Страница 42 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Изучите информацию на упаковках соли и соды и рассчитайте массу чистых веществ, содержащихся в столовых образцах этих пищевых добавок.

Для решения этой задачи необходимо принять некоторые допущения, основанные на общедоступной информации, так как конкретные упаковки соли и соды не предоставлены. Мы будем использовать средние значения массы вещества в столовой ложке и типичное содержание основного компонента, указанное в государственных стандартах (ГОСТ) или на упаковках.

Расчет для поваренной соли (хлорида натрия, NaCl)

Дано:
Масса образца поваренной соли в одной столовой ложке (с небольшой горкой), $m_{обр. соли} = 25$ г.
Массовая доля чистого хлорида натрия в пищевой соли (согласно информации на упаковках, обычно составляет 99% и выше), $\omega(NaCl) = 99\%$.

$m_{обр. соли} = 25 \text{ г} = 0.025 \text{ кг}$
$\omega(NaCl) = 99\% = 0.99$

Найти:
Массу чистого вещества (хлорида натрия) в образце, $m(NaCl)$.

Решение:
Масса чистого вещества в образце вычисляется по формуле, связывающей массу образца и массовую долю вещества:

$m(\text{вещества}) = m(\text{образца}) \cdot \omega(\text{вещества})$

Подставим наши значения для поваренной соли:

$m(NaCl) = m_{обр. соли} \cdot \omega(NaCl) = 25 \text{ г} \cdot 0.99 = 24.75 \text{ г}$

Таким образом, в одной столовой ложке поваренной соли содержится 24.75 грамма чистого хлорида натрия.

Ответ: масса чистого хлорида натрия в столовой ложке соли составляет 24.75 г.

Расчет для пищевой соды (гидрокарбоната натрия, NaHCO₃)

Дано:
Масса образца пищевой соды в одной столовой ложке (с небольшой горкой), $m_{обр. соды} = 28$ г.
Массовая доля чистого гидрокарбоната натрия в пищевой соде (согласно ГОСТ 2156-76, не менее 99.5%), $\omega(NaHCO_3) = 99.5\%$.

$m_{обр. соды} = 28 \text{ г} = 0.028 \text{ кг}$
$\omega(NaHCO_3) = 99.5\% = 0.995$

Найти:
Массу чистого вещества (гидрокарбоната натрия) в образце, $m(NaHCO_3)$.

Решение:
Используем ту же формулу для расчета массы чистого вещества:

$m(\text{вещества}) = m(\text{образца}) \cdot \omega(\text{вещества})$

Подставим значения для пищевой соды:

$m(NaHCO_3) = m_{обр. соды} \cdot \omega(NaHCO_3) = 28 \text{ г} \cdot 0.995 = 27.86 \text{ г}$

Следовательно, в одной столовой ложке пищевой соды содержится 27.86 грамма чистого гидрокарбоната натрия.

Ответ: масса чистого гидрокарбоната натрия в столовой ложке соды составляет 27.86 г.

щества, содержащихся в столовых образцах этих пищевых добавок.

2. Из 140 г 5%-го раствора питьевой соды выпарили 40 г воды. Найдите массовую долю соды в полученном растворе.

Дано:

Масса исходного раствора ($m_{р-ра1}$) = 140 г

Массовая доля соды в исходном растворе ($\omega_1$) = 5%

Масса выпаренной воды ($m_{воды}$) = 40 г

$m_{р-ра1}$ = 140 г = 0.14 кг
$\omega_1$ = 5% = 0.05
$m_{воды}$ = 40 г = 0.04 кг

Найти:

Массовая доля соды в полученном растворе ($\omega_2$) — ?

Решение:

1. Сначала определим массу питьевой соды (растворенного вещества), которая содержится в исходном растворе. Масса вещества вычисляется как произведение массы раствора на его массовую долю.

$m_{соды} = m_{р-ра1} \times \omega_1$

Переведем проценты в доли: 5% = 0.05.

$m_{соды} = 140 \text{ г} \times 0.05 = 7 \text{ г}$

2. При выпаривании из раствора удаляется только растворитель (вода), а масса растворенного вещества (соды) остается неизменной. Таким образом, в новом растворе также содержится 7 г соды.

3. Найдем массу нового раствора ($m_{р-ра2}$) после выпаривания 40 г воды. Для этого нужно из массы исходного раствора вычесть массу выпаренной воды.

$m_{р-ра2} = m_{р-ра1} - m_{воды}$

$m_{р-ра2} = 140 \text{ г} - 40 \text{ г} = 100 \text{ г}$

4. Теперь, зная массу соды (7 г) и массу нового раствора (100 г), можем найти новую массовую долю соды ($\omega_2$).

$\omega_2 = \frac{m_{соды}}{m_{р-ра2}} \times 100\%$

$\omega_2 = \frac{7 \text{ г}}{100 \text{ г}} \times 100\% = 7\%$

Ответ: массовая доля соды в полученном растворе составляет 7%.

3. К 120 г 5%-го раствора сахара добавили 50 г сахара. Найдите массовую долю вещества в полученном растворе.

m_р-ра1 (масса исходного раствора) = 120 г

ω₁ (массовая доля сахара в исх. растворе) = 5%

m_{доб. сахара} (масса добавленного сахара) = 50 г

m_р-ра1 = 0.12 кг
ω₁ = 0.05
m_{доб. сахара} = 0.05 кг

ω₂ (массовая доля сахара в полученном растворе) - ?

Массовая доля вещества в растворе (ω) вычисляется по формуле:

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

1. Найдем массу сахара в исходном 5%-ом растворе. Для этого массу раствора умножим на массовую долю сахара, выраженную в долях единицы ($5\% = 0.05$).

$m_{сахара1} = m_{р-ра1} \cdot \omega_1 = 120 \text{ г} \cdot 0.05 = 6 \text{ г}$

2. После добавления сахара его общая масса в растворе увеличится. Рассчитаем новую массу сахара.

$m_{сахара2} = m_{сахара1} + m_{доб. сахара} = 6 \text{ г} + 50 \text{ г} = 56 \text{ г}$

3. Общая масса раствора также увеличится на массу добавленного сахара.

$m_{р-ра2} = m_{р-ра1} + m_{доб. сахара} = 120 \text{ г} + 50 \text{ г} = 170 \text{ г}$

4. Теперь рассчитаем массовую долю сахара в конечном растворе, используя найденные значения.

$\omega_2 = \frac{m_{сахара2}}{m_{р-ра2}} \cdot 100\% = \frac{56 \text{ г}}{170 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 32,941...\%$

Округлим результат до десятых.

$\omega_2 \approx 32,9\%$

4. Слили два раствора серной кислоты: 120 г 40%-го и 180 г 10%-го. Найдите массовую долю кислоты в полученном растворе.

Дано:

Масса первого раствора серной кислоты, $m_1 = 120 \text{ г}$

Массовая доля кислоты в первом растворе, $\omega_1 = 40\% = 0.40$

Масса второго раствора серной кислоты, $m_2 = 180 \text{ г}$

Массовая доля кислоты во втором растворе, $\omega_2 = 10\% = 0.10$

Перевод в систему СИ:

$m_1 = 120 \text{ г} = 0.12 \text{ кг}$

$m_2 = 180 \text{ г} = 0.18 \text{ кг}$

Найти:

Массовую долю кислоты в полученном растворе, $\omega_{итог}$

Решение:

1. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

где $m_{вещества}$ — масса растворенного вещества, а $m_{раствора}$ — общая масса раствора.

2. Найдем массу серной кислоты (растворенного вещества) в первом растворе ($m_{к1}$):

$m_{к1} = m_1 \cdot \omega_1 = 120 \text{ г} \cdot 0.40 = 48 \text{ г}$

3. Найдем массу серной кислоты во втором растворе ($m_{к2}$):

$m_{к2} = m_2 \cdot \omega_2 = 180 \text{ г} \cdot 0.10 = 18 \text{ г}$

4. При смешивании растворов общая масса кислоты ($m_{к\_общ}$) будет равна сумме масс кислоты в исходных растворах:

$m_{к\_общ} = m_{к1} + m_{к2} = 48 \text{ г} + 18 \text{ г} = 66 \text{ г}$

5. Общая масса полученного раствора ($m_{р\_общ}$) будет равна сумме масс исходных растворов:

$m_{р\_общ} = m_1 + m_2 = 120 \text{ г} + 180 \text{ г} = 300 \text{ г}$

6. Теперь найдем массовую долю кислоты в итоговом растворе ($\omega_{итог}$):

$\omega_{итог} = \frac{m_{к\_общ}}{m_{р\_общ}} = \frac{66 \text{ г}}{300 \text{ г}} = 0.22$

7. Выразим полученное значение в процентах:

$\omega_{итог} = 0.22 \cdot 100\% = 22\%$

Ответ: массовая доля кислоты в полученном растворе составляет 22%.

Пять чайных ложек поваренной соли (полных, с горкой) растворите в 450 г (450 мл) воды. Учитывая, что масса соли в каждой ложке примерно 10 г, рассчитайте массовую долю соли в растворе. В две одинаковые пластиковые бутылки объёмом 0,5 л налейте полученный раствор и водопроводную воду. Поместите бутылки в морозильную камеру холодильника. Загляните в холодильник примерно через час. В какой бутылке содержимое раньше превратилось в лёд? Сделайте вывод.

Расчет массовой доли соли в растворе

Дано:

Количество чайных ложек соли - 5 шт.
Масса соли в одной ложке ($m_{соли, 1}$) = 10 г
Масса воды ($m_{воды}$) = 450 г

Перевод в систему СИ:
$m_{соли, 1} = 10 \text{ г} = 0.01 \text{ кг}$
$m_{воды} = 450 \text{ г} = 0.45 \text{ кг}$

Найти:

Массовую долю соли в растворе ($\omega_{соли}$) - ?

Решение:

1. Найдем общую массу соли ($m_{соли}$), которую растворили в воде, умножив количество ложек на массу соли в одной ложке:

$m_{соли} = 5 \times m_{соли, 1} = 5 \times 10 \text{ г} = 50 \text{ г}$

2. Найдем массу полученного раствора ($m_{раствора}$). Масса раствора равна сумме масс растворителя (воды) и растворенного вещества (соли):

$m_{раствора} = m_{воды} + m_{соли} = 450 \text{ г} + 50 \text{ г} = 500 \text{ г}$

3. Рассчитаем массовую долю соли в растворе. Массовая доля вещества в растворе – это отношение массы этого вещества к массе всего раствора, которое вычисляется по формуле:

$\omega_{соли} = \frac{m_{соли}}{m_{раствора}}$

Подставим числовые значения в формулу:

$\omega_{соли} = \frac{50 \text{ г}}{500 \text{ г}} = 0.1$

Массовую долю принято выражать в процентах. Для этого полученное значение необходимо умножить на 100%:

$\omega_{соли} (\%) = 0.1 \times 100\% = 10\%$

Ответ: Массовая доля соли в растворе составляет 0.1 или 10%.

Эксперимент по замораживанию и вывод

В ходе эксперимента сравнивается скорость замерзания двух жидкостей: водопроводной воды и солевого раствора. Если поместить обе бутылки в морозильную камеру, то примерно через час можно будет наблюдать, что содержимое в бутылке с водопроводной водой замерзло раньше. Содержимое бутылки с солевым раствором за то же время либо еще останется жидким, либо в нем образуется лишь небольшое количество льда.

Это происходит потому, что растворенные вещества понижают температуру замерзания растворителя. Чистая вода замерзает при 0°C. Соль (хлорид натрия), растворенная в воде, мешает молекулам воды выстраиваться в кристаллическую решетку льда. В результате для замерзания солевого раствора требуется более низкая температура, чем для чистой воды. Это явление называется депрессией точки замерзания. Чем выше концентрация соли, тем ниже температура замерзания раствора. Так как температура в морозильнике (обычно около -18°C) значительно ниже нуля, чистая вода начнет замерзать, как только охладится до 0°C, в то время как солевому раствору потребуется охладиться до еще более низкой температуры (для 10% раствора NaCl это примерно -6°C).

Вывод: Водопроводная вода замерзает быстрее, чем солевой раствор, так как растворенная соль понижает температуру замерзания воды.

Ответ: Раньше в лед превратится содержимое бутылки с водопроводной водой.

Абсолютно «чистых» веществ почти нет. Как можно охарактеризовать «чистоту» веществ?

Решение

Действительно, абсолютно чистых веществ в природе не существует, и даже в лабораторных условиях получение 100% чистого вещества является практически недостижимой задачей. Поэтому «чистота» вещества — это относительное понятие, которое характеризует степень его освобождения от посторонних примесей. Охарактеризовать чистоту можно несколькими способами.

1. Количественные характеристики

Чистоту вещества чаще всего выражают через содержание основного компонента или концентрацию примесей.

• Массовая доля основного вещества ($w$): Это отношение массы основного вещества ($m_{вещ}$) к общей массе образца ($m_{обр}$). Обычно выражается в процентах (%). Для веществ высокой чистоты используют более мелкие единицы: ppm (parts per million, миллионная доля), ppb (parts per billion, миллиардная доля).
  $w = \frac{m_{вещ}}{m_{обр}} \cdot 100\%$
• Мольная доля ($\chi$): Отношение количества вещества (числа моль) основного компонента ($n_{вещ}$) к общему количеству вещества всех компонентов в смеси ($n_{общ}$).
  $\chi = \frac{n_{вещ}}{n_{общ}}$
• Содержание примесей: Чистоту можно также охарактеризовать, указав предельное содержание конкретных примесей. Например, "содержание железа не более 0.001%".

2. Качественные характеристики (по физическим константам)

Индивидуальные чистые вещества обладают строго определёнными физическими свойствами (константами). Наличие примесей изменяет эти свойства, что позволяет судить о чистоте.

• Температура плавления и кипения: Чистые кристаллические вещества имеют строго определённую и постоянную температуру плавления (например, лёд плавится ровно при 0 °C при нормальном давлении). Примеси, как правило, понижают температуру плавления и "размывают" её, то есть плавление происходит в некотором интервале температур. Аналогично, примеси влияют и на температуру кипения (обычно повышая её).
• Плотность: Каждое чистое вещество при данных условиях (температура, давление) имеет характерную плотность. Отклонение от справочного значения свидетельствует о наличии примесей.
• Показатель преломления (рефракции): Для жидкостей это очень чувствительный параметр, который сильно зависит от чистоты.
• Спектральные характеристики: Спектры поглощения или испускания (например, в УФ, видимой, ИК-областях) являются уникальными для каждого вещества. Появление в спектре посторонних линий или полос говорит о наличии примесей.

3. Классификация по степени чистоты (квалификация)

В химии и промышленности принята система квалификаций реактивов, которая напрямую характеризует их чистоту:

• Технический (тех.) – самая низкая степень очистки.
• Чистый (ч.) – содержание основного вещества 98% и выше.
• Чистый для анализа (ч.д.а.) – более высокая степень чистоты, подходит для большинства лабораторных аналитических работ.
• Химически чистый (х.ч.) – содержание основного вещества близко к 100% (например, 99.9%), примеси не влияют на результат точных анализов.
• Особо чистый (ос.ч.) – содержит незначительное количество примесей (порядка $10^{-3} - 10^{-5}$ % и менее), которые определяются специальными методами. Используются в микроэлектронике, оптике, ядерной технике. Чистоту таких веществ часто обозначают "девятками", например, 99.999% - "пять девяток".

Ответ: «Чистоту» вещества можно охарактеризовать как количественно, так и качественно. Количественно чистота выражается через массовую или мольную долю основного компонента (например, в процентах, ppm, ppb) или через предельно допустимое содержание примесей. Качественно чистоту можно оценить по соответствию физических констант вещества (температуры плавления и кипения, плотности, показателя преломления) эталонным значениям, так как примеси изменяют эти константы. Также существует система квалификаций (технический, чистый, химически чистый, особо чистый), которая стандартизирует степень чистоты химических реактивов.