Решебник по химии 8 класс Габриелян §22

Растворы. Массовая доля растворенного вещества

Стр. 93

Лабораторный опыт 16

Ознакомьтесь с тремя препаратами домашней или школьной (кабинета химии) аптечки: растворами перекиси водорода, спиртовой настойкой йода и нашатырного спирта (рис. 64). К каким типам смесей веществ относятся эти препараты?

Растворы перекиси водорода, спиртовая настойка йода и нашатырный спирт относятся к гомогенным (однородным) смесям, так как их компоненты распределены равномерно по всему объёму и не образуют отдельных фаз.

Раствор перекиси водорода представляет собой смесь воды и перекиси водорода (H₂O₂), где вода является растворителем. Это жидкий раствор, используемый в медицине как антисептическое средство.

Спиртовая настойка йода – это раствор йода (I₂) в этиловом спирте. Йод плохо растворяется в воде, поэтому для получения однородного раствора используют спирт. Такой раствор применяется как антисептик и для обработки кожи.

Нашатырный спирт – это водный раствор аммиака (NH₃). В этом случае газообразное вещество аммиак растворено в воде, образуя однородную жидкую смесь. Нашатырный спирт используется в медицине для стимуляции дыхания, а также в быту и промышленности.

Таким образом, все три препарата представляют собой гомогенные растворы, в которых растворитель и растворённое вещество образуют однородную систему.

Стр. 93

Вопрос

Компонент, которого в препаратах больше, называют растворителем. Как вы думаете, какие два растворителя используются для приготовления данных препаратов? Компонент, которого в препаратах меньше, называют растворённым веществом. Как вы думаете, в каких агрегатных состояниях находились взятые для приготовления данных растворов вещества?

В данных препаратах используются два растворителя – это вода и этиловый спирт. Для приготовления раствора перекиси водорода и нашатырного спирта в качестве растворителя используется вода. Для спиртовой настойки йода применяется этиловый спирт, поскольку йод плохо растворим в воде, но хорошо растворяется в спирте.

Растворённые вещества в этих препаратах находились в разных агрегатных состояниях до приготовления растворов. Йод (I₂) – это твёрдое кристаллическое вещество. Перекись водорода (H₂O₂) – жидкость. Аммиак (NH₃) – это газообразное вещество. Таким образом, взятые вещества для приготовления растворов были в твёрдом (йод), жидком (перекись водорода) и газообразном (аммиак) агрегатных состояниях.

Стр. 97

Проверьте свои знания

1. Дайте определение растворов. Что представляют собой гидраты?

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из растворителя, растворённого вещества и продуктов их взаимодействия. В растворах частицы растворённого вещества равномерно распределены по всему объёму растворителя, образуя смесь переменного состава.

Гидраты – это соединения, в которых молекулы воды химически связаны с растворённым веществом. Такие соединения образуются в результате химического взаимодействия молекул воды с ионами растворённого вещества, что приводит к формированию гидратов (гидратированных ионов) или солей кристаллизационной воды. Например, глауберова соль (Na₂SO₄·10H₂O) содержит десять молекул воды на одну молекулу соли.

2. Как рассчитывается массовая доля растворённого вещества?

Массовая доля растворённого вещества (ω) определяется как отношение массы растворённого вещества к массе всего раствора и выражается в процентах.

Формула расчёта:

(ω = (m(в-ва) / m(р-ра)) × 100 %), где (m(в-ва)) – масса растворённого вещества, (m(р-ра)) – масса раствора.

Если масса раствора неизвестна, её можно вычислить как сумму масс растворённого вещества и растворителя:

(m(р-ра) = m(в-ва) + m(р-ля)).

В некоторых случаях массовую долю можно найти через плотность раствора, если известен его объём:

(m(р-ра) = ρ × V).

Таким образом, для расчёта массовой доли необходимо знать либо массы растворённого вещества и раствора, либо плотность раствора и его объём.

Стр. 97

Примените свои знания

3. Найдите массовую долю хлорида натрия в растворе, полученном при растворении 15 г этой соли в 235 мл воды.

Для определения массовой доли необходимо вычислить массу раствора. Плотность воды равна примерно 1 г/мл, следовательно, масса воды составляет 235 г. Масса раствора равна сумме масс воды и соли: 235 г + 15 г = 250 г. Массовая доля хлорида натрия равна: (15 г / 250 г) × 100 % = 6 %. Таким образом, массовая доля хлорида натрия в растворе составляет 6 %.

4. В автомобильных аккумуляторах используют 36 %-ный раствор серной кислоты. Рассчитайте массы кислоты и воды, необходимые для приготовления 2,5 кг аккумуляторного раствора.

Общая масса раствора равна 2,5 кг (2500 г). Масса серной кислоты в растворе составляет 36 % от общей массы раствора, значит масса кислоты равна: 2500 г × 0,36 = 900 г. Масса воды составляет оставшиеся 64 %: 2500 г – 900 г = 1600 г. Таким образом, для приготовления раствора необходимо 900 г серной кислоты и 1600 г воды.

5. В косметике используют 15 %-ный раствор глицерина (плотность 1,26 г/см³). Рассчитайте массу глицерина, содержащегося в 250 мл раствора.

Сначала вычислим массу раствора: 250 мл × 1,26 г/см³ = 315 г. Массовая доля глицерина составляет 15 %, следовательно, масса глицерина: 315 г × 0,15 = 47,25 г. Таким образом, в 250 мл раствора содержится 47,25 г глицерина.

6. Для засолки огурцов используют 5 %-ный раствор поваренной соли (плотность 1,1 г/см³). Найдите массу и количество вещества соли, необходимые для приготовления 5 л такого раствора.

Сначала найдём массу раствора. Объём раствора составляет 5 л (5000 мл). При плотности 1,1 г/см³ масса раствора равна: 5000 мл × 1,1 г/см³ = 5500 г. Массовая доля соли 5 %, поэтому масса соли: 5500 г × 0,05 = 275 г.

Количество вещества соли рассчитываем по формуле: n = m / M. Молярная масса NaCl равна 23 + 35,5 = 58,5 г/моль. Следовательно, количество вещества соли: 275 г / 58,5 г/моль ≈ 4,7 моль.

Таким образом, для приготовления 5 л раствора нужно 275 г (4,7 моль) поваренной соли.

7. В химической лаборатории используют 35%-ный раствор перекиси водорода. Какую массу 3%-ного аптечного раствора можно приготовить из 1,5 кг раствора перекиси водорода, используемого в лаборатории?

Сначала найдём массу чистого вещества (H₂O₂) в лабораторном растворе: 1500 г × 0,35 = 525 г.

Эта же масса перекиси водорода будет содержаться и в аптечном растворе, но его концентрация будет 3 %. Для нахождения общей массы 3%-ного раствора воспользуемся формулой: m(р-ра) = m(в-ва) / ω.

Тогда масса аптечного раствора: 525 г / 0,03 = 17 500 г (17,5 кг).

Таким образом, из 1,5 кг 35%-ного раствора можно приготовить 17,5 кг 3%-ного аптечного раствора перекиси водорода.

8. Рассчитайте массовую долю аммиака в растворе, полученном растворением 6,72 л аммиака (н. у.) в 175 мл воды.

Сначала вычислим массу аммиака (NH₃). При нормальных условиях (н. у.) один моль любого газа занимает объём 22,4 л. Тогда количество вещества аммиака: 6,72 л / 22,4 л/моль = 0,3 моль. Молярная масса аммиака равна 17 г/моль, значит масса аммиака: 0,3 моль × 17 г/моль = 5,1 г. Масса воды составляет 175 г (плотность воды ≈ 1 г/мл). Общая масса раствора: 5,1 г + 175 г = 180,1 г. Массовая доля аммиака: (5,1 г / 180,1 г) × 100 % ≈ 2,83 %. Таким образом, массовая доля аммиака в растворе составляет 2,83 %.

9. После упаривания 500 мл 10 %-ного раствора карбоната натрия (плотность 1,1 г/мл) его масса уменьшилась на 100 г. Какова массовая доля соли в полученном растворе?

Сначала вычислим массу исходного раствора: 500 мл × 1,1 г/мл = 550 г. Масса карбоната натрия в этом растворе составляла: 550 г × 0,10 = 55 г. При упаривании раствора испарилась только вода, поэтому масса соли не изменилась и осталась равной 55 г. Масса раствора после упаривания: 550 г – 100 г = 450 г. Новая массовая доля соли: (55 г / 450 г) × 100 % ≈ 12,22 %. Таким образом, массовая доля соли в полученном растворе составила 12,22 %.

10. При охлаждении 200 г 5 %-ного раствора перманганата калия выпал осадок перманганата калия массой 4 г. Какова массовая доля соли в полученном растворе?

Изначально в растворе массой 200 г содержалось перманганата калия: 200 г × 0,05 = 10 г. Выпало в осадок 4 г соли, значит в растворе осталось: 10 г – 4 г = 6 г. Масса раствора после выпадения осадка: 200 г – 4 г = 196 г. Массовая доля соли в полученном растворе: (6 г / 196 г) × 100 % ≈ 3,06 %. Таким образом, массовая доля перманганата калия в полученном растворе составила 3,06 %.

Стр. 97

Используйте дополнительную информацию

11. Аргументируйте свою точку зрения на процесс растворения на основе физической и химической теорий растворов. Обсудите этот вопрос с одноклассниками.

Процесс растворения веществ в растворителях можно рассматривать как с физической, так и с химической точек зрения. Согласно физической теории растворов (теории Аррениуса и Вант-Гоффа), растворение — это процесс равномерного распределения (диффузии) частиц растворяемого вещества между молекулами растворителя. Это означает, что при растворении вещества физически перемешиваются без изменения своего химического состава, что подтверждается возможностью вернуть исходные вещества путём простого испарения растворителя.

С другой стороны, согласно химической теории растворов, предложенной Д. И. Менделеевым, растворение рассматривается как химическое взаимодействие растворителя и растворённого вещества. В результате этого процесса могут образовываться устойчивые химические соединения, такие как гидраты и сольваты, в которых молекулы воды или другого растворителя прочно связываются с частицами растворённого вещества. Подтверждением химического взаимодействия является выделение или поглощение тепла при растворении, изменение цвета раствора или другие признаки, указывающие на химическое взаимодействие компонентов.

Таким образом, оба подхода верны и взаимодополняемы. Физическая теория показывает, как происходит распределение вещества в растворителе, а химическая теория объясняет причины изменения свойств раствора и особенности взаимодействия растворителя с растворённым веществом. Комплексное рассмотрение этих теорий позволяет лучше понять природу растворов и объяснить наблюдаемые на практике явления.

Стр. 97-98

Практическая работа 6

Вопрос. В кулинарных книгах и пособиях по домашнему консервированию нередко предлагается приготовить раствор с заданной массовой долей растворённого вещества. Как это сделать?

Чтобы приготовить раствор с заданной массовой долей растворённого вещества, необходимо сначала определить, какое количество (массу) растворённого вещества и растворителя нужно взять. Для этого выбирают желаемую массу готового раствора и рассчитывают, какая часть этой массы должна приходиться на растворённое вещество, а какая – на растворитель. Например, если требуется приготовить 500 г 10%-ного раствора соли, то масса соли составит 10 % от общей массы раствора, то есть 50 г. Остальную массу (450 г) составляет растворитель (вода). Затем отмеренное количество растворённого вещества тщательно перемешивают с растворителем до полного растворения и получения однородной смеси. Таким образом, приготовление раствора с заданной массовой долей сводится к точному расчёту масс компонентов и их равномерному смешиванию.

При выполнении этой практической работы вам необходимо приготовить три раствора заданной концентрации путём растворения твёрдого вещества в воде, разбавления раствора и добавления твёрдого вещества к имеющемуся раствору. Получите у учителя вариант задания.

Вариант 1 (Хлорид натрия)

Приготовление раствора 1

Для приготовления 50 г 10%-ного раствора необходимо взять 10% от общей массы раствора в виде соли, что составляет: 50 г × 0,10 = 5 г соли. Масса воды составляет: 50 г – 5 г = 45 г. Поскольку плотность воды 1 г/мл, необходимый объём воды равен 45 мл. Таким образом, для приготовления раствора нужно взвесить 5 г хлорида натрия и растворить его в 45 мл воды, тщательно перемешивая до полного растворения.

Приготовление раствора 2

Для приготовления раствора 2 с меньшей концентрацией (6%-ного раствора) из первого раствора (10%-ного), определим необходимое количество воды. Масса соли (5 г) не изменяется. Для 6%-ного раствора масса соли (5 г) должна составлять 6% от всей массы раствора. Тогда масса раствора 2 равна: 5 г / 0,06 ≈ 83,3 г. Поскольку первоначальная масса раствора 1 была 50 г, нужно добавить воду массой: 83,3 г – 50 г = 33,3 г (33,3 мл). Таким образом, масса раствора 2 составляет 83,3 г.

Приготовление раствора 3

Для приготовления раствора 3 (8%-ного) из раствора 2 (6%-ного) нужно увеличить концентрацию добавлением соли. Масса раствора 2 – 83,3 г, в нём содержится соли: 83,3 г × 0,06 ≈ 5 г. Для 8%-ного раствора 5 г соли должны составлять 8% от общей массы раствора. Масса раствора 3: 5 г / 0,08 = 62,5 г. Поскольку текущая масса раствора 2 больше (83,3 г), это означает, что концентрацию нужно повысить путём добавления соли. Однако мы не можем уменьшить количество раствора, поэтому нужно добавить соль к существующему раствору. Проверим сколько соли должно быть в растворе массой 83,3 г, чтобы концентрация стала 8%: 83,3 г × 0,08 ≈ 6,66 г. Было 5 г, нужно добавить ещё: 6,66 г – 5 г ≈ 1,66 г. Таким образом, после добавления 1,66 г соли концентрация раствора станет 8%, а общая масса раствора 3 будет равна: 83,3 г + 1,66 г ≈ 84,96 г.

Стр. 98-99

Домашний эксперимент

Вопрос. Учебный эксперимент проводят в химическом кабинете (лаборатории). Так требуют правила техники безопасности. Но нет правил без исключений. Почему предлагаемая работа является таким исключением?

Предлагаемая работа по выращиванию кристаллов алюмокалиевых квасцов или медного купороса является исключением, так как указанные вещества доступны, безопасны для здоровья (при правильном использовании), и их можно применять не только в химических лабораториях, но и в домашних условиях. Например, алюмокалиевые квасцы широко применяются в медицине и продаются в аптеке в качестве средства для обработки кожи и остановки кровотечений, а медный купорос используется в быту, например, в садоводстве и огородничестве. Эти вещества не выделяют токсичных паров и не имеют высокой химической активности, что значительно снижает возможные риски. Именно поэтому правила техники безопасности в данном случае допускают возможность проведения эксперимента дома при соблюдении элементарных правил предосторожности и гигиены.

Оформите отчёт о проделанной работе. В нём представьте: график роста кристаллов (их величину или массу) в зависимости от продолжительности эксперимента (в днях); фото кристаллов. Лучшие кристаллы аккуратно просушите бумажной салфеткой, покройте бесцветным лаком, чтобы они не расплывались, и продемонстрируйте учителю и одноклассникам. Проведите следующие расчёты: вычислите молярную массу безводных алюмокалиевых квасцов, рассчитайте массовые доли металлов в сульфате; вычислите молярную массу медного купороса и рассчитайте массовую долю воды и сульфата меди(II) в кристаллогидрате.

Отчёт работы включает наблюдения за ростом кристаллов в течение нескольких дней. Размер или масса кристаллов постепенно увеличивается: сначала наблюдается образование мелких кристалликов, которые затем укрупняются, образуя красивые, правильной формы кристаллы. На графике можно отразить увеличение массы или размера кристаллов по дням, отметив, что интенсивность роста в первые дни выше, а затем постепенно снижается.

Фото кристаллов демонстрирует полученные результаты. Лучшие кристаллы рекомендуется аккуратно вынуть из раствора, промокнуть лишнюю влагу бумажной салфеткой, высушить и покрыть бесцветным лаком, чтобы предотвратить их разрушение и обеспечить возможность длительного хранения и демонстрации.

Расчёты молярных масс:

Безводные алюмокалиевые квасцы имеют формулу (KAl(SO₄)₂). Рассчитаем их молярную массу: K (39 г/моль) + Al (27 г/моль) + 2 × S (32 г/моль) + 8 × O (16 г/моль). Итого: 39 + 27 + 64 + 128 = 258 г/моль. Массовая доля калия: (39/258) × 100 % ≈ 15,12 %, алюминия: (27/258) × 100 % ≈ 10,47 %.

Медный купорос (CuSO₄·5H₂O) – молярная масса: Cu (64 г/моль) + S (32 г/моль) + 4 × O (64 г/моль) + 5 × H₂O (5 × 18 г/моль = 90 г/моль). Итого: 64 + 32 + 64 + 90 = 250 г/моль. Массовая доля воды: (90/250) × 100 % = 36 %, массовая доля сульфата меди(II) (CuSO₄): (160/250) × 100 % = 64 %.

Таким образом, проведённая работа включает и практические наблюдения, и подробные расчёты, которые позволяют лучше понять структуру и свойства изученных кристаллогидратов.