реакції, випарували. Визначте масу одержаної солі.

116. До розчину сульфатної кислоти масою 40 г з масовою часткою 15 % долили надлишок розчину барій хлориду. Яка маса осаду утворилася при цьому?

Для допитливих

117. Визначте масову частку NaOH у розчині, утвореному розчиненням 8 г NaOH у 50 г води. Яка маса HCl піде на повну нейтралізацію цього розчину?

118. У розчині сульфатної кислоти розчинили магній масою 6 г та залізо масою 16,8 г. Яка маса 10 %-го розчину кислоти необхідна для цього? Який об’єм водню, виміряний за н. у., виділився при цьому?

119. Натрій масою 34,5 г обробили водою масою 200 г. Який об’єм водню (н. у.) при цьому утворився? Визначте масову частку натрій гідроксиду в одержаному розчині.

120. 4 г кальцій оксиду розчинили у 200 г води. Визначте масову частку кальцій гідроксиду в отриманому розчині.

121. Яку масу кристалів мідного купоросу й води треба взяти, щоб приготувати розчин масою 200 г з масовою часткою купрум(ІІ) сульфату 1,6 %?

122. Яку масу зелених кристалів FeSO₄ · 7Η₂Ο і води треба взяти, щоб отримати розчин масою 152 г з масовою часткою ферум(ІІ) сульфату 1 %?

123. Обчисліть масу води, яку необхідно додати до зелених кристалів залізного купоросу масою 2,78 г, щоб одержати розчин солі з масовою часткою розчиненої речовини 5 %.

124. Яка маса натрій гідроксиду міститься у 20 мл розчину, густина якого 1,25 г/мл, а масова частка розчиненої речовини — 32 %?

125. Коричневі кристали FeCl₃ · 6H₂O масою 2,705 г були розчинені в розчині масою 497,295 г з масовою часткою ферум(ІІІ) хлориду 1,14 %. Обчисліть масову частку ферум(ІІІ) хлориду в новому розчині.

126. Який об’єм води треба додати до 200 мл розчину з масовою часткою лугу 0,5 %, щоб отримати розчин з масовою часткою 0,25 %? Густину води й розчинів прийміть рівною 1 г/мл.

127. Яку масу солі треба додати до розчину об’ємом 94,06 мл (густина розчину дорівнює 1,01 г/мл) з масовою часткою кухонної солі 3%, щоб отримати розчин з масовою часткою солі 5 %?

128. Який об’єм води треба додати до розчину оцтової есенції масою 480 г, щоб отримати розчин оцту, необхідний у харчовій промисловості? Масова частка оцтової кислоти в оцтовій есенції дорівнює 80 %, в оцті — 6 %. Яку масу розчину оцту можна отримати при цьому?

129. Який об’єм оцтової есенції густиною 1,070 г/мл треба взяти для виготовлення розчину харчового оцту об’ємом 200 мл і густиною 1,007 г/мл? Масова частка оцтової кислоти в оцтовій есенції дорівнює 80 %, в оцті — 6 %.

130. Юний хімік для приготування розчину з масовою часткою розчиненої речовини 10 % узяв сіль натрій хлорид масою 10 г і воду масою 90 г. Для приготування розчину мідного купоросу з такою ж масовою часткою солі він зважив на терезах 10 г синіх кристалів CuSO₄ · 5H₂O і розчинив їх у воді масою 90 г. Вимірявши густину обох розчинів, він з’ясував, що один із розчинів був приготований неправильно й густина розчину менша, ніж у довіднику. Який із двох розчинів було приготовано неправильно? Розрахуйте масові частки солей у отриманих розчинах.

Як Приготувати 10 Відсотковий Розчин Лугу

При приготуванні розчинів відсоткової концентрації речовина відважують на техно-хімічних вагах, а жид I кістки відмірюють мірним циліндром. Тому навішення! Речовини розраховують з точністю до 0,1 г, а об’єм 1 рідини з точністю до 1 мл.

Перш ніж приступити до приготування розчину, | необхідно провести розрахунок, т. Е. Розрахувати кількість речовини, що розчиняється і розчинника для приготування певної кількості розчину заданої концентрації.

РОЗРАХУНКИ ЗА ЧАС ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ СОЛЕЙ

Приклад 1. Треба приготувати 500 г 5% розчину нітЯ рата калію. 100 г такого розчину містять 5 г KN0₃; 1 Складаємо пропорцію:

Води потрібно взяти 500-25 = 475 мл.

Приклад 2. Треба приготувати 500 г 5% розчину СаСЬ з солі СаС1₂-6Н₂0. Спочатку проводимо розрахунок для безводної солі.

100 г розчину-5 г СаС1₂ 500 »» –х »СаС1₂ 5-500 _ х = 100 = 25 г –

Мольная маса СаС1₂ = 111, мольная маса СаС1₂-6Н₂0 = 219. Отже, 219 г СаС1₂-6Н₂0 містять 111 г СаС1₂. Складаємо пропорцію:

Кількість води одно 500-49,3 = 450,7 г, або 450,7 мл. Так як воду відмірюють мірним циліндром, то десяті частки мілілітра в розрахунок не приймають. Отже, потрібно відміряти 451 мл води.

РОЗРАХУНКИ ЗА ЧАС ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ КИСЛОТ

Відео: як приготувати 10 відсотковий розчин лугу

При приготуванні розчинів кислот необхідно враховувати, що концентровані розчини кислот не є 100% і містять воду. Крім того, потрібну кількість кислоти не зважують, а відмірюють мірним циліндром.

Приклад 1. Потрібно приготувати 500 г 10% розчину соляної кислоти, виходячи з наявної 58% кислоти, щільність якої d = l, 19.

1. Знаходимо кількість чистого хлористого водню, яке повинно бути в приготованому розчині кислоти:

100 г розчину -10 г НС1 500 »» – х »НС1 500-10 = 100 = 50 г –

Для розрахунку розчинів відсоткової концентрації мольну, масу округлюють до цілих чисел.

2. Знаходимо кількість грамів концентрованої>
кислоти, в якому буде знаходитися 50 г НС1:

100 г кислоти-38 г НС1 х »» -50 »НС1 10050

X gg- “= 131, 6 Г.

3. Знаходимо обсяг, який займає цю кількість 1
кислоти:

4. Кількість розчинника (води) дорівнює 500;
-131,6 = 368,4 г, або 368,4 мл. Так як необхідне до-
личество води і кислоти відмірюють мірним цілінд-
ром, то десяті частки мілілітра до уваги не прініма-
ють. Отже, для приготування 500 г 10% раство-
ра соляної кислоти необхідно взяти 111 мл соляної I
кислоти і 368 мл води.

Приклад 2. Зазвичай при розрахунках для приготування кислот користуються стандартними таблицями, в яких вказані відсоток розчину кислоти, щільність даного розчину при певній температурі і кількість грамів цієї кислоти, що міститься в 1 л розчину даної концентрації (див. Додаток V). У цьому випадку розрахунок спрощується. Кількість готується розчину кислоти може бути розраховане на певний обсяг.

Наприклад, потрібно приготувати 500 мл 10% розчину соляної кислоти, виходячи з концентрованого 38% j розчину. За таблицями знаходимо, що 10% розчин соляної кислоти містить 104,7 г НС1 в 1 л розчину. Нам I потрібно приготувати 500 мл, отже, в розчині повинно бути 104,7: 2 = 52,35 г АЛЕ.

Обчислимо, скільки потрібно взяти концентрованої I кислоти. По таблиці 1 л концентрованої НС1 містить 451,6 г НС1. Складаємо пропорцію: 1000 мол-451,6 г НС1 х »-52,35» НС1

Кількість води одно 500-115 = 385 мл.

Отже, для приготування 500 мл 10% розчину соляної кислоти потрібно взяти 115 мл концентрованого розчину НС1 і 385 мл води.