Что такое раствор и массовая доля растворённого вещества
Раствор состоит из растворителя (чаще всего воды) и растворённого вещества: соли, кислоты, щёлочи, сахара, газа. Частицы вещества распределены по всему объёму равномерно, поэтому раствор однородный. Например, в растворе соли в воде нельзя разглядеть кристаллики, хотя соль никуда не делась.
Главная величина в задачах — массовая доля растворённого вещества (её же называют концентрацией раствора в процентах). Она показывает, какую часть массы раствора составляет вещество:
ω = m(вещества) ÷ m(раствора) × 100%
Масса раствора складывается из двух частей:
m(раствора) = m(вещества) + m(воды)
Запись «раствор с массовой долей 10%» значит, что в 100 г такого раствора растворено 10 г вещества и 90 г воды. Если в задаче проценты нужно подставить в формулу массы, переводи их в доли: 10% = 0,1, 5% = 0,05.
Как найти массу раствора, вещества и воды
Из одной формулы получаются три нужных действия. Всегда начинай с того, что именно спрашивают.
- Масса вещества: m(вещества) = m(раствора) × ω (в долях). В 200 г 5%-ного раствора соли: 200 × 0,05 = 10 г соли.
- Масса раствора: m(раствора) = m(вещества) ÷ ω. Если 12 г сахара нужно растворить так, чтобы получить 20%-ный раствор, масса раствора 12 ÷ 0,2 = 60 г.
- Масса воды: m(воды) = m(раствора) − m(вещества). В предыдущем примере воды 60 − 12 = 48 г.
Если в условии дан объём раствора в мл, сначала переводят его в массу через плотность: m = ρ × V. Для воды плотность 1 г/мл, поэтому 100 мл воды имеют массу 100 г. Для других растворов плотность берут из условия или таблицы, и тут легко ошибиться: объём и массу раствора нельзя считать одним и тем же числом.
Когда растворяют вещество в воде, массы складываются. А вот объёмы в общем случае не складываются, поэтому все расчёты ведут через массы.
Смешивание растворов и разбавление
При смешивании двух растворов складываются массы растворов и массы растворённого вещества в них. Массовую долю нового раствора находят по тем же правилам, что и обычно.
Пример. Смешали 100 г 10%-ного и 200 г 25%-ного раствора соли.
- Вещества в первом растворе: 100 × 0,10 = 10 г.
- Вещества во втором: 200 × 0,25 = 50 г.
- Всего вещества: 10 + 50 = 60 г. Масса нового раствора: 100 + 200 = 300 г.
- ω = 60 ÷ 300 × 100% = 20%.
Если масса одного из растворов неизвестна, обозначь её за x, а массу второго выразить через x (например, 250 − x). Затем составь уравнение: масса вещества в первом растворе плюс масса вещества во втором равна массе вещества в итоговом растворе. Так решают задачи, где известна масса смеси и её массовая доля, а нужно найти массу воды или раствора в одном из исходных.
При разбавлении водой масса вещества не меняется, растёт только масса раствора. Поэтому массу вещества считают один раз, а потом делят её на новую массу раствора.
Разбор задачи на нейтрализацию
Такие задания присылают чаще всего: даны раствор щёлочи и массовые доли, нужно найти массу кислоты. Здесь понадобятся химические реакции и количество вещества.
Задача. Найди массу 7,3%-ной соляной кислоты, нужной для нейтрализации 80 г 10%-ного раствора гидроксида натрия.
- Запиши уравнение: NaOH + HCl = NaCl + H₂O. Коэффициенты равны 1, значит вещества реагируют в отношении 1 : 1.
- Найди массу щёлочи в растворе: 80 × 0,10 = 8 г.
- Молярная масса NaOH равна 40 г/моль, поэтому n(NaOH) = 8 ÷ 40 = 0,2 моль.
- По уравнению n(HCl) = n(NaOH) = 0,2 моль.
- Молярная масса HCl равна 36,5 г/моль: m(HCl) = 0,2 × 36,5 = 7,3 г. Это масса чистого хлороводорода.
- Нужна масса раствора кислоты: 7,3 ÷ 0,073 = 100 г.
Ответ: 100 г раствора соляной кислоты.
Обрати внимание на последний шаг. Расчёт по уравнению даёт массу чистого вещества, а спрашивают про раствор, поэтому нужно вернуться от вещества к раствору через массовую долю.
Где ошибаются чаще всего
- Подставляют массу раствора вместо массы вещества в уравнение реакции. В реакцию вступает только растворённое вещество. Сначала найди его массу по формуле m = m(раствора) × ω, затем переходи к молям.
- Забывают перевести проценты в доли. 5% нужно записывать как 0,05, иначе ответ получится в сто раз больше.
- Считают массу воды как массу раствора. Воды в растворе всегда меньше: m(воды) = m(раствора) − m(вещества). В задачах про воду в одном из исходных растворов это ключевой шаг.
- Складывают проценты при смешивании. Смесь 10%-ного и 20%-ного растворов не даёт 30%-ный. Складывать нужно массы вещества и массы растворов, а потом делить.
- Округляют слишком рано. Если в условии просят ответ до целых, округляй только итоговое число, а в промежуточных действиях оставляй знаки.
Какие задания по растворам присылают ученики
На странице собраны задания 8–9 классов: смешивание растворов с известной массовой долей, расчёты по уравнению нейтрализации, подбор состава раствора (например, самодельного антифриза) и лабораторные исследования, такие как определение объёма углекислого газа в газированной воде.
Посмотри список заданий выше: если среди них есть похожее на твоё, сравни ход решения со своим. Если нет, сфотографируй условие и отправь, чтобы получить решение с пояснением каждого шага. Для реакций с кислотами и щёлочами пригодится тема классы неорганических соединений, а для вопросов о том, как вещества распадаются в воде, — электролитическая диссоциация.