Страница 93 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Почему одни вещества хорошо смешиваются друг с другом, а другие нет?

Способность веществ смешиваться друг с другом, или их взаимная растворимость, определяется фундаментальным принципом химии: «подобное растворяется в подобном». Этот принцип основан на природе межмолекулярных сил, действующих между частицами (молекулами, атомами или ионами) смешиваемых веществ. Ключевым фактором, определяющим это «подобие», является полярность молекул.

Полярные вещества

Молекулы полярных веществ (например, воды $H_2O$, этанола $C_2H_5OH$, аммиака $NH_3$) имеют неравномерное распределение электрического заряда. В них есть области с частичным положительным ($\delta^+$) и частичным отрицательным ($\delta^-$) зарядом. Такие молекулы называются диполями. Когда два полярных вещества смешиваются, их молекулы сильно притягиваются друг к другу: положительный полюс одной молекулы притягивается к отрицательному полюсу другой. Эти силы притяжения (диполь-дипольные взаимодействия, водородные связи) достаточно сильны, чтобы преодолеть силы, удерживающие молекулы в их исходных веществах, и позволяют им свободно перемешиваться.
Пример: Спирт хорошо растворяется в воде, потому что и вода, и спирт являются полярными жидкостями, способными образовывать друг с другом прочные водородные связи.

Неполярные вещества

Молекулы неполярных веществ (например, масла, бензина, кислорода $O_2$, метана $CH_4$) имеют симметричное строение и равномерное распределение электронного заряда. Между такими молекулами действуют только слабые силы межмолекулярного взаимодействия, называемые лондоновскими дисперсионными силами. Когда два неполярных вещества смешиваются, их молекулы легко проникают друг в друга, так как силы притяжения между однородными и разнородными молекулами примерно одинаковы и очень слабы.
Пример: Машинное масло легко смешивается с бензином, так как оба вещества состоят из неполярных углеводородных молекул.

Смесь полярных и неполярных веществ

Когда пытаются смешать полярное и неполярное вещество (например, воду и растительное масло), они не смешиваются. Причина в том, что силы притяжения между полярными молекулами воды (водородные связи) намного сильнее, чем силы притяжения между молекулами воды и неполярными молекулами масла. Молекулы воды эффективно «выталкивают» молекулы масла, предпочитая взаимодействовать друг с другом, так как это энергетически выгоднее. Разрыв сильных связей между молекулами воды потребовал бы больше энергии, чем выделилось бы при образовании слабых связей с молекулами масла. В результате образуются два отдельных слоя: более плотное вещество опускается вниз, а менее плотное остается на поверхности.

Ответ: Вещества хорошо смешиваются друг с другом, если их молекулы имеют схожую полярность, что описывается правилом «подобное растворяется в подобном». Полярные вещества (как вода) смешиваются с другими полярными веществами благодаря сильным межмолекулярным взаимодействиям. Неполярные вещества (как масло) смешиваются с другими неполярными из-за слабых взаимодействий между их молекулами. Полярные и неполярные вещества не смешиваются, потому что сильные связи между полярными молекулами не позволяют неполярным молекулам внедриться между ними, так как это энергетически невыгодно.

1. Приведите примеры веществ, растворимых и нерастворимых в воде.

Растворимость — это способность одного вещества растворяться в другом с образованием гомогенной системы (раствора). Для воды, как полярного растворителя, действует общее правило: "подобное растворяется в подобном". Это означает, что вещества с ионной или полярной ковалентной связью обычно хорошо растворяются в воде, в то время как неполярные вещества — плохо или совсем не растворяются.

Растворимые в воде вещества

Это вещества, которые при смешивании с водой образуют истинный раствор. Частицы растворенного вещества (ионы или молекулы) равномерно распределяются между молекулами воды. Вот несколько примеров:

• Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$): ионное соединение, которое в воде распадается (диссоциирует) на ионы $Na^+$ и $Cl^-$.
• Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$): молекулы сахара полярны из-за наличия гидроксильных групп (-OH), которые образуют водородные связи с молекулами воды.
• Этиловый спирт (этанол, $C_2H_5OH$): смешивается с водой в любых соотношениях благодаря полярной гидроксильной группе, способной к образованию водородных связей.
• Гидроксид натрия (едкий натр, $NaOH$): сильное основание (щелочь), которое хорошо растворяется в воде с выделением тепла.

Нерастворимые в воде вещества

Это вещества, которые не образуют с водой однородную систему. Они либо оседают на дно, либо всплывают на поверхность, либо образуют мутную взвесь (суспензию или эмульсию). Примеры:

• Растительное масло: состоит из неполярных молекул жиров. Будучи легче воды, оно образует на ее поверхности пленку.
• Речной песок (в основном диоксид кремния, $SiO_2$): имеет очень прочную атомную кристаллическую решетку, которую молекулы воды не могут разрушить.
• Мел (карбонат кальция, $CaCO_3$): ионное соединение, которое практически нерастворимо в воде (является осадком по таблице растворимости).
• Железо ($Fe$): металл с металлической кристаллической решеткой, не взаимодействует с водой при обычных условиях и не растворяется в ней.

Ответ:

Примеры растворимых в воде веществ: поваренная соль, сахар, этиловый спирт, гидроксид натрия.
Примеры нерастворимых в воде веществ: растительное масло, речной песок, мел, железо.

2. Как изменяется растворимость большинства твёрдых веществ при нагревании? Что произойдёт, если насыщенный при $70°C$ раствор калийной селитры охладить до комнатной температуры?

Как изменяется растворимость большинства твёрдых веществ при нагревании?

Растворимость большинства твёрдых веществ в жидкостях (например, солей в воде) при нагревании увеличивается. Это объясняется тем, что процесс растворения для многих из них является эндотермическим, то есть протекает с поглощением теплоты. Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействие (в данном случае повышение температуры), то равновесие смещается в направлении, которое ослабляет это воздействие. Таким образом, система стремится поглотить избыток тепла, что способствует дальнейшему растворению вещества.

Однако существуют и исключения, например, растворимость некоторых солей, таких как сульфат церия($III$) $Ce_2(SO_4)_3$ или карбонат лития $Li_2CO_3$, с повышением температуры, наоборот, уменьшается.

Ответ: Растворимость большинства твёрдых веществ при нагревании увеличивается.

Что произойдёт, если насыщенный при 70 °С раствор калийной селитры охладить до комнатной температуры?

Растворимость калийной селитры (нитрата калия, $KNO_3$) сильно возрастает с повышением температуры. Насыщенный раствор при 70 °С содержит максимальное количество соли, которое может раствориться в воде при этой температуре.

При охлаждении этого раствора до комнатной температуры (около 20-25 °С) растворимость нитрата калия резко падает. В результате раствор становится пересыщенным — в нём содержится больше соли, чем может быть растворено при новой, более низкой температуре. Такое состояние термодинамически неустойчиво, поэтому "избыток" калийной селитры, который больше не может оставаться в растворе, начнёт кристаллизоваться, выпадая в виде твёрдого осадка. Оставшийся жидкий раствор будет насыщенным уже при комнатной температуре.

Ответ: При охлаждении насыщенного раствора калийной селитры избыток растворённого вещества выпадет в виде кристаллов.

3. Глядя на рисунок 68, определите, какой из растворов медного купороса имеет наибольшую концентрацию.

Рис. 68. Растворы медного купороса разной концентрации

Дано:

На рисунке представлены три стакана с водными растворами медного купороса ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) разной степени насыщенности цвета:

• Раствор в стакане а) имеет светло-голубой цвет.
• Раствор в стакане б) имеет более насыщенный голубой цвет.
• Раствор в стакане в) имеет самый темный, синий цвет.

Найти:

Определить, какой из растворов имеет наибольшую концентрацию.

Решение:

Медный купорос, который является кристаллогидратом сульфата меди(II) ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$), при растворении в воде образует раствор голубого цвета. Окраска раствора обусловлена присутствием гидратированных ионов меди(II), которые образуют аквакомплекс состава $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$.

Интенсивность окраски раствора напрямую зависит от его концентрации. Чем больше растворенного вещества (в данном случае, сульфата меди) содержится в определенном объеме растворителя, тем выше концентрация ионов $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ и, следовательно, тем более темным и насыщенным будет цвет раствора.

Сравнивая растворы на рисунке, мы видим, что:

• Раствор в стакане а) самый светлый, что указывает на самую низкую концентрацию.
• Раствор в стакане б) имеет промежуточную интенсивность окраски и, соответственно, среднюю концентрацию.
• Раствор в стакане в) является самым темным, что свидетельствует о самой высокой концентрации растворенного медного купороса.

Таким образом, раствор с наибольшей концентрацией находится в стакане в).

Ответ: Наибольшую концентрацию имеет раствор медного купороса в стакане в).

4. Какую массу калийной селитры и какой объём воды нужно взять для приготовления 300 г 4 %-го раствора?

Дано:

$m_{раствора} = 300 \text{ г}$

$\omega = 4\%$

$\rho_{воды} \approx 1 \text{ г/мл}$

Найти:

$m_{селитры} - ?$

$V_{воды} - ?$

Решение:

Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) определяется как отношение массы вещества ($m_{вещества}$) к массе всего раствора ($m_{раствора}$), выраженное в процентах.

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \cdot 100\%$

1. Из этой формулы мы можем найти массу калийной селитры, которую необходимо растворить:

$m_{вещества} = \frac{\omega \cdot m_{раствора}}{100\%}$

Подставляем известные значения:

$m_{селитры} = \frac{4\% \cdot 300 \text{ г}}{100\%} = 12 \text{ г}$

2. Общая масса раствора является суммой масс растворителя (воды) и растворенного вещества (калийной селитры).

$m_{раствора} = m_{воды} + m_{селитры}$

Теперь мы можем рассчитать массу воды, которая потребуется для приготовления раствора:

$m_{воды} = m_{раствора} - m_{селитры}$

$m_{воды} = 300 \text{ г} - 12 \text{ г} = 288 \text{ г}$

3. В задаче требуется найти объём воды. Зная массу воды и её плотность (плотность воды принимаем равной 1 г/мл), мы можем найти объём по формуле:

$V = \frac{m}{\rho}$

$V_{воды} = \frac{288 \text{ г}}{1 \text{ г/мл}} = 288 \text{ мл}$

Ответ: для приготовления 300 г 4%-го раствора необходимо взять 12 г калийной селитры и 288 мл воды.

5. Растворимость калийной селитры в воде при комнатной температуре равна 31,6 г в 100 г воды. Определите массовую долю селитры в насыщенном растворе.

Дано:

Масса калийной селитры ($m_{\text{селитры}}$) = 31,6 г

Масса воды ($m_{\text{воды}}$) = 100 г

Найти:

Массовую долю селитры в насыщенном растворе ($ω_{\text{селитры}}$) - ?

Решение:

Массовая доля вещества в растворе ($ω$) — это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Формула для ее расчета:

$ω = \frac{m_{\text{растворенного вещества}}}{m_{\text{раствора}}}$

Масса раствора ($m_{\text{раствора}}$) равна сумме масс растворенного вещества (в данном случае калийной селитры) и растворителя (воды).

$m_{\text{раствора}} = m_{\text{селитры}} + m_{\text{воды}}$

По условию задачи, насыщенный раствор образуется при растворении 31,6 г селитры в 100 г воды. Вычислим массу этого раствора:

$m_{\text{раствора}} = 31,6 \text{ г} + 100 \text{ г} = 131,6 \text{ г}$

Теперь можем найти массовую долю калийной селитры в насыщенном растворе. Для этого подставим известные значения в формулу массовой доли:

$ω_{\text{селитры}} = \frac{m_{\text{селитры}}}{m_{\text{раствора}}} = \frac{31,6 \text{ г}}{131,6 \text{ г}} \approx 0,24012$

Чтобы выразить массовую долю в процентах, необходимо умножить полученное значение на 100%:

$ω_{\text{селитры}} \approx 0,24012 \times 100\% \approx 24,012\%$

Округлив результат до десятых долей процента, получаем итоговое значение.

Ответ: массовая доля селитры в насыщенном растворе составляет 24,0%.

6*. В каком объёмном соотношении нужно смешать уксусную кислоту и воду для получения $9\%$-го раствора?

Для решения этой задачи необходимо учесть, что концентрация раствора (9%) обычно указывается как массовая доля, в то время как вопрос стоит об объемном соотношении. Для перевода массовых долей в объемные необходимо использовать плотности смешиваемых веществ: уксусной кислоты и воды. В условии не уточнено, какая именно уксусная кислота используется — чистая 100%-я (ледяная) или ее концентрированный водный раствор (например, 70%-я уксусная эссенция). В рамках химической задачи будем исходить из того, что имеется в виду смешение чистой (100%-й) уксусной кислоты с водой.

Дано:

Найти:

Решение:

Массовая доля вещества в растворе ($w$) определяется как отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора: $w = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} = \frac{m_{вещества}}{m_{вещества} + m_{растворителя}}$

В данном случае растворенное вещество — уксусная кислота (обозначим индексом "к"), а растворитель — вода (индекс "в"). $w_к = \frac{m_к}{m_к + m_в}$

Массу каждого компонента можно выразить через его объем ($V$) и плотность ($\rho$) по формуле $m = V \cdot \rho$. Подставим это выражение в формулу для массовой доли: $w_к = \frac{V_к \cdot \rho_к}{V_к \cdot \rho_к + V_в \cdot \rho_в}$

Теперь подставим известные числовые значения ($w_к = 0.09$, $\rho_к = 1.05 \text{ г/см}^3$, $\rho_в = 1.00 \text{ г/см}^3$) и решим уравнение относительно соотношения объемов $\frac{V_к}{V_в}$. $0.09 = \frac{V_к \cdot 1.05}{V_к \cdot 1.05 + V_в \cdot 1.00}$

Выполним алгебраические преобразования для нахождения соотношения. Умножим обе части на знаменатель: $0.09 \cdot (1.05 \cdot V_к + 1.00 \cdot V_в) = 1.05 \cdot V_к$ $0.0945 \cdot V_к + 0.09 \cdot V_в = 1.05 \cdot V_к$

Сгруппируем слагаемые, содержащие $V_к$ и $V_в$: $0.09 \cdot V_в = 1.05 \cdot V_к - 0.0945 \cdot V_к$ $0.09 \cdot V_в = (1.05 - 0.0945) \cdot V_к$ $0.09 \cdot V_в = 0.9555 \cdot V_к$

Из последнего равенства выразим искомое соотношение объемов $\frac{V_к}{V_в}$: $\frac{V_к}{V_в} = \frac{0.09}{0.9555} \approx 0.09419$

Для более наглядного представления выразим это соотношение в виде $1 : x$, где $x = \frac{V_в}{V_к}$: $\frac{V_в}{V_к} = \frac{1}{0.09419} \approx 10.62$

Следовательно, объемное соотношение уксусной кислоты к воде составляет приблизительно $1 : 10.6$.

Ответ:

Для получения 9%-го раствора нужно смешать чистую уксусную кислоту и воду в объемном соотношении примерно $1 : 10.6$ (то есть на 1 часть объема уксусной кислоты требуется 10.6 частей объема воды).

7. Пользуясь кривой растворимости (см. рис. 67), предложите способ очистки сахарного песка от случайно попавшей в него поваренной соли.

Растворимость, $\text{г}/100 \text{ г воды}$

Температура, $^\circ \text{C}$

Сахар

Поваренная соль

Рис. 67. Кривые растворимости сахара (сахарозы) и поваренной соли

Решение

Для очистки сахарного песка от поваренной соли следует применить метод фракционной кристаллизации, который основан на различной зависимости растворимости веществ от температуры. Анализ предоставленных кривых растворимости (рис. 67) позволяет сделать следующие выводы:

1. Растворимость сахара (сахарозы) очень сильно зависит от температуры. Она резко увеличивается при нагревании. Например, при 20°C в 100 г воды растворяется около 200 г сахара, а при 100°C — уже почти 500 г.

2. Растворимость поваренной соли (хлорида натрия) почти не изменяется при изменении температуры в диапазоне от 0°C до 100°C и остается на постоянном, относительно низком уровне (около 35–40 г на 100 г воды).

Основываясь на этих различиях, можно предложить следующий пошаговый метод очистки:

Шаг 1: Растворение. Смесь сахара и соли растворяют в минимально возможном количестве горячей воды, нагретой до температуры, близкой к кипению (около 90–100°C). При такой температуре можно растворить очень большое количество сахара, и вся смесь, включая примесь соли, перейдет в раствор.

Шаг 2: Охлаждение и кристаллизация. Полученный горячий концентрированный раствор медленно охлаждают. При понижении температуры растворимость сахара резко падает, в результате чего раствор становится пересыщенным по отношению к сахару. Избыток сахара начинает выпадать в осадок в виде чистых кристаллов.

Шаг 3: Разделение. В то же время поваренная соль, чья растворимость практически не изменилась при охлаждении, остается в растворенном состоянии в воде (так называемом маточном растворе). Выпавшие кристаллы сахара отделяют от этого раствора методом фильтрования.

Шаг 4: Промывка и сушка. Чтобы удалить остатки раствора с солью с поверхности кристаллов, их можно промыть небольшим количеством ледяной воды (при низкой температуре растворимость сахара минимальна, что сократит его потери) и затем высушить.

Ответ: Необходимо растворить загрязненный сахар в минимальном количестве горячей воды, а затем охладить полученный раствор. Из-за сильного уменьшения растворимости сахара при охлаждении он выпадет в осадок в виде чистых кристаллов, а соль, чья растворимость почти не зависит от температуры, останется в растворе. Кристаллы сахара отделяют фильтрованием.

Лабораторный опыт 1

Приготовление раствора поваренной соли

Приготовим раствор поваренной соли. Для этого внесите одну чайную ложку соли в стакан с водой и перемешивайте раствор до тех пор, пока все кристаллы не исчезнут, а жидкость вновь станет прозрачной. Кажется, что соль исчезла. Но на самом деле она просто растворилась. Если испарить воду, соль выделится из раствора в виде кристаллов.

В описанном лабораторном опыте демонстрируется процесс растворения поваренной соли (химическая формула — хлорид натрия, $NaCl$) в воде ($H_2O$). Этот процесс представляет собой физическое явление, а не химическую реакцию.

Когда кристаллы соли помещаются в воду, происходит следующее. Молекулы воды являются полярными, то есть они имеют частично отрицательно заряженный полюс (на атоме кислорода) и частично положительно заряженные полюса (на атомах водорода). Поваренная соль, в свою очередь, является ионным соединением, состоящим из положительно заряженных ионов натрия ($Na^+$) и отрицательно заряженных ионов хлора ($Cl^−$), которые прочно связаны в кристаллической решетке. Полярные молекулы воды притягиваются к ионам на поверхности кристалла соли: положительные полюса молекул воды (водород) взаимодействуют с отрицательными ионами хлора, а отрицательные полюса (кислород) — с положительными ионами натрия. Это взаимодействие приводит к ослаблению и разрыву ионных связей в кристалле. Ионы "вырываются" из решетки и переходят в воду, где каждый из них оказывается окруженным плотной оболочкой из молекул воды (этот процесс называется гидратацией). Гидратированные ионы хаотично движутся и равномерно распределяются по всему объему воды, образуя однородную смесь, которая называется раствором.

Раствор становится прозрачным, потому что составляющие его частицы — отдельные гидратированные ионы — чрезвычайно малы. Их размер настолько мал, что они не способны рассеивать лучи видимого света, поэтому жидкость кажется полностью прозрачной, как и чистая вода. "Исчезновение" соли — это иллюзия; на самом деле она просто распалась на невидимые глазу ионы и равномерно распределилась в растворителе.

Процесс растворения, как указано в тексте, является обратимым. Если из соленого раствора испарить воду (например, путем нагревания), объем растворителя будет уменьшаться, а концентрация ионов соли — расти. Когда ионы сблизятся на достаточно малое расстояние, силы электростатического притяжения между ними снова станут преобладать над взаимодействием с оставшимися молекулами воды. Ионы начнут соединяться друг с другом в строгом порядке, восстанавливая первоначальную кристаллическую решетку. Этот процесс называется кристаллизацией. В результате из раствора выделится твердая поваренная соль в виде кристаллов.

Таким образом, весь цикл — растворение и последующая кристаллизация — подтверждает, что это было физическое изменение. Химический состав веществ не изменился: соль осталась хлоридом натрия, а вода — водой. Их можно было разделить физическим методом (испарением).

Ответ: При добавлении поваренной соли в воду происходит её растворение — физический процесс, в ходе которого кристаллы соли распадаются на отдельные ионы ($Na^+$ и $Cl^−$) под воздействием полярных молекул воды. Эти ионы, окруженные молекулами воды (гидратированные), равномерно распределяются в воде, образуя прозрачный однородный раствор. Прозрачность объясняется крайне малыми размерами ионов, которые не рассеивают свет. Утверждение, что соль можно вернуть, испарив воду, верно: при удалении растворителя (воды) ионы соли снова соединяются и образуют кристаллы. Это доказывает, что соль не исчезла, а временно находилась в растворенном состоянии.

Лабораторный опыт 2

Приготовление раствора медного купороса

Внесите в химический стакан одну пластиковую ложку кристаллов медного купороса $CuSO_4 \cdot 5H_2O$. С помощью мерного цилиндра отмерьте 100 мл воды и перенесите её в стакан с медным купоросом. Перемешивайте раствор стеклянной палочкой до полного растворения кристаллов. Полученный раствор оставьте в стакане до следующего занятия.

Приготовление раствора медного купороса

Данный лабораторный опыт описывает процесс приготовления водного раствора сульфата меди(II) из его кристаллогидрата — медного купороса.

Порядок действий и наблюдения:

1. В химический стакан вносят одну пластиковую ложку кристаллов медного купороса. Медный купорос ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) представляет собой кристаллическое вещество ярко-синего цвета.
2. С помощью мерного цилиндра отмеряют 100 мл воды. Вода — бесцветная прозрачная жидкость. Её переливают в стакан с кристаллами.
3. Содержимое стакана перемешивают стеклянной палочкой. В процессе перемешивания кристаллы медного купороса постепенно растворяются в воде. Растворение — это физико-химический процесс, при котором частицы растворяемого вещества (ионы $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$) переходят в раствор и равномерно распределяются между молекулами растворителя (воды). Ионы меди гидратируются, образуя аквакомплексы $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$, которые и придают раствору характерный синий цвет. Перемешивание ускоряет процесс растворения, так как обеспечивает постоянный контакт поверхности кристаллов со свежими, еще не насыщенными слоями растворителя.
4. После полного растворения кристаллов образуется однородный (гомогенный) прозрачный раствор синего цвета.
5. Если полученный раствор оставить в стакане до следующего занятия, то из-за испарения воды концентрация сульфата меди в растворе будет постепенно увеличиваться. Если раствор был близок к насыщенному или станет пересыщенным в результате испарения, на дне и стенках стакана начнут образовываться более крупные и правильные по форме кристаллы медного купороса $CuSO_4 \cdot 5H_2O$.

Ответ: В результате выполнения опыта будет получен однородный водный раствор сульфата меди(II) синего цвета. При длительном стоянии в открытом сосуде из-за испарения воды возможно выпадение кристаллов медного купороса.

Для количественной оценки состава полученного раствора можно рассчитать массовую долю растворенного вещества (безводного сульфата меди). Поскольку в условии масса медного купороса указана неточно ("одна пластиковая ложка"), для примера проведем расчет, приняв массу кристаллогидрата $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ равной 5 г.

Дано:
Объем воды $V(H_2O) = 100$ мл
Масса медного купороса $m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 5$ г
Плотность воды $\rho(H_2O) \approx 1$ г/мл

Найти:
Массовую долю безводного сульфата меди $w(CuSO_4)$ в растворе.

Решение:
1. Найдем массу воды, используя ее объем и плотность:
$m(H_2O) = V(H_2O) \cdot \rho(H_2O) = 10^{-4} \text{ м}^3 \cdot 1000 \text{ кг/м}^3 = 0.1 \text{ кг}$ (или 100 г).

2. Рассчитаем общую массу полученного раствора. Она складывается из массы воды и массы добавленного кристаллогидрата:
$m_{раствора} = m(H_2O) + m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = 0.1 \text{ кг} + 0.005 \text{ кг} = 0.105 \text{ кг}$ (или 105 г).

3. Определим массу чистого (безводного) сульфата меди $CuSO_4$, которая содержится в 5 г его кристаллогидрата $CuSO_4 \cdot 5H_2O$. Для этого нам понадобятся молярные массы.
Молярная масса $CuSO_4$ (используем округленные атомные массы: Cu-64, S-32, O-16):
$M(CuSO_4) = 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 160$ г/моль.
Молярная масса кристаллогидрата $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ (H-1):
$M(CuSO_4 \cdot 5H_2O) = M(CuSO_4) + 5 \cdot M(H_2O) = 160 + 5 \cdot (2 \cdot 1 + 16) = 160 + 90 = 250$ г/моль.
Масса безводной соли в кристаллогидрате:
$m(CuSO_4) = m(CuSO_4 \cdot 5H_2O) \cdot \frac{M(CuSO_4)}{M(CuSO_4 \cdot 5H_2O)}$
$m(CuSO_4) = 5 \text{ г} \cdot \frac{160}{250} = 5 \text{ г} \cdot 0.64 = 3.2 \text{ г}$ (или 0.0032 кг).

4. Теперь можем рассчитать массовую долю безводного сульфата меди в конечном растворе по формуле:
$w(CuSO_4) = \frac{m(CuSO_4)}{m_{раствора}}$
$w(CuSO_4) = \frac{3.2 \text{ г}}{105 \text{ г}} \approx 0.030476$

Выразим массовую долю в процентах:
$w(CuSO_4) \approx 0.0305 \cdot 100\% = 3.05\%$

Ответ: При условии, что масса взятого медного купороса равна 5 г, массовая доля безводного сульфата меди ($CuSO_4$) в полученном растворе составляет приблизительно 0.0305 или 3.05%.