- Понятия «раствор», «растворённое вещество», «растворитель»
- Классификация растворов
- Способы решения задач по химическим уравнениям
- Роль растворов
- сформировать знания о растворах и массовой доле растворённого вещества
- научиться вычислять массу раствора, массовую долю растворённого вещества в растворе, массу растворённого вещества
- выяснить, для чего нужны знания о массовой доле в повседневной жизни
- Что такое доля?
- Чем она может быть выражена?
- Какое понятие тоже даёт нам представление о части от числа?
- Что такое процент?
- Как найти число, если известно, сколько процентов оно составляет от целого?
Понятия «раствор», «растворённое вещество», «растворитель»
Велика роль растворов в возникновении и развитии жизни на Земле. Одной из теорий возникновения организмов является теория зарождения жизни в первичном океане, который представлял собой воду с растворёнными в ней веществами. Из этого раствора организмы получали необходимые для роста и развития ионы и молекулы.
В организме человека находятся физиологически важные растворы. Какие? (Кровь, желудочный сок и др.)
Различные процессы, происходящие в организме, протекают в растворах. Например, усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор. В природе водные растворы участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения питательными веществами. В технике такие процессы, как получение соды, удобрений, бумаги, также протекают в растворах.
Так как растворы играют важную роль в жизни человека, изучение их свойств очень важно. Мы с вами выясним, что же такое растворы и попробуем сделать вывод о том, к какому — физическому или химическому — процессу относится процесс растворения. Что такое раствор и процесс растворения?
Существует несколько теорий растворов.
| Физическую теорию растворов развивали такие учёные, как Я. Х. Вант-Гофф, С. Аррениус, В. Оствальд. Они считали, что процесс растворения является результатом диффузии, т. е. проникновения растворённого вещества в промежутки между молекулами воды. |
Якоб Хендрик Вант-Гофф
|
Сванте Август Аррениус
|
Сторонники химической теории, Д. И. Менделеев, И. А. Каблуков, доказывали, что растворение — это результат химического взаимодействия растворённого вещества с молекулами воды.
Доказательством химического взаимодействия служат такие признаки химических реакций, как выделение или поглощение тепла при растворении.
Например, растворение серной кислоты в воде протекает с выделением большого количества тепла, раствор может закипеть. Растворение же такого вещества, как нитрата калия, сопровождается, наоборот, поглощением тепла.
В результате химического взаимодействия образуются соединения гидраты — непрочные соединения веществ с водой, существующие в растворе. Косвенным доказательством гидратации является существование твёрдых кристаллогидратов.
Кристаллогидраты — соли и другие твёрдые вещества, в состав которых входит вода. В этом случае вода называется кристаллизационной.
К кристаллогидратам относится хорошо известная всем соль голубого цвета — медный купорос $CuSO_{4} \cdot 5 H_{2} O$.
Проведём небольшой эксперимент.
Насыплем небольшое количество медного купороса в фарфоровую чашку.
Отметьте цвет вещества (ярко-синий).
Нагреем.
Что наблюдаете? (Вещество стало светло-серого цвета.)
В чём причина изменения цвета? (Отщепилась вода.)
Добавим к сухому сульфату меди (II) небольшое количество воды.
Что наблюдаете? (Вещество окрасилось в синий цвет.)
Изменение цвета сульфата меди (II) при растворении его в воде на синий является ещё одним доказательством химической теории растворов.
В настоящее время принята теория, объединяющая обе точки зрения, — физико-химическая теория.
Растворение — физико-химический процесс.
Растворы — гомогенные системы, состоящие из растворителя, растворённого вещества и продуктов их взаимодействия.
$m$(р-ра)$= m$(в-ва)$+ m$(р-ля)
Классификация растворов
По агрегатному состоянию
Наибольшее значение имеют жидкие смеси, в которых растворителем является жидкость. Наиболее распространённым растворителем из неорганических веществ, конечно же, является вода. Из органических веществ в качестве растворителей используют метанол, этанол, диэтиловый эфир, ацетон, бензол, четырёххлористый углерод и др.
Рис. 1. Аптечные препараты растворов: йода, пероксида водорода, аммиака
На этикетках разнообразных растворов, используемых в быту, можно прочитать содержание в них растворённого вещества. Например, уксусная кислота — 70 %, настойка йода — 5 %.
Это один из способов выражения концентрации растворов, который называют массовой долей (ω).
Массовая доля растворённого вещества в растворе — отношение массы растворённого вещества к массе раствора.
$\omega ( \text{в} ‐ \text{в}a ) = \frac{m ( \text{в} ‐ \text{в}a )}{m ( p ‐ pa )} \cdot 100 \%$,
где $\omega ( \text{в} ‐ \text{в}a )$ — массовая доля растворённого вещества в растворе; $m ( \text{в} ‐ \text{в}a )$ — масса растворённого вещества; $m ( p ‐ pa )$ — масса раствора.
На практике отмерять массу раствора очень неудобно, удобнее брать необходимый объём. Для его расчёта необходимо знать плотность раствора, которая показывает массу единицы объёма и связана с массой и объёмом раствора формулой:
$\rho ( p ‐ pa ) = \frac{m ( p ‐ pa )}{V ( p ‐ pa )}$.
Чаще всего плотность жидкостей указывают в г/мл, но встречаются и другие размерности: г/см3, кг/л, кг/м3.
Способы решения задач по химическим уравнениям
Пример 1
В растворе массой 100 г содержится хлорид бария массой 20 г. Какова массовая доля хлорида бария в растворе?
Дано:
m(р-р) = 100 г
m($BaCl_{2}$) = 20 г
Найти:
$\omega$ ($BaCl_{2}$) = ?
Решение:
Формула для вычисления массовой доли
$\omega ( A ) = \frac{m ( A )}{m ( p - p )} \cdot 100 \%$
Подставляем значения физических величин из условия задачи и вычисляем долю соли в растворе:
$\omega ( BaCl_{2} ) = \frac{20 \text{г}}{100 \text{г}} \cdot$ 100% = 20 % или 0,2
Ответ: $\omega ( BaCl_{2} ) = 20 \%$.
Пример 2
К 250 г 10%-го раствора глюкозы прилили 150 мл воды. Какова массовая доля (%) глюкозы в полученном после разбавления растворе?
Дано:
m1(p-p) = 250 г
V($H_{2} O$) = 150 мл
$\omega_{1}$ (глюкоза) = 10 %
Найти:
$\omega_{2}$ (глюкоза) = ?
Решение:
Формула для вычисления массовой доли:
$\omega ( A ) = \frac{m ( A )}{m ( p - p )} \cdot 100 \%$
Определим массу порции воды, которую добавляют к раствору, исходя из того, что плотность чистой воды равна 1 г/мл ($\rho$= 1 г/мл):
m($H_{2} O$)=$\rho \cdot V$= 1 г/мл · 150 мл = 150 г
Определим массу второго раствора:
m2(p-p) = m1(p-p) + m($H_{2} O$) = 250 г + 150 г = 400 г
При разбавлении раствора масса растворённого вещества не изменяется, поэтому вычислим её по массе первого раствора:
m(глюкоза) = m1(p-p) ·$\frac{\omega}{100 \%}$= 250 г · 0,1 = 25 г
Вычислим массовую долю глюкозы во втором растворе (после разбавления):
$\omega$(глюкоза)=$\frac{25 \text{г}}{400 \text{г}} \cdot$ 100%= 6,25 %
Ответ: $\omega_{2}$(глюкозы)=6,25%.
Упражнение
- Сколько грамм соды содержится в 200 г 40%-го раствора?
- Найдите массу 10%-го раствора сахара, если известно, что сахара в растворе — 25 г.
Роль растворов
|
В природе
|
В медицине
|
В быту
|
|
97 % водной поверхности земного шара занимают океаны и моря, 3 % — озёра, реки, подземные воды.
Тело медузы состоит на 99,9 % из воды.
|
Для дезинфекции ран используется 5%-й раствор марганцовки. В домашней аптечке всегда есть 3%-й раствор «зелёнки».
|
Для засолки огурцов необходим 9%-й раствор соли.
Для приготовления компота на зиму необходимо сварить 30%-й сахарный сироп.
|
В процессе растворения частицы (ионы или молекулы) растворяемого вещества под действием хаотически движущихся частиц растворителя переходят в раствор, образуя в результате беспорядочного движения частиц качественно новую однородную систему. Способность к образованию растворов выражена у разных веществ в различной степени. Одни вещества способны смешиваться друг с другом в любых количествах (вода и спирт), другие — в ограниченных (хлорид натрия и вода).
Контрольные вопросы
- Что показывает массовая доля растворённого вещества в растворе?
- Как рассчитать массовую долю соли в растворе?
- Пригодятся ли знания о массовой доле в жизни?
Упражнение
- m (соды) — 80 г.
- m (раствора) — 250 г.
