Страница 40 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

Контрольная работа по теме «Смеси. Растворы»

Вариант 1

1. Рассчитайте массу соли и массу воды, которые потребуются для приготовления 150 г 5%-ного раствора соли. Какой будет массовая доля соли, если к полученному раствору добавить 100 г воды?

2. Вычислите объем воды и массу поваренной соли NaCl, которые потребуются для приготовления 250 мл 0,7М раствора. Плотность раствора принять равной 1 г/$cm^3$. Какова массовая доля хлорида натрия в таком растворе?

3. Растворимость технической соды — карбоната натрия $Na_2CO_3$ составляет 29 г на 100 г воды при 25 °С. Вычислите массовую долю карбоната натрия в насыщенном растворе. Какая масса карбоната натрия потребуется для приготовления 200 г насыщенного при 25 °С раствора?

4. Чем отличается смесь порошков серы и железа от химического соединения FeS? Ответ мотивируйте.

1. Эта задача состоит из двух частей. Сначала найдем массу соли и воды для приготовления исходного раствора, а затем рассчитаем новую массовую долю после добавления воды.

Часть 1: Приготовление раствора.

Дано:

Масса раствора, $m_{р-ра1} = 150$ г
Массовая доля соли, $ω_1 = 5\% = 0.05$

$m_{р-ра1} = 0.15$ кг

Найти:

Масса соли, $m_{соли}$ — ?
Масса воды, $m_{воды1}$ — ?

Решение:

1. Массовая доля растворенного вещества ($ω$) вычисляется по формуле: $ω = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

2. Из этой формулы найдем массу соли, необходимую для приготовления раствора: $m_{соли} = ω_1 \cdot m_{р-ра1} = 0.05 \cdot 150 \text{ г} = 7.5 \text{ г}$

3. Масса раствора является суммой масс растворителя (воды) и растворенного вещества (соли). Найдем массу воды: $m_{воды1} = m_{р-ра1} - m_{соли} = 150 \text{ г} - 7.5 \text{ г} = 142.5 \text{ г}$

Часть 2: Добавление воды.

Дано:

$m_{соли} = 7.5$ г
$m_{р-ра1} = 150$ г
Масса добавленной воды, $m_{добав.воды} = 100$ г

$m_{соли} = 0.0075$ кг
$m_{р-ра1} = 0.15$ кг
$m_{добав.воды} = 0.1$ кг

Найти:

Новая массовая доля соли, $ω_2$ — ?

Решение:

1. При добавлении воды масса соли в растворе не меняется ($m_{соли} = 7.5$ г), а масса раствора увеличивается.

2. Найдем массу нового раствора: $m_{р-ра2} = m_{р-ра1} + m_{добав.воды} = 150 \text{ г} + 100 \text{ г} = 250 \text{ г}$

3. Рассчитаем новую массовую долю соли: $ω_2 = \frac{m_{соли}}{m_{р-ра2}} = \frac{7.5 \text{ г}}{250 \text{ г}} = 0.03$

4. Выразим массовую долю в процентах: $ω_2 = 0.03 \cdot 100\% = 3\%$

Ответ: Для приготовления раствора потребуется 7,5 г соли и 142,5 г воды. После добавления 100 г воды массовая доля соли в растворе составит 3%.

2. Дано:

Объем раствора NaCl, $V_{р-ра} = 250$ мл
Молярная концентрация, $C_M = 0.7$ М (моль/л)
Плотность раствора, $ρ_{р-ра} = 1$ г/см³

$V_{р-ра} = 250 \text{ мл} = 250 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 2.5 \cdot 10^{-4} \text{ м}^3$
$C_M = 0.7 \text{ моль/л} = 700 \text{ моль/м}^3$
$ρ_{р-ра} = 1 \text{ г/см}^3 = 1000 \text{ кг/м}^3$

Найти:

Масса NaCl, $m_{NaCl}$ — ?
Объем воды, $V_{воды}$ — ?
Массовая доля NaCl, $ω_{NaCl}$ — ?

Решение:

Для удобства расчетов будем использовать единицы: литры (л), миллилитры (мл) и граммы (г). $V_{р-ра} = 250 \text{ мл} = 0.25 \text{ л}$ $ρ_{р-ра} = 1 \text{ г/см}^3 = 1 \text{ г/мл}$

1. Найдем количество вещества (моль) NaCl в растворе по формуле молярной концентрации $C_M = n/V$: $n_{NaCl} = C_M \cdot V_{р-ра} = 0.7 \frac{\text{моль}}{\text{л}} \cdot 0.25 \text{ л} = 0.175 \text{ моль}$

2. Рассчитаем массу NaCl. Молярная масса NaCl, $M_{NaCl} = 23 + 35.5 = 58.5$ г/моль. $m_{NaCl} = n_{NaCl} \cdot M_{NaCl} = 0.175 \text{ моль} \cdot 58.5 \frac{\text{г}}{\text{моль}} = 10.2375 \text{ г} \approx 10.24 \text{ г}$

3. Найдем массу всего раствора, используя его объем и плотность: $m_{р-ра} = V_{р-ра} \cdot ρ_{р-ра} = 250 \text{ мл} \cdot 1 \frac{\text{г}}{\text{мл}} = 250 \text{ г}$

4. Вычислим массу воды в растворе: $m_{воды} = m_{р-ра} - m_{NaCl} = 250 \text{ г} - 10.2375 \text{ г} = 239.7625 \text{ г}$

5. Найдем объем воды. Плотность воды принимаем равной $ρ_{воды} \approx 1$ г/мл: $V_{воды} = \frac{m_{воды}}{ρ_{воды}} = \frac{239.7625 \text{ г}}{1 \text{ г/мл}} = 239.7625 \text{ мл} \approx 239.8 \text{ мл}$

6. Рассчитаем массовую долю NaCl в полученном растворе: $ω_{NaCl} = \frac{m_{NaCl}}{m_{р-ра}} = \frac{10.2375 \text{ г}}{250 \text{ г}} = 0.04095$ $ω_{NaCl} = 0.04095 \cdot 100\% \approx 4.1\%$

Ответ: Потребуется 10,24 г NaCl и 239,8 мл воды. Массовая доля хлорида натрия в таком растворе составляет примерно 4,1%.

3. Задача состоит из двух частей. Сначала найдем массовую долю соды в насыщенном растворе, а затем используем ее для расчета массы соды, необходимой для приготовления 200 г такого раствора.

Часть 1: Массовая доля в насыщенном растворе.

Дано:

Растворимость Na₂CO₃ при 25 °С: 29 г на 100 г воды

$m_{Na_2CO_3} = 0.029$ кг
$m_{воды} = 0.1$ кг

Найти:

Массовая доля Na₂CO₃ в насыщенном растворе, $ω_{нас}$ — ?

Решение:

1. Насыщенный раствор, согласно условию, содержит 29 г Na₂CO₃ и 100 г воды. Найдем массу этого раствора: $m_{р-ра} = m_{Na_2CO_3} + m_{воды} = 29 \text{ г} + 100 \text{ г} = 129 \text{ г}$

2. Рассчитаем массовую долю карбоната натрия в этом насыщенном растворе: $ω_{нас} = \frac{m_{Na_2CO_3}}{m_{р-ра}} = \frac{29 \text{ г}}{129 \text{ г}} \approx 0.2248$ $ω_{нас} \approx 0.2248 \cdot 100\% \approx 22.5\%$

Часть 2: Приготовление 200 г насыщенного раствора.

Дано:

Масса насыщенного раствора, $m_{р-ра\_нов} = 200$ г
Массовая доля Na₂CO₃, $ω_{нас} = 29/129 \approx 0.2248$

$m_{р-ра\_нов} = 0.2$ кг

Найти:

Масса Na₂CO₃, $m_{Na_2CO_3\_нов}$ — ?

Решение:

1. Зная массовую долю карбоната натрия в насыщенном растворе и требуемую массу раствора, найдем массу соли: $m_{Na_2CO_3\_нов} = ω_{нас} \cdot m_{р-ра\_нов} = \frac{29}{129} \cdot 200 \text{ г} \approx 44.96 \text{ г}$

Ответ: Массовая доля карбоната натрия в насыщенном растворе составляет 22,5%. Для приготовления 200 г насыщенного раствора потребуется 45,0 г карбоната натрия.

4. Смесь порошков серы и железа является механической смесью, в то время как сульфид железа (FeS) — это химическое соединение. Они отличаются по нескольким ключевым параметрам:

• Состав и строение. В смеси соотношение компонентов (железа и серы) может быть произвольным. В химическом соединении FeS элементы связаны химическими связями, и их массовое соотношение строго постоянно (согласно закону постоянства состава).
• Свойства. В смеси компоненты сохраняют свои индивидуальные свойства. Например, из смеси порошков железо можно извлечь магнитом, а сера сохраняет свой желтый цвет и растворимость в сероуглероде. Соединение FeS обладает совершенно новыми свойствами, отличными от свойств железа и серы: это темное хрупкое вещество, которое не притягивается магнитом так, как чистое железо.
• Способы разделения. Смесь можно разделить на компоненты физическими методами (магнитом, растворением одного из компонентов, отстаиванием). Химическое соединение можно разложить на простые вещества только с помощью химической реакции, требующей затрат энергии.
• Энергетические эффекты при образовании. При простом смешивании порошков железа и серы практически не происходит выделения или поглощения энергии. Образование соединения FeS из простых веществ — это химическая реакция ($Fe + S \rightarrow FeS$), которая сопровождается значительным выделением тепла и света (экзотермическая реакция).

Ответ: Основные отличия смеси от химического соединения заключаются в том, что в смеси компоненты имеют переменный состав, сохраняют свои индивидуальные свойства и могут быть разделены физическими методами без существенных энергетических изменений. В химическом соединении состав постоянен, образуется новое вещество с новыми свойствами, а его образование и разложение являются химическими реакциями, сопровождающимися энергетическими эффектами.

Вариант 2

1. Рассчитайте массу соли и массу воды, которые потребуются для приготовления 50 г 2%-ного раствора соли. Какой будет массовая доля соли, если к полученному раствору добавить 25 г воды?

2. Вычислите объем воды и массу нитрата калия $KNO_3$, которые потребуются для приготовления 150 мл $0,5 \text{ M}$ раствора. Плотность раствора примите равной $1 \text{ г}/\text{см}^3$. Какова массовая доля хлорида натрия в таком растворе?

3. Растворимость перманганата калия $KMnO_4$ составляет 7,6 г на 100 г воды при $25^\circ\text{C}$. Вычислите массовую долю перманганата калия в насыщенном растворе. Какая масса перманганата калия потребуется для приготовления 250 г насыщенного при $25^\circ\text{C}$ раствора?

4. Чем отличается смесь газов водорода и кислорода от химического соединения $H_2O$? Ответ мотивируйте.

1. Дано:

$m_{раствора1} = 50 \text{ г}$
$\omega_1(\text{соли}) = 2\% = 0.02$
$m_{воды\_добавл} = 25 \text{ г}$

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$
$m_{воды1} - ?$
$\omega_2(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Найдем массу соли в исходном растворе. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле: $\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Отсюда масса соли ($m_{соли}$) равна: $m(\text{соли}) = m_{раствора1} \times \omega_1(\text{соли}) = 50 \text{ г} \times 0.02 = 1 \text{ г}$

2. Найдем массу воды в исходном растворе. Масса раствора складывается из массы растворенного вещества и массы растворителя: $m_{раствора} = m_{вещества} + m_{растворителя}$

Отсюда масса воды ($m_{воды1}$) равна: $m_{воды1} = m_{раствора1} - m(\text{соли}) = 50 \text{ г} - 1 \text{ г} = 49 \text{ г}$

3. Рассчитаем новую массовую долю соли после добавления 25 г воды. Масса соли в растворе не изменилась ($1 \text{ г}$), а масса раствора увеличилась на массу добавленной воды.

Новая масса раствора ($m_{раствора2}$) равна: $m_{раствора2} = m_{раствора1} + m_{воды\_добавл} = 50 \text{ г} + 25 \text{ г} = 75 \text{ г}$

Новая массовая доля соли ($\omega_2$) равна: $\omega_2(\text{соли}) = \frac{m(\text{соли})}{m_{раствора2}} = \frac{1 \text{ г}}{75 \text{ г}} \approx 0.0133$

Выразим новую массовую долю в процентах: $\omega_2(\text{соли}) = 0.0133 \times 100\% \approx 1.33\%$

Ответ: для приготовления раствора потребуется 1 г соли и 49 г воды. После добавления 25 г воды массовая доля соли в новом растворе составит 1,33%.

2. Дано:

$V(раствора) = 150 \text{ мл}$
$C_M(KNO_3) = 0.5 \text{ М}$
$\rho(раствора) = 1 \text{ г/см}^3$

Перевод в СИ:

$V(раствора) = 150 \text{ мл} = 0.15 \text{ л}$
$\rho(раствора) = 1 \text{ г/см}^3 = 1 \text{ г/мл}$

Найти:

$V(H_2O) - ?$
$m(KNO_3) - ?$
$\omega(NaCl) - ?$

Решение:

1. Найдем количество вещества (моль) нитрата калия ($KNO_3$) в растворе, используя формулу молярной концентрации $C_M = \frac{n}{V}$: $n(KNO_3) = C_M(KNO_3) \times V(раствора) = 0.5 \text{ моль/л} \times 0.15 \text{ л} = 0.075 \text{ моль}$

2. Рассчитаем молярную массу $KNO_3$: $M(KNO_3) = M(K) + M(N) + 3 \times M(O) = 39.1 + 14.0 + 3 \times 16.0 = 101.1 \text{ г/моль}$

3. Найдем массу нитрата калия, необходимую для приготовления раствора, по формуле $m = n \times M$: $m(KNO_3) = n(KNO_3) \times M(KNO_3) = 0.075 \text{ моль} \times 101.1 \text{ г/моль} \approx 7.58 \text{ г}$

4. Найдем массу всего раствора, используя его объем и плотность ($\rho = \frac{m}{V}$): $m(раствора) = V(раствора) \times \rho(раствора) = 150 \text{ мл} \times 1 \text{ г/мл} = 150 \text{ г}$

5. Найдем массу воды, вычитая массу соли из массы раствора: $m(H_2O) = m(раствора) - m(KNO_3) = 150 \text{ г} - 7.58 \text{ г} = 142.42 \text{ г}$

6. Найдем объем воды. Плотность воды принимаем равной $1 \text{ г/мл}$: $V(H_2O) = \frac{m(H_2O)}{\rho(H_2O)} = \frac{142.42 \text{ г}}{1 \text{ г/мл}} = 142.42 \text{ мл}$

7. Определим массовую долю хлорида натрия ($NaCl$) в растворе. Так как раствор готовился из нитрата калия ($KNO_3$) и воды, хлорид натрия в нем отсутствует. $m(NaCl) = 0 \text{ г}$

Следовательно, массовая доля хлорида натрия равна нулю: $\omega(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{m(раствора)} = \frac{0 \text{ г}}{150 \text{ г}} = 0$

Ответ: для приготовления раствора потребуется 7,58 г нитрата калия и 142,42 мл воды. Массовая доля хлорида натрия в таком растворе равна 0%.

3. Дано:

Растворимость $KMnO_4$ при 25 °C = 7,6 г на 100 г воды
$m_{раствора\_нового} = 250 \text{ г}$

Найти:

$\omega(KMnO_4)$ в насыщенном растворе - ?
$m(KMnO_4)$ для 250 г раствора - ?

Решение:

1. Вычислим массовую долю перманганата калия в насыщенном растворе. Растворимость 7,6 г на 100 г воды означает, что в насыщенном растворе на 100 г воды приходится 7,6 г $KMnO_4$.

Масса насыщенного раствора, содержащего 100 г воды, будет: $m_{нас. раствора} = m(H_2O) + m(KMnO_4) = 100 \text{ г} + 7.6 \text{ г} = 107.6 \text{ г}$

Массовая доля $KMnO_4$ в этом растворе: $\omega(KMnO_4) = \frac{m(KMnO_4)}{m_{нас. раствора}} = \frac{7.6 \text{ г}}{107.6 \text{ г}} \approx 0.0706$

В процентах это составляет: $0.0706 \times 100\% \approx 7.06\%$

2. Теперь рассчитаем массу перманганата калия, которая потребуется для приготовления 250 г насыщенного раствора, используя найденную массовую долю. $m(KMnO_4) = m_{раствора\_нового} \times \omega(KMnO_4) = 250 \text{ г} \times 0.0706 \approx 17.65 \text{ г}$

Ответ: массовая доля перманганата калия в насыщенном растворе составляет 7,06%. Для приготовления 250 г такого раствора потребуется 17,65 г перманганата калия.

4. Смесь газов водорода и кислорода и химическое соединение вода ($H_2O$) кардинально отличаются друг от друга, так как смесь является результатом физического смешивания, а соединение — результатом химической реакции. Основные отличия заключаются в следующем:

1. Состав и соотношение компонентов. В смеси газов водород ($H_2$) и кислород ($O_2$) могут находиться в любом произвольном соотношении. В химическом соединении $H_2O$ (вода) элементы водород и кислород соединены в строго определенном массовом и количественном соотношении (закон постоянства состава): на два атома водорода всегда приходится один атом кислорода.

2. Сохранение свойств. В смеси каждый газ (водород и кислород) сохраняет свои индивидуальные физические и химические свойства. Например, водород горюч, а кислород поддерживает горение. Вода ($H_2O$) — это новое вещество со своими уникальными свойствами, кардинально отличающимися от свойств водорода и кислорода. Вода — жидкость при нормальных условиях, негорючая, и сама используется для тушения огня.

3. Химические связи. В смеси между молекулами $H_2$ и $O_2$ отсутствуют химические связи. Они просто находятся в одном объеме. В молекуле воды атомы водорода и кислорода прочно связаны ковалентными химическими связями.

4. Энергетические изменения при образовании. Процесс смешивания газов обычно не сопровождается заметными тепловыми эффектами. Образование воды из водорода и кислорода (горение водорода) — это бурная химическая реакция, которая протекает с выделением большого количества энергии в виде тепла и света.

5. Способы разделения. Смесь газов можно разделить физическими методами, например, путем сжижения и последующей фракционной перегонки, основанной на разнице температур кипения жидкого водорода и кислорода. Разложить химическое соединение воду на составляющие ее элементы (водород и кислород) можно только с помощью химической реакции, например, электролиза, который требует затрат энергии.

Ответ: Смесь газов водорода и кислорода — это физическая система, где компоненты сохраняют свои свойства, могут быть смешаны в любых пропорциях и разделены физическими методами. Химическое соединение $H_2O$ (вода) — это новое вещество с постоянным составом, уникальными свойствами, образованное за счет химических связей, и может быть разложено на элементы только химическим путем.