Как найти массовую долю раствора при смешивании

“Только из союза двоих, работающих
вместе и при помощи друг друга, рождаются великие
вещи.”

Антуан Де Сент-Экзюпери

Математика многообразна и многогранна.
Существует ряд ситуаций в образовательном
процессе, когда при изучении какой-либо темы по
физике, химии, биологии и т.д. затрагиваются
понятия математики, например, существуют задачи,
которые решают как на уроках математики, так и на
уроках химии. Способы решения задач представляют
и учителя химии, и математики, но есть проблема:
математики знают математику, а химики – химию. И
не всегда способы совпадают.

В данной статье приводятся рекомендации по
решению химических задач на смешение растворов
разными способами: с помощью расчетной формулы,
“Правила смешения”, “Правила креста”,
графического метода, алгебраического метода.
Приведены примеры решения задач.

1. Основные химические понятия

Приведем некоторые указания к решению задач на
растворы.

Основными компонентами этого типа задач
являются:

а) массовая доля растворенного вещества в
растворе;

б) масса растворенного вещества в растворе;

в) масса раствора.

Предполагают, что:

а) все получившиеся смеси и сплавы являются
однородными;

б) смешивание различных растворов происходит
мгновенно;

в) объем смеси равен сумме объемов смешиваемых
растворов;

г) объемы растворов и массы сплавов не могут
быть отрицательными.

Определения и обозначения.

Массовая доля растворенного вещества в
растворе –
это отношение массы этого вещества к
массе раствора.

где – массовая
доля растворенного вещества в растворе;

– масса
растворенного вещества в растворе;

– масса
раствора.

Следствия формулы (1):

Введем обозначения:

– массовая доля
растворенного вещества в первом растворе;


массовая доля растворенного вещества во втором
растворе;


массовая доля растворенного вещества в новом
растворе, полученном при смешивании первого и
второго растворов;

m1(в-ва), m2(в-ва), m(в-ва) – массы
растворенных веществ в соответствующих
растворах;

m1(р-ра), m2(р-ра), m(р-ра) – массы
соответствующих растворов.

Основными методами решения задач на смешивание
растворов являются: с помощью расчетной формулы,
“Правило смешения”, “Правило креста”,
графический метод, алгебраический метод.

Приведем описание указанных методов.

1.1. С помощью расчетной формулы

В наших обозначениях, получим формулу для
вычисления массовой доли вещества (?) в смеси.

1. Масса полученного при смешивании раствора
равна:

m(р-ра) = m1(р-ра) + m2(р-ра).

2. Определим массы растворенных веществ в
первом и втором растворах:

m1(в-ва)= •m1(р-ра), m2(в-ва)=   •m2(р-ра).

3. Следовательно, масса растворенного вещества
в полученном растворе вычисляется как сумма масс
веществ в исходных растворах:

m(в-ва) = m1(в-ва) + m2(в-ва) = •m1(р-ра) + •m2(р-ра).

4. Таким образом, массовая доля растворенного
вещества в полученном растворе равна:

или

или

img9.gif (526 bytes)

где – массы
соответствующих растворов.

Замечание: При решении задач удобно
составлять следующую таблицу.

 

1-й раствор

2-й раствор

Смесь двух растворов

Масса растворов

m1

m2

m1 + m2

Массовая доля
растворенного вещества

Масса вещества в
растворе

m1

m2

(m1 + m2)

1.2. “Правило смешения”

Воспользуемся формулой (4):

тогда 

Отсюда

Таким образом, отношение массы первого
раствора к массе второго равно отношению
разности массовых долей смеси и второго раствора
к разности массовых долей первого раствора и
смеси.

Аналогично получаем, что при

Замечание: Формула (5) удобна тем, что на
практике, как правило, массы веществ не
отвешиваются, а берутся в определенном
отношении.

1.3. “Правило креста”

“Правилом креста” называют диагональную
схему правила смешения для случаев с двумя
растворами.

Слева на концах отрезков записывают исходные
массовые доли растворов (обычно слева
вверху-большая), на пересечении отрезков –
заданная, а справа на их концах записываются
разности между исходными и заданной массовыми
долями. Получаемые массовые части показывают в
каком отношении надо слить исходные растворы.

1.4. 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

Полученная функциональная прямая позволяет
решать задачи по определению массы смешанных
растворов и обратные, по массе смешанных
растворов находить массовую долю полученной
смеси.

Построим график зависимости массовой доли
растворенного вещества от массы смешанных
растворов. На одной из осей ординат откладывают
точку, соответствующую массовой доли , а на другой – . Обозначим на оси абсцисс
точки А и В с координатами (0,0) и (m1 + m2,0),
соответственно. На графике точка А(0,0)
показывает, что массовая доля всего раствора
равна , а точка В(m1
+ m2,0) – массовая доля всего раствора равна . В направлении от
точки А к точке В возрастает содержание в
смеси 2-го раствора от 0 до m1+ m2 и
убывает содержание 1-го раствора от m1+ m2
до 0. Таким образом, любая точка на отрезке АВ будет
представлять собой смесь, имеющую одну и ту же
массу с определенным содержанием каждого
раствора, которое влияет на массовую долю
растворенного вещества в смеси.

Замечание: Данный способ является наглядным
и дает приближенное решение. При использовании
миллиметровой бумаги можно получить достаточно
точный ответ.

1.5. Алгебраический метод

Задачи на смешивание растворов решают с
помощью составления уравнения или системы
уравнений.

2. Примеры решения задач

Задача 1. (№1.43, [1])

В 100 г 20%-ного раствора соли добавили 300 г её
10%-ного раствора. Определите процентную
концентрацию раствора.

Решение:

  1. C помощью расчетной формулы
  2. Графический
  3. Ответ: 12,5%

  4. Путем последовательных вычислений
    • Сколько растворенного вещества содержится:
    • а) в 100 г 20%-ного раствора; [100•0,2 = 20(г)]

      б) в 300 г 10%-ного раствора? [300•0,1 = 30(г)]

    • Сколько вещества содержится в образовавшемся
      растворе?
    • 20 г + 30 г = 50 г

    • Чему равна масса образовавшегося раствора?
    • 100 г + 300 г = 400 г

    • Какова процентная концентрация полученного
      раствора?
    • (50/400)100 = 12,5(%)

      Ответ: 12,5%


  5. Алгебраический
  6. Пусть х – процентная концентрация
    полученного раствора. В первом растворе
    содержится 0,2•100(г) соли, а во втором 0,1•300(г), а в
    полученном растворе х•(100 + 300)(г) соли.
    Составим уравнение:

    0,2•100 + 0,1•300 = х•(100 + 300);

    х = 0,125 (12,5%)

    Ответ: 12,5%

Задача 2. u(№10.26, [1])

Смешали 10%-ный и 25%-ный растворы соли и получили 3
кг 20%-ного раствора. Какое количество каждого
раствора в килограммах было использовано?

Решение:

  1. Алгебраический
  2. а) C помощью уравнения:

    Пусть х (кг) – масса 1-го раствора, тогда 3-х (кг)
    -масса 2-го раствора.

    0,1•х (кг) содержится соли в 1-ом растворе,

    0,25•(3-х) (кг) содержится соли в 2-ом растворе,

    0,2•3 (кг) содержится соли в смеси.

    Учитывая, что масса соли в 1-ом и 2-ом растворах
    равна массе соли в смеси, составим и решим
    уравнение:

    0,1•х + 0,25•(3-х) = 0,2•3;

    0,15х = 0,15;

    х = 1, 1кг-масса 1-го раствора

    3 – х = 3 – 1 =2 (кг) – масса 2-го раствора.

    Ответ: 1 кг, 2 кг.

    б) С помощью системы уравнений

    Пусть х (кг) – количество первого раствора, у (кг)
    – количество второго раствора. Система уравнений
    имеет вид:

    Ответ: 1 кг, 2 кг.

  3. Графический.
  4. Ответ: 1кг, 2кг.

  5. “Правило смешения”
  6.  


  7. “Правило креста”
  8. Составим диагональную схему

    Ответ: 1кг, 2кг.

Задача 3 ([2])

Сосуд емкостью 5 л содержит 2 л р%-ного (по объёму)
раствора соли. Сколько литров 20%-ного раствора
такой же соли надо налить в сосуд, чтобы
процентное содержание соли в сосуде стало
наибольшим?

Решение (графический способ)

Заметим, что по условию, объём второго раствора
не превышает трёх литров.

  1. Ели р < 20, то для того, чтобы получить
    максимальную массовую долю вещества в растворе,
    необходимо добавить 3 л 20% – ного раствора соли;
  2. Если р = 20, то при добавлении 2-го раствора,
    процентное содержание соли в растворе не
    изменится, следовательно, можно прилить от 0 л до 3
    л 20% – ного раствора соли;
  3. Если р > 20, то при добавлении 2-го раствора,
    процентное содержание соли будет уменьшаться,
    т.е. прилить нужно 0 л.

Ответ: 3 л, если 0 < р < 20, [0,3], если р = 20, 0л, если 20
< р 100.

Задача 4 (работа 5, №2, [1])

В двух сосудах по 5л каждый содержится раствор
соли. Первый сосуд содержит 3л р% – ного раствора, а
второй – 4л 2р% – ного раствора одной и той же соли.
Сколько литров надо перелить из второго сосуда в
первый, чтобы получить в нем 10% – ный раствор соли?
При каких значениях р задача имеет решение?

Решение

Найдем, при каких значениях р задача имеет
решение. По условию задачи 5-ти литровый сосуд
содержит 3л первого раствора, следовательно, к
нему можно прилить от 0 до 2л второго раствора.

Имеем, Решая
неравенство, получаем

Ответ:

3. Заключение

Данные рекомендации предназначены учителям
математики, желающим организовать элективные
курсы, как в девятых, так и в десятых и
одиннадцатых классах. Цель создаваемых курсов:
научить учащихся пользоваться математическим
аппаратом при решении химических задач.

Список литературы


  1. Галицкий и др. Сборник задач по алгебре для 8-9
    классов: Учебное пособие для учащихся шк. и
    классов с углубл. изуч. математики / М.Л. Галицкий,
    А.М. Гольдман, Л.И. Звавич.-2-е изд. – М.:
    Просвещение,1994. – 271с.
  2. Сборник задач по математике для поступающих в
    вузы: Учебное пособие/ П.Т.Дыбов, А.И.Забоев, А.С.
    Иванов и др.; Под ред. А.И. Прилепко. – М.:Высш. школа,
    1983. – 239 с.
  3. Ерыгин Д.П., Шишкин Е.А. Методика решения задач по
    химии: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов
    по биол. и хим. спец. – М.: Просвещение,1989. – 176с.
  4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для
    поступающих в вузы: Учебное пособие. – 2-е изд..
    исправ. и доп. – М.: Высш. школа, 1993. – 302 с.

ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ

«Вычисление массы растворенного вещества, содержащегося в определенной массе раствора с известной массовой долей»

Алгоритмы решения задач:

Пример 1. Вычисление массовой доли растворенного вещества

Определите массовую долю нитрата калия в растворе, полученном растворением 50 г нитрата калия в 200 г воды.

Дано:                                                            

m(KNO3 ) = 50 г,                             

m(Н2О) = 200 г.               

Решение

ω(в-ва) = m(в-ва) / m(р-ра)*100 (%).

m(р-ра) = m(в-ва) + m(Н2 О) = = 50 (г) + 200 (г) = 250 г.

ω(KNO3 ) = = 50 (г) / 250 (г) * 100 (%) = 20 %.

Ответ. ω(KNO3) = 20 %.

ω(KNO3 ) – ?                  

Пример 2. Вычисление массы растворенного вещества

Вычислите массу гидроксида калия в растворе объемом 600 мл и плотностью 1,082 г/мл, если массовая доля гидроксида калия составляет 10 %.

Дано:                                                            

V(р-ра) = 600 мл, ρ = 1,082 г/мл, ω(KОН) = 10 %, или 0,1.

Решение

m(в-ва) = ω(в-ва)*m(р-ра).

m(р-ра) = ρ*V(р-ра) = = 1,082 (г/мл)*600 (мл) = 649,2 г.

m(KОН) = 649,2 (г)*0,1 = 64,92 г.

Ответ. m(KОН) = 64,92 г.

m(KОН) – ?

Пример 3. Смешивание растворов с разными концентрациями одного вещества Смешали 300 г раствора с массовой долей хлорида натрия 20 % и 500 г раствора того же вещества с массовой долей 40 %. Вычислите массовую долю хлорида натрия в полученном растворе.

Дано:                                                            

m1 = 300 г,

ω1 = 20 %, или 0,2,

m2 = 500 г,

ω2 = 40 %, или 0,4.

Решение

m1 *ω1 + m2 *ω2 = m3 *ω3 ,

где m1 , m2 , m3 – массы растворов.

300 (г)*0,2 + 500 (г)*0,4 = = 800 (г)*ω3 ,

60 (г) + 200 (г) = 800 (г)*ω3 , 260 (г) = 800 (г)*ω3 ,

ω3 = 260 (г) / 800 (г) = 0,325, или 32,5 %.

Ответ. ω3 (NaCl) = 32,5 %.

ω3 – ?

Пример 4. Разбавление водой

ω2 = 0, т.к. в воде не содержится вещество, находящееся в первом растворе.

Какую массу воды надо добавить к раствору гидроксида натрия массой 150 г с массовой долей 10 %, чтобы получить раствор с массовой долей 2 %?

Дано:

m1 = 150 г,

ω1 = 10 %, или 0,1, ω2 = 0,

ω3 = 2 %, или 0,02.

Решение

m1 *ω1 + m2 *ω2 = m3 *ω3 .

150 (г)*0,1 + m2 *0 = = (150 (г) + m2 )*0,02,

15 (г) + 0 = 3 (г) + 0,02m2 ,

0,02m2 = 12 г,

m2 = 12 (г) / 0,02 = 600 г.

Ответ. m(Н2О) = 600 г.

m2 – ?

Пример 5. Концентрирование (добавление твердого вещества)

ω2 = 100 %, или 1, т.к. добавляемое вещество чистое.

Какую массу хлорида бария надо добавить к раствору хлорида бария массой 150 г с массовой долей 10 %, чтобы получить раствор с массовой долей 25 %?

Дано:

m1 = 150 г,

ω1 = 10 %, или 0,1, ω2 = 100 %, или 1, ω3 = 25 %, или 0,25.

Решение

m1 *ω1 + m2 *ω2 = m3 *ω3 .

150 (г)*0,1 + m2 *1 = = (150 (г) + m2 )*0,25,

15 (г) + 1*m2 = 37,5 (г) + 0,25m2 ,

0,75m2 = 22,5 г,

m2 = 22,5 (г) / 0,75 = 30 г.

Ответ. m(BaCl2 ) = 30 г.

m2 – ?

Пример 6. Упаривание раствора (частичное выпаривание воды)

Вычислите массовую долю хлорида натрия в растворе, если из 200 г 30 %-го раствора испарилось 50 г воды.

Дано:

m1 = 200 г,

ω1 = 30 %, или 0,3, m2 = 50 г, ω2 = 0.

Решение

m1 *ω1 + m2 *ω2 = m3 *ω3 .

200 (г)*0,3 + 50 (г)*0 = = 150 (г)*ω3 ,

60 (г) = 150 (г)*ω3 , ω3 = 60 (г) / 150 (г) = 0,4, или 40 %.

Ответ. ω3 (NaCl) = 40 %

ω3 – ?

ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ

1. Какая масса карбоната натрия (в граммах) потребуется для приготовления 0,5 л 13%-го раствора плотностью 1,13 г/мл?

а) 73,45; б) 50; в) 72; г) 75.

2. Из раствора хлорида бария массой 100 г с массовой долей соли 3 % выпарили 25 г воды и до- бавили в него 15 г соли. Массовая доля соли (в %) в полученном растворе равна:

а) 12; б) 15; в) 18; г) 20.

3. Смешали 120 г раствора серной кислоты с массовой до лей 20 % и 40 г 50%-го раствора того же вещества. Определите массовую долю кислоты (в %) в полученном растворе.

а) 25; б) 27,5; в) 27; г) 29,5.

4. Какая масса азотной кислоты (в граммах) содержится в 1 л ее 20%-го раствора с плотностью 1,05 г/мл?

а) 105; б) 63; в) 210; г) 176.

5. Какая масса соли (в граммах) вводится в организм человека при вливании 353 г 0,85%-го физиологического раствора?

а) 3; б) 6; в) 4; г) 2 г.

6. К 180 г 8%-го раствора хлорида натрия добавили 20 г NaCl. Найдите массовую долю (в %) хлорида натрия в образовавшемся растворе.

а) 17,2; б) 17,4; в) 18; г) 12,7.

7. К раствору хлорида кальция массой 140 г с массовой долей соли 5 % добавили 10 г этой же соли. Определите массовую долю (в %) хлорида кальция в полученном растворе.

а) 13,1; б) 14; в) 11,3; г) 25.

8. Какую массу соли (в граммах) надо добавить к 60 г раствора с массовой долей этой соли 10 %, чтобы получить раствор с массовой долей 40 %?

а) 15; б) 22; в) 17; г) 30.

9. Смешали 200 г 15%-го раствора нитрата хрома(III) и 300 г 20%-го раствора той же соли. Вычислите массовую долю (в %) ни- трата хрома(III) в полученном растворе.

а) 24; б) 18; в) 17,9; г) 18,1.

10. Из 150 г раствора хлорида натрия с массовой долей 5 % выпарили 10 г воды и добавили 5 г той же соли. Вычислите массовую долю (в %) соли в полученном растворе.

а) 8,4; б) 8,6; в) 9; г) 11,2.

11. Смешали 200 г 5%-го и 400 г 12,5%-го растворов серной кислоты. Найдите массу кислоты в полученном растворе (в граммах).

а) 60; б) 98; в) 49; г) 58.

12. При растворении 16 г гидроксида натрия получили 10%- й раствор. Определите массу (в граммах) взятой для этого воды.

а) 126; б) 144; в) 151; г) 164.

13. К 200 г 10%-го раствора ни- трата калия добавили некоторую порцию нитрата калия и получи- ли 20%-й раствор. Найдите массу (в граммах) добавленной порции твердого вещества. а) 2,5; б) 5; в) 25; г) 15.

14. Найдите массу воды (в граммах), которую нужно добавить к 300 г 8%-го раствора сульфата натрия для получения 5%-го раствора.

а) 90; б) 45; в) 18; г) 180.

15. Какая масса раствора (в граммах) получится при упаривании 200 г 5%-го раствора гидроксида калия до 20%-го раствора?

а) 10; б) 45; в) 100; г) 50.

16. 92 мл 10%-го раствора серной кислоты (плотность 1,066 г/мл) полностью нейтрализовали 40%-м раствором гидроксида натрия. Найдите массу затраченного на нейтрализацию раствора гидроксида натрия (в граммах).

а) 10; б) 55; в) 20; г) 30.

17. Определите, какую массу гидроксида калия (в граммах) нужно добавить к 150 г 20%-го раствора гидроксида калия для получения 40%-го раствора.

а) 5; б) 50; в) 56; г) 78.

18. К 200 г 8%-го раствора хлорида натрия добавили 50 г воды. Вычислите массовую долю (в %) соли в образовавшемся растворе.

а) 6,4; б) 6,5; в) 6,1; г) 6,2.

19. Определите массу воды (в граммах), которую надо добавить к 20 г 70%-го раствора уксусной кислоты для получения 5%-го раствора уксуса.

а) 260; б) 130; в) 26; г) 258.

20. Определите массу сахара (в граммах), необходимую для приготовления 0,5 кг 45%-го раствора.

а) 245; б) 225; в) 345; г) 500.

21. Вычислите массовую долю соляной кислоты (в %) в растворе, полученном при растворении 11,2 л (н.у.) хлороводорода в 1 л воды.

а) 1,3; б) 1,6; в) 1,8; г) 3,6.

22. Вычислите массу 40%-го раствора уксусной кислоты (в граммах), которую необходимо добавить к 500 г воды для получения 15%-го раствора.

а) 29; б) 32; в) 48; г) 300.

23. Массовая доля соли в морской воде составляет 3,5 %. Найдите массу соли (в граммах), которая останется после выпаривания 5 кг морской воды.

а) 175; б) 170; в) 167; г) 163.

24. Смешали 250 г раствора гидроксида натрия с массовой долей 16 % и 300 мл раствора (ρ = 1,2 г/мл) с массовой долей того же вещества 20 %. Рассчитайте массу гидроксида натрия (в граммах) в полученном растворе:

а) 120; б) 112; в) 11; г) 115.

25. Какова масса поваренной соли (в граммах), которую следует растворить в 250 г раствора этой соли с массовой долей 10 % для получения раствора с массовой долей 18 %?

а) 22; б) 42,4; в) 24,4; г) 44.

26. К 50 г раствора хлорида кальция с массовой долей 3,5 % добавили 5 г этой же соли и 20 г воды. Определите массовую долю (в %) соли в полученном растворе.

а) 6; б) 7; в) 8; г) 9.

27. Какая масса серной кисло ты (в граммах) содержится в 0,6 л ее 40%-го раствора с плотностью 1,3 г/мл?

а) 63; б) 26; в) 60; г) 312.

28. Найдите массу хлорида натрия (в граммах), который необходимо растворить в 50 г воды для приготовления раствора с массовой долей соли 20 %.

а) 20; б) 12,5; в) 5; г) 24.

29. К 350 г водного раствора этанола с массовой долей 20 % добавили 120 мл спирта (плотность 0,8 г/мл). Рассчитайте массу спирта (в граммах) в полученном растворе.

а) 167; б) 156; в) 166; г) 170.

30. Из 50 г раствора хлорида натрия с массовой долей 2 % выпарили 10 г воды и добавили 5 г этой же соли. Определите массовую долю соли (в %) в полученном растворе.

а) 6,3; б) 13,3; в) 8,9; г) 9,4

Ответы. 1–а, 2–г, 3–б, 4–в, 5–а, 6–а, 7–в, 8–г, 9–б, 10–б, 11–а, 12–б, 13–в, 14–г, 15–г, 16–в, 17–б, 18–а, 19–а, 20–б, 21–в, 22–г, 23–а, 24–б, 25–в, 26–г, 27–г, 28–б, 29–в, 30–б.

Определить массовую долю в растворе,которые получится при смешивание 175 г 20% раствора и 125 г 10% раствора

Домашние заданияЗадания по химииРастворы

Даня Торрес

12 января 2020  · 218,9 K

Способ 1. Пусть x – искомая концентрация. Тогда в соответствии с правилом креста составляем соотношение

175/125 = (x – 10)/(20 – x)

Откуда x = 15,83 %.

Способ 2. Количество растворённого вещества равно

175*0,2 + 125*0,1 = 47,5 г.

Масса полученного раствора составит 175 + 125 = 300 г.

Концентрация растворённого вещества в полученном растворе

(47,5/300)*100 = 15,83 %.

113,2 K

Подскажите пожалуйста, почему (x – 10)/(20 – x)? И почему меняются эти данные, т.е. в первой скобке x – 10, а во 2-й 20 – x?

Комментировать ответ…Комментировать…

175*0,2 = 35 – определили массу чистого вещества в первом растворе,
125*0,1 =12,5 – определили массу чистого вещества во втором растворе,
35+12,5=47,5 – масса чистого вещества в двух растворах,
175+125=300 – масса двух растворов,
(47,5/300)*100 = 15,83%.
Все задание решается через формулу w= (m(в-ва)/m (р-ра))*100%
Читать далее

2,0 K

Комментировать ответ…Комментировать…

4.3.1. Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе».

Раствором называют гомогенную смесь двух или более компонентов.

Вещества, смешением которых получен раствор, называют его компонентами.

Среди компонентов раствора различают растворенное вещество, которое может быть не одно, и растворитель. Например, в случае раствора сахара в воде сахар является растворенным веществом, а вода является растворителем.

Иногда понятие растворитель может быть применимо в равной степени к любому из компонентов. Например, это касается тех растворов, которые получены смешением двух или более жидкостей, идеально растворимых друг в друге. Так, в частности, в растворе, состоящем из спирта и воды, растворителем может быть назван как спирт, так и вода. Однако чаще всего в отношении водосодержащих растворов традиционно растворителем принято называть воду, а растворенным веществом — второй компонент.

В качестве количественной характеристики состава раствора чаще всего используют такое понятие, как массовая доля вещества в растворе. Массовой долей вещества называют отношение массы этого вещества к массе раствора, в котором оно содержится:

Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе»

где ω(в-ва) – массовая доля вещества, содержащегося в растворе (г), m(в-ва) – масса вещества, содержащегося в растворе (г), m(р-ра) – масса раствора (г).

Из формулы (1) следует, что массовая доля может принимать значения от 0 до 1, то есть составляет доли единицы. В связи с этим массовую долю можно также выражать в процентах (%), причем именно в таком формате она фигурирует практически во всех задачах. Массовая доля, выраженная в процентах, рассчитывается по формуле, схожей с формулой (1) с той лишь разницей, что отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора умножают на 100%:

Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе»

Для раствора, состоящего только из двух компонентов, могут быть соответственно рассчитаны массовые доли растворенного вещества ω(р.в.) и массовая доля растворителя ω(растворителя).

Массовую долю растворенного вещества называют также концентрацией раствора.

Для двухкомпонентного раствора его масса складывается из масс растворенного вещества и растворителя:

масса раствора равна сумме масс компонентов

Также в случае двухкомпонентного раствора сумма массовых долей растворенного вещества и растворителя всегда составляет 100%:

сумма массовых долей всех компонентов равна 100%

Очевидно, что, помимо записанных выше формул, следует знать и все те формулы, которые напрямую из них математически выводятся. Например:

РАСЧЕТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ «МАССОВАЯ ДОЛЯ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ»

РАСЧЕТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ «МАССОВАЯ ДОЛЯ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ»

РАСЧЕТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ «МАССОВАЯ ДОЛЯ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ»

Также необходимо помнить формулу, связывающую массу, объем и плотность вещества:

m = ρ∙V

а также обязательно нужно знать, что плотность воды равна 1 г/мл. По этой причине объем воды в миллилитрах численно равен массе воды в граммах. Например, 10 мл воды имеют массу 10 г, 200 мл — 200 г и т.д.

Для того чтобы успешно решать задачи, помимо знания указанных выше формул, крайне важно довести до автоматизма навыки их применения. Достичь этого можно только прорешиванием большого количества разнообразных задач. Задачи из реальных экзаменов ЕГЭ на тему «Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе»» можно порешать здесь.

Примеры задач на растворы

Пример 1

Рассчитайте массовую долю нитрата калия в растворе, полученном смешением 5 г соли и 20 г воды.

Решение:

Растворенным веществом в нашем случае является нитрат калия, а растворителем — вода. Поэтому формулы (2) и (3) могут быть записаны соответственно как:

массовая доля вещества в растворе

Из условия m(KNO3) = 5 г, а m(Н2O) = 20 г, следовательно:

m(р-ра) = 5 г + 20 г = 25 г

массовая доля нитрата калия

Ответ: массовая доля KNO3

Пример 2

Какую массу воды необходимо добавить к 20 г глюкозы для получения 10%-ного раствора глюкозы.

Решение:

Из условий задачи следует, что растворенным веществом является глюкоза, а растворителем — вода.  Тогда формула (4) может быть записана в нашем случае так:

массовая доля глюкозы

Из условия мы знаем массовую долю (концентрацию) глюкозы и саму массу глюкозы. Обозначив массу воды как x г, мы можем записать на основе формулы выше следующее равносильное ей уравнение:

уравнение

Решая это уравнение находим x:

уравнение

т.е. m(H2O) = x г = 180 г

Ответ: m(H2O) = 180 г

Пример 3

150 г 15%-ного раствора хлорида натрия смешали со 100 г 20%-ного раствора этой же соли. Какова массовая доля соли в полученном растворе? Ответ укажите с точностью до целых.

Решение:

Для решения задач на приготовление растворов удобно использовать следующую таблицу:

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
mр-ра
ωр.в.

где mр.в., mр-ра и ωр.в. — значения массы растворенного вещества, массы раствора и массовой доли растворенного вещества соответственно, индивидуальные для каждого из растворов.

Из условия мы знаем, что:

m(1)р-ра = 150 г,

ω(1)р.в. = 15%,

m(2)р-ра = 100 г,

ω(1)р.в. = 20%,

Вставим все эти значения в таблицу, получим:

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
mр-ра
150 г 100 г
ωр.в.
15% 20% искомая величина

Нам следует вспомнить следующие формулы, необходимые для расчетов:

ωр.в. = 100% ∙ mр.в./mр-ра , mр.в. = mр-ра ∙ ωр.в./100% , mр-ра = 100% ∙ mр.в. /ωр.в.

Начинаем заполнять таблицу.

Если в строчке или столбце отсутствует только одно значение, то его можно посчитать. Исключение — строчка с ωр.в., зная значения в двух ее ячейках, значение в третьей рассчитать нельзя.

В первом столбце отсутствует значение только в одной ячейке. Значит мы можем  рассчитать его:

m(1)р.в. = m(1)р-ра ∙ ω(1)р.в. /100% = 150 г ∙ 15%/100% = 22,5 г

Аналогично у нас известны значения в двух ячейках второго столбца, значит:

m(2)р.в. = m(2)р-ра ∙ ω(2)р.в. /100% = 100 г ∙ 20%/100% = 20 г

Внесем рассчитанные значения в таблицу:

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
22,5 г 20 г
mр-ра
150 г 100 г
ωр.в.
15% 20%  искомая величина

Теперь у нас стали известны два значения в первой строке и два значения во второй строке. Значит мы можем рассчитать недостающие значения (m(3)р.в. и m(3)р-ра):

m(3)р.в. = m(1)р.в. + m(2)р.в. = 22,5 г + 20 г = 42,5 г

m(3)р-ра = m(1)р-ра + m(2)р-ра = 150 г + 100 г = 250 г.

Внесем рассчитанные значения в таблицу, получим:

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
 22,5 г  20 г 42,5 г
mр-ра
150 г  100 г 250 г
ωр.в.
15% 20% искомая величина

Вот теперь мы вплотную подобрались к расчету искомой величины ω(3)р.в.. В столбце, где она расположена, известно содержимое двух других ячеек, значит мы можем ее рассчитать:

ω(3)р.в. = 100% ∙ m(3)р.в./m(3)р-ра = 100% ∙ 42,5 г/250 г = 17%

Пример 4

К 200 г 15%-ного раствора хлорида натрия добавили 50 мл воды. Какова массовая доля соли в полученном растворе. Ответ укажите с точностью до сотых _______%

Решение:

Прежде всего следует обратить внимание на то, что вместо массы добавленной воды, нам дан ее объем. Рассчитаем ее массу, зная, что плотность воды равна 1 г/мл:

mдоб.(H2O) = Vдоб.(H2O) ∙ ρ(H2O)50 мл ∙ 1 г/мл = 50 г

Если рассматривать воду как 0%-ный раствор хлорида натрия, содержащий соответственно 0 г хлорида натрия, задачу можно решить с помощью такой же таблицы, как в примере выше. Начертим такую таблицу и вставим известные нам значения в нее:

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
0 г
mр-ра
 200 г  50 г
ωр.в.
15% 0%  искомая величина

В первом столбце известны два значения, значит можем посчитать третье:

m(1)р.в. = m(1)р-ра ∙ ω(1)р.в./100% = 200 г ∙ 15%/100% = 30 г,

Во второй строчке тоже известны два значения, значит можем рассчитать третье:

m(3)р-ра = m(1)р-ра + m(2)р-ра = 200 г + 50 г = 250 г,

Внесем рассчитанные значения в соответствующие ячейки:

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
30 г 0 г
mр-ра
200 г 50 г 250 г
ωр.в.
15% 0% искомая величина

Теперь стали известны два значения в первой строке, значит можем посчитать значение m(3)р.в. в третьей ячейке:

m(3)р.в. = m(1)р.в. + m(2)р.в. = 30 г + 0 г = 30 г

1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
30 г 0 г 30 г
mр-ра
200 г 50 г 250 г
ωр.в.
15% 0%  искомая величина

Теперь можем рассчитать массовую долю в третьем растворе:

ω(3)р.в. = 30/250 ∙ 100% = 12%.

При смешивании масса полученного
раствора (m) равняется сумме масс
смешиваемых растворов (m1, m2,
m3 … mn):

m = m1 + m2 + m3 +…+ mn,
г

Аналогично, масса растворенного вещества
будет равна сумме масс веществ в
смешиваемых растворах:

m(X) = m1(X) + m2(X) + m3(X) +…+
mn(X), г

Пример 12. Определить массовую долю
HNO3 в растворе, полученном при
смешивании 100 мл раствора с ω1(HNO3)
= 10% (ρ1 = 1,05 г/мл) и 150 мл раствора с
ω2(HNO3) = 20% (ρ2 = 1,12
г/мл).

Решение:

ω(HNO3) =

=

Находим

m1(р-ра) = V1(р-ра)·ρ1(р-ра)
= 100·1,05 = 105 г

m2(р-ра) = V2(р-ра)·ρ2(р-ра)
= 150·1,12 = 168 г

m1(HNO3) = m1(р-ра)·ω1(р-ра)
= 105·0,1 = 10,5 г

m2(HNO3) = m2(р-ра)·ω2(р-ра)
= 168·0,2 = 33,6 г

Рассчитываем

ω(HNO3) =

= 0,162 или 16,2%

Ответ: массовая доля HNO3 в
растворе после смешения равна 0,162 или
16,2%.

Пример 13. Какие объемы растворов
гидроксида калия с ω1(KOH) = 50%
1 = 1,51 г/мл) и с
ω2(KOH) = 10% (ρ2 = 1,1 г/мл)
необходимо использовать для приготовления
одного литра раствора гидроксида калия
с ω(KOH) = 20% (ρ = 1,19 г/мл)?

Решение:

Масса полученного раствора равна

m(р-ра) = m1(р-ра) + m2(р-ра)

m(р-ра) = V(р-ра)·ρ(р-ра) = 1000·1,19 = 1190 г

Отсюда m1(р-ра) = 1190 – m2(р-ра)

Масса KOH в полученном растворе равна

m(KOH) = m(р-ра)·ω(KOH) = 1190·0,2 = 238 г

В то же время масса КОН в полученном
раствора равна:

m(KOH) = m1(KOH) + m2(KOH)

m1(KOH) = m1(р-ра)·ω1(KOH) =
m1(р-ра)·0,5

m2(KOH) = m2(р-ра)·ω2(KOH) =
m2(р-ра)·0,1

Получаем 238 = m1(р-ра)·0,5 + m2(р-ра)·0,1

Подставим в это уравнение выражение
для m1(р-ра):

238 = [1190 – m2(р-ра)]·0,5 + m2(р-ра)·0,1

Решим уравнение относительно m2(р-ра):

0,4m2(р-ра) = 357 m2(р-ра) = 892,5 г

Тогда m1(р-ра) = 1190 – 892,5 = 297,5 г

Находим объемы растворов:

V1(р-ра) =

=
=
197 мл

V2(р-ра) =

=
=
811,4 мл

Ответ: V1 = 197 мл, V2 = 811,4
мл.

1. 5. Задания для самостоятельной работы

1. Определите массовую долю
растворенного вещества (Х)% в следующих
растворах:

Вариант

а

б

в

г

д

m(X), г

5

28

46,7

53,1

62,2

m(H2O), г

300

450

528

630

720

2. Рассчитать массу вещества (г),
необходимую для приготовления следующих
растворов:

Вариант

а

б

в

г

д

ω(Х),%

2

1

5

10

8

Объем р-ра, л

0,25

0,8

0,5

0,3

0,45

ρ, г/мл

1,015

1,007

1,046

1,090

1,067

3. Рассчитайте массу кристаллогидрата
Х·nH2O (г) и объем воды (мл), необходимые
для приготовления 500 мл следующих
растворов:

Вариант

а

б

в

г

д

Вещество (Х·nH2O)

CuSO4·5H2O

FeSO4·7H2O

Na2SO4·10H2O

MgSO4·7H2O

AlCl3·6H2O

ω(соли),%

0,25

6

15

0,085

10

ρ, г/мл

1,06

1,11

1,13

1,04

1,02

4. Рассчитать массу кристаллогидрата
Х·nH2O (г), которую надо растворить
в воде для получения раствора, содержащего
Х% безводной соли:

Вариант

а

б

в

г

д

Вещество (Х·nH2O)

CuSO4·5H2O

FeSO4·7H2O

Na2SO4·10H2O

MgSO4·7H2O

AlCl3·6H2O

ω(Х),%

8

15

18

6

20

Объем воды

0,66 л

400 мл

0,75 л

350 мл

900 мл

5. Сколько литров газа (н.у.)
необходимо растворить в V мл воды для
получения раствора с массовой долей,
указанной в таблице:

Вариант

а

б

в

г

д

ω(Х),%

17

30

2

1,5

3

Вещество

NH3

HCl

CO2

SO2

H2S

V воды, мл

200

1500

900

600

1000

6. Определить объем воды, в котором
надо растворить V л газа (н.у.), для
получения раствора с указанной массовой
долей:

Вариант

а

б

в

г

д

ω(Х),%

20

25

3

2

15

Вещество

NH3

HCl

CO2

SO2

H2S

V, л

40

56,5

3,2

12,5

1,5

7. Определите массу раствора (г),
который можно приготовить из воды и
щелочи KOH, если:

Вариант

а

б

в

г

д

m(H2O), г

100

150

175

225

250

ω(KOH),%

15

20

25

30

35

8. Рассчитать массовую долю (%)
растворенных веществ, содержащихся в
V л воды:

Вариант

а

б

в

г

д

Вещество (Х)

HCl

H2S

CO2

NH3

SO2

V(X), л

10

2

1

20

0,5

V воды, л

1,5

4,5

6,5

0,4

0,65

9. Определить массу воды (г), которую
надо добавить к указанной массе раствора
m1 с массовой долей вещества ω1(Х),
для получения раствора с массовой долей
ω2(Х):

Вариант

а

б

в

г

д

m1, г

500

700

900

980

993

ω1(Х),%

40

50

58

60

72

ω2(Х),%

20

32

36

40

53

10. Определить объем воды, который
следует выпарить из исходного раствора
массой m1 с

массовой долей вещества ω1(Х),
чтобы получить раствор, в котором
массовая доля соли равна ω2(Х):

Вариант

а

б

в

г

д

m1, г

200

250

300

350

400

ω1(Х),%

10

20

30

40

50

ω2(Х),%

25

42

50

60

80

11. Определить объем раствора HNO3
с указанными массовой долей ω1(HNO3)
и плотностью, который необходимо добавить
к 1,2 л воды для получения раствора с
массовой долей ω2(HNO3) = 10%:

Вариант

а

б

в

г

д

ω1(Х),%

52

60

63

70

75

ρ1, г/мл

1,3

1,35

1,36

1,40

1,43

12. Какой объем раствора CuSO4
с указанными в таблице массовой долей
ω2(CuSO4) и плотностью ρ2
можно приготовить из 120 мл раствора с
массовой долей ω1(CuSO4) = 42%
1
= 1,36 г/мл)?

Вариант

а

б

в

г

д

ω2(CuSO4),%

52

60

63

70

75

ρ2, г/мл

1,3

1,35

1,36

1,40

1,43

13. Какие объемы растворов серной
кислоты с массовой долей ω1(H2SO4)
и плотностью ρ1 и массовой долей
ω2(H2SO4) и плотностью
ρ2 необходимо взять для приготовления
2 литров раствора H2SO4 с
массовой долей ω(H2SO4) = 14% (ρ
= 1,095 г/мл)?

Вариант

а

б

в

г

д

ω1(H2SO4),%

30

35

38

40

50

ρ1, г/мл

1,219

1,32

1,35

1,38

1,4

ω2(H2SO4),%

6

5

4,8

4

2

ρ2, г/мл

1,038

1,030

1,028

1,022

1,018

14. Определить массовую долю Na2CO3
в растворе, полученном при растворении
указанной массы кристаллогидрата
Na2CO3·10Н2О в растворе
Na2CO3 массой m с массовой долей
ω1(Na2CO3) = 13%:

Вариант

а

б

в

г

д

m(Na2CO3·10Н2О), г

40

46

48

52

56

m, г

300

420

450

500

530

15. Какую массу раствора гидроксида
калия с массовой долей ω1(KOH) надо
добавить к раствору KOH массой m2 и
массовой долей ω2(KOH), чтобы получить
раствор KOH с массовой долей ω3(KOH)?

Вариант

а

б

в

г

д

ω1(KOH),%

20

30

40

50

60

m2, г

1000

500

480

35

25

ω2(KOH),%

50

10

90

5

2

ω3(KOH),%

25

20

15

10

5

16. Сколько литров NH3 (н.у.)
необходимо растворить в растворе NH3·Н2О
массой m1 с массовой долей ω1(NH3)
для получения раствора NH3·Н2О
с массовой долей ω(NH3)?

Вариант

а

б

в

г

д

m1, г

200

300

400

500

600

ω1(NH3),%

10

12

15

18

20

ω(NH3),%

15

18

20

25

33,5

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Добавить комментарий