Страница 126 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Что показывает массовая доля вещества в растворе?

Массовая доля вещества в растворе — это величина, которая показывает, какую часть от общей массы раствора составляет масса растворенного вещества. Эта характеристика является одним из способов выражения концентрации раствора.

Проще говоря, массовая доля отвечает на вопрос: «какая доля массы всего раствора приходится на растворенное в нём вещество?». Например, если массовая доля сахара в воде равна 0,15 (или 15%), это значит, что в 100 граммах такого раствора содержится 15 граммов сахара.

Массовая доля обозначается греческой буквой $\omega$ (омега) и рассчитывается по следующей формуле:

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

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

Масса раствора, в свою очередь, является суммой масс растворенного вещества и растворителя (например, воды):

$m_{раствора} = m_{вещества} + m_{растворителя}$

Массовую долю можно выражать как в долях от единицы (например, 0,2), так и в процентах. Для перевода в проценты значение в долях умножают на 100%:

$\omega(\%) = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}} \times 100\%$

Этот показатель широко используется в химии, фармакологии, пищевой промышленности и других областях для точного определения состава смесей и растворов.

Ответ: Массовая доля вещества в растворе показывает отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Она является мерой концентрации и показывает, какая часть массы раствора приходится на растворенное вещество.

2. Как можно приготовить раствор с заданной массовой долей рас-творённого вещества? Приведите пример.

Чтобы приготовить раствор с заданной массовой долей растворённого вещества, необходимо сначала рассчитать массы компонентов (растворённого вещества и растворителя), а затем точно отмерить их и смешать.

Общий алгоритм действий следующий:

1. Рассчитать массу чистого вещества ($m_{вещества}$) и массу растворителя ($m_{растворителя}$), которые необходимы для получения раствора заданной массы ($m_{раствора}$) и концентрации ($\omega$).
2. Взвесить на точных весах рассчитанную массу вещества.
3. Отмерить необходимое количество растворителя (чаще всего воды) с помощью мерного цилиндра или также взвесить на весах.
4. В подходящей химической посуде (колбе, стакане) смешать вещество и растворитель, перемешивая стеклянной палочкой до полного растворения.

Расчёты производятся по формуле массовой доли, которая представляет собой отношение массы растворённого вещества к общей массе раствора:

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

Из этой формулы можно выразить массу вещества:

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

Масса растворителя находится как разность между массой всего раствора и массой растворённого в нём вещества:

$ m_{растворителя} = m_{раствора} - m_{вещества} $

Пример:

Рассмотрим конкретную задачу: необходимо приготовить 250 г раствора сахара (сахарозы) в воде с массовой долей 10%.

Дано:
Масса раствора, $m_{раствора} = 250 \text{ г}$
Массовая доля сахарозы, $\omega(\text{сахарозы}) = 10\% = 0.10$

Найти:
Массу сахарозы, $m(\text{сахарозы})$ — ?
Массу воды, $m(\text{H}_2\text{O})$ — ?

Решение:

1. Рассчитаем массу сахарозы, которую необходимо взять для приготовления раствора. Для этого умножим массу раствора на массовую долю сахарозы:

$ m(\text{сахарозы}) = m_{раствора} \times \omega(\text{сахарозы}) = 250 \text{ г} \times 0.10 = 25 \text{ г} $

2. Рассчитаем массу воды, которая потребуется в качестве растворителя. Для этого из общей массы раствора вычтем массу сахарозы:

$ m(\text{H}_2\text{O}) = m_{раствора} - m(\text{сахарозы}) = 250 \text{ г} - 25 \text{ г} = 225 \text{ г} $

Таким образом, для приготовления данного раствора следует взвесить 25 г сахара, отмерить 225 г (или 225 мл, т.к. плотность воды ≈ 1 г/мл) воды и смешать их до полного растворения сахара.

Ответ: для приготовления 250 г 10%-го раствора сахара необходимо взять 25 г сахара и 225 г воды.

3. Чем отличаются понятия «насыщенный раствор» и «концентрированный раствор»?

Понятия «насыщенный раствор» и «концентрированный раствор» характеризуют состав раствора с разных точек зрения и не являются синонимами. Хотя в быту их часто путают, в химии они имеют строгие и различные определения.

Насыщенный раствор

Насыщенный раствор — это раствор, в котором при данной температуре и давлении растворено максимальное возможное количество вещества. В таком растворе достигается состояние динамического равновесия: скорость растворения твёрдого вещества равна скорости его кристаллизации (осаждения). Если к насыщенному раствору добавить ещё порцию растворяемого вещества, оно не растворится, а выпадет в осадок (при условии, что температура и давление остаются неизменными).

Ключевая характеристика насыщенного раствора — это его связь с растворимостью вещества. Растворимость — это конкретная физическая величина, которая показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 100 г растворителя при определённых условиях. Таким образом, понятие «насыщенный» описывает состояние раствора, достигшего предела растворимости.

Концентрированный раствор

Концентрированный раствор — это раствор с высоким содержанием растворенного вещества по отношению к количеству растворителя. Это, как правило, качественная и относительная характеристика. Противоположным понятием является «разбавленный раствор», где содержание растворенного вещества мало.

Понятие «концентрированный» не имеет строгой численной границы. Например, 70%-й раствор уксусной кислоты является концентрированным, а 5%-й — разбавленным. Эта характеристика описывает концентрацию (например, массовую долю, молярность) и используется для сравнения растворов между собой.

Основное различие и взаимосвязь

Главное отличие заключается в том, что «насыщенный» — это абсолютная характеристика, связанная с физико-химическим пределом (растворимостью), в то время как «концентрированный» — это относительная характеристика, описывающая фактическое количество вещества в растворе.

Эти понятия не всегда совпадают. Возможны следующие ситуации:

• Раствор может быть насыщенным, но не концентрированным (разбавленным).
  Это характерно для малорастворимых веществ. Например, растворимость гипса ($CaSO_4$) в воде при 20°C составляет всего около 0,2 г на 100 г воды. Насыщенный раствор гипса будет содержать очень мало соли, то есть он будет разбавленным.
• Раствор может быть концентрированным, но не насыщенным.
  Это возможно для хорошо растворимых веществ. Например, в 100 г воды при 20°C можно растворить около 204 г сахара (сахарозы). Если мы растворим 150 г сахара в 100 г воды, мы получим очень концентрированный раствор (сироп), но он ещё не будет насыщенным, так как в нём можно растворить ещё около 54 г сахара.
• Раствор может быть одновременно и насыщенным, и концентрированным.
  Насыщенный раствор хорошо растворимого вещества всегда будет концентрированным. Например, упомянутый выше раствор, содержащий 204 г сахара в 100 г воды, является и насыщенным, и концентрированным.

Ответ:

Понятие «насыщенный раствор» характеризует раствор, в котором достигнут предел растворимости вещества при данных условиях (температуре, давлении), и дальнейшее добавление этого вещества не приведёт к его растворению. Это абсолютная характеристика, связанная с физическим свойством — растворимостью. Понятие «концентрированный раствор» — это относительная, качественная характеристика, указывающая на высокое содержание растворенного вещества по отношению к растворителю. Насыщенный раствор может быть как концентрированным (для хорошо растворимых веществ), так и разбавленным (для малорастворимых веществ). В свою очередь, концентрированный раствор не всегда является насыщенным.

4. В 513 г дистиллированной воды растворили 27 г соли. Вычислите массовую долю (в процентах) растворённого вещества в полученном растворе.

Дано:

Масса дистиллированной воды (растворителя), $m(H_2O) = 513 \text{ г}$

Масса соли (растворённого вещества), $m(\text{соли}) = 27 \text{ г}$

Найти:

Массовую долю растворённого вещества (соли), $\omega(\text{соли})$ - ?

Решение:

Массовая доля растворённого вещества ($\omega$) определяется как отношение массы этого вещества к общей массе раствора. Для выражения в процентах результат умножают на 100%.

Формула для расчёта массовой доли в процентах:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{растворённого вещества})}{m(\text{раствора})} \times 100\%$

1. Первым шагом найдём массу всего раствора ($m(\text{раствора})$). Она складывается из массы растворителя (воды) и массы растворённого вещества (соли).

$m(\text{раствора}) = m(H_2O) + m(\text{соли})$

Подставляем известные значения:

$m(\text{раствора}) = 513 \text{ г} + 27 \text{ г} = 540 \text{ г}$

2. Теперь, зная массу растворённого вещества и массу всего раствора, можем вычислить массовую долю соли.

$\omega(\text{соли}) = \frac{m(\text{соли})}{m(\text{раствора})} \times 100\%$

$\omega(\text{соли}) = \frac{27 \text{ г}}{540 \text{ г}} \times 100\%$

$\omega(\text{соли}) = 0,05 \times 100\% = 5\%$

Ответ: массовая доля растворённого вещества в полученном растворе составляет 5%.

5. При выпаривании 25 г раствора получили 0,25 г соли. Определите массовую долю растворённого вещества и выразите её в процентах.

$\omega(\%)$ — ?

Массовая доля растворённого вещества ($\omega$) — это величина, равная отношению массы растворённого вещества ($m_{вещества}$) к общей массе раствора ($m_{раствора}$).

Формула для расчёта массовой доли:

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

В данной задаче растворённым веществом является соль. Масса соли равна 0,25 г, а масса раствора — 25 г. Подставим эти значения в формулу. Расчёт удобнее проводить в граммах, так как отношение масс — безразмерная величина.

$\omega = \frac{m_{соли}}{m_{раствора}} = \frac{0,25 \text{ г}}{25 \text{ г}} = 0,01$

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

$\omega(\%) = \omega \times 100\% = 0,01 \times 100\% = 1\%$

Ответ: массовая доля растворённого вещества составляет 1%.