Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

В виде осадков или газов.

Читайте также:
  1. Лекция. Профилактика вредного воздействия на организм токсичных химических препаратов, микробиологических факторов, отходов анестезирующих газов.

Особенностью таких растворов является то, что масса полученного раствора меньше суммы масс исходных компонентов; это уменьшение массы раствора, а также масса "растворенного вещества" определяются на основании расчета материального баланса химической реакции, протекающей при образовании раствора.

3 Решение типовых задач

3.1 Расчет массовой доли (или %) растворенного вещества при заданной массе

(или объеме) компонентов раствора.

Примеры:

Рассчитать w(X) в растворе, полученном:

1) При растворении10 г вещества KCl в 100 г воды

Решение: w( KCl ) = m(KCl)/mр–ра = m(KCl)/[m(KCl) + m(H2O)] =

=10/(10 + 100) = 0,09 или 9%

2) При растворении10 мл спирта Х (r = 0,8 г/мл) в 100 мл воды

Решение: w(X) = m(X)/m р–ра = m(X)/[m(X) + m(H2O)] =

= 10 × 0,9/(10 × 0,9 + 100 × 1) = 0,083

3) При растворении10 л газообразного (н.у.) вещества X c молярной массой

M(X) = 17 г/моль в 200 мл растворителя с плотностью 0,9 г/мл

Решение:

Обозначим массу растворенного газа m(X) = m1, и массу растворителя – m2

Тогда w(X) = m1/(m1 + m2)

Рассчитаем а) m1 = V × M(X)/VM = 10 × 17/22,4 = 7,6 г;

б) w(X) = 7,6/(7,6 + 200 × 0,8) = 0,045.

4) При смешивании 0,5 л раствора серной кислоты, w1(H2S04) = 0,1;

rр–ра = 1,1 г/мл и 500 мл воды

 

Решение: w(H2S04) = m (H2S04)/mрра

Очевидно, что при разбавлении раствора чистым растворителем масса растворенного вещества в полученном растворе равна массе его в исходном растворе.

Обозначим m (H2S04) = m1 и m(H2O) = m2, тогда

а) из w1(H2S04) = m1/ mр–ра = 0,1 рассчитаем m1 = 0,1 × 500 × 1,1 = 55 г;

б) рассчитаем w(H2S04) = m1/mр–ра = 55/(55 + 500 × 1) = 0,1.

Ответ: w(X) = 0,1

5) При растворении 10 г вещества Х в 0,5 кг раствора того же вещества,

w(Х)% = 10%

Решение: В отличие от примера (4) в данном случае масса вещества в конечном растворе складывается из массы его в исходном растворе и массы, растворенной дополнительно.

Обозначим массу добавленного вещества m1, массу его в исходном растворе m2 и массу исходного раствора m3. Тогда w(X) = m(X)/ mр–ра = (m1 + m2)/(m1 + m3)

а) из w1(Х)% = m2 × 100%/ m3 = 10% рассчитаем m2(X) = 10 × 500/100 = 55 г

б) рассчитаем w(X) = (55 + 10)/(10 + 500) = 0,13

Ответ: w(X) = 0,13

6) Присмешивании растворов различных веществ X и Y (не реагирующих химически друг с другом): 200 г раствора w(X) = 0,3; и 300 г раствора w(Y) = 0,5

Решение: Очевидно, что если вещества X и Y не реагируют друг с другом, то масса каждого из них в конечном растворе – та же, что и до смешивания растворов; при этом масса полученного раствора равна сумме масс исходных растворов.

Обозначим: m1 – масса исходного раствора вещества Х;

m2 – масса вещества Х (в исходном и полученном растворах);

w2(X) – массовая доля вещества Х в полученном растворе;

m3 – масса исходного раствора вещества Y;

m4 – масса вещества Y (в исходном и полученном растворах);

w2(Y) – массовая доля вещества в полученном растворе;

m5 – масса полученного раствора.

Тогда в полученном растворе w2 (X) = m2/m5 = m2/(m1 + m3)

w2 (Y) = m4/ m5 = m4/(m1 + m3)

а) из w(X) = m2/m1 = 0,3 рассчитаем m2 = 200 × 0,3 = 60 г;

б) из w(Y) = m4/m3 = 0,5 рассчитаем m4 = 300 × 0,5 = 150 г;

в) масса полученного раствора m5 = m1 + m3 = 200 + 300 = 500 г;

г) w2 (X) = m2/m5 = 60/500 = 0,12; w2 (Y) = m4/ m5 = 150/500 = 0,3.

Ответ: w2(X) = 0,12; w2(Y) = 0,3

7) При смешивании растворов разных концентраций одного и того же вещества:

200 мл раствора w1(X) = 0,2; r1 = 1,2 г/мл и 300 г раствора w2(X) = 0,6

Решение: В данном случае масса полученного раствора равна сумме масс исходных растворов, и масса растворенного вещества в полученном растворе складывается из массы его в исходных растворах.

Обозначим: m1 – масса вещества X в первом (исходном) растворе,

m2 – масса первого исходного раствора вещества Х,

m3 – масса вещества Х во втором (исходном) растворе),

m4 – масса второго исходного раствора,

m5 – масса вещества Х в полученном растворе,

m6 – масса полученного раствора,

w3(Х) – массовая доля вещества X в полученном растворе

Тогда для полученного раствора можем записать:

w3(X) = m5/m6 = (m1 + m3)/(m2 + m4)

а) из w1(X) = m1/m2 = 0,2 рассчитаем m1 = 0,2 × 200 × 1,2 = 48 г;

б) из w2(X) = m3(X)/ m4 = 0,6 рассчитаем m3 = 0,6 × 300= 180 г.

в) рассчитаем массу вещества X в полученном растворе

m5 = m1 + m3 = 48 + 180 = 228 г

г) масса полученного раствора m6 = m2 + m4 = 200 × 1,2 + 300 = 540 г

д) w3(X) = m5/m6 = 228/540 = 0,42

Ответ: w3(X) = 0,42

8) Для растворов, полученных из кристаллогидратов типа X*yH2O, расчеты отличаются тем, что масса раствора складывается из массы кристаллогидрата m(X * yH2O) и массы растворителя (т.е. так же, как в примерах, рассмотренных выше), но при этом масса растворенного вещества m(X) оказывается меньше массы кристаллогидрата.

Соотношение масс кристаллогидрата m(X * yH2O) и соответствующей безводной соли, m(X), определяется соотношением их молярных масс:

m(X*yH2O)/m(X) = M(X*yH2O)/ M(X).

Например, M(ZnSO4 * 7H2O) = 287 г/моль и M(ZnSO4) = 161 г/моль. Если требуется рассчитать массу кристаллогидрата, в которой содержится заданная масса безводной соли, m(ZnSO4), то

m(ZnSO4 * 7H2O) = M(ZnSO4 * 7H2O) × m(ZnSO4)/M(ZnSO4) =

= 287 × m(ZnSO4)/161 = 1,78 m(ZnSO4); соответственно,

m(ZnSO4) = m(ZnSO4 * 7H2O)/1,78

Пример 8.1: Рассчитать w(ZnSO4) в растворе, приготовленном из 300 г

ZnSO4 * 7H2O и 2 л воды

Решение: w(ZnSO4) = m(ZnSO4)/mр–ра = m(ZnSO4)/[m(ZnSO4 * 7H2O) + m(H2O)]

M(ZnSO4 * 7H2O) = 287 г/моль, M(ZnSO4) = 161 г/моль

а) рассчитаем массу ZnSO4, которая содержится в 300 г ZnSO4 * 7H2O

(см. пример выше): m(ZnSO4) = 300 × 161/287 = 168,3 г

б) рассчитаем массу полученного раствора:

mр–ра = m(ZnSO4 * 7H2O) + m(H2O) = 300 + 2000 = 2300 г

тогда w(ZnSO4) = 168,3/2300 = 0,073 или 7,3%

Ответ: w(ZnSO4) = 0,073 или 7,3%

Пример 8.2: Рассчитать массовую долю сульфата цинка в растворе, полученном из 200 г раствора w(ZnSO4) = 0,3 после выделения из него 10 г кристаллогидрата ZnSO4 * 7H2O.

 

 

Решение: w(ZnSO4) = m(ZnSO4)/mр–ра

Обозначим: m1 – масса ZnSO4 в исходном растворе;

m2 – масса исходного раствора;

w1(ZnSO4) – массовая доля ZnSO4 в исходном растворе;

w2(ZnSO4) – массовая доля ZnSO4 в полученном растворе;

m3 – масса выделившегося кристаллогидрата;

m4 – масса ZnSO4 в выделившемся кристаллогидрате.

Преобразуем расчетное уравнение с учетом условия задачи в следующее:

w2 (ZnSO4) = (m1 – m4)/(m2 – m3)

а) из w1(ZnSO4) = m1/ m2 =0,3 рассчитаем массу ZnSO4 в исходном растворе:

m1 = 200 × 0,3 = 60 г;

б) рассчитаем массу ZnSO4, которая выделилась из раствора

с 10 г ZnSO4 * 7H2O:

m4= m3 × M(ZnSO4)/M(ZnSO4 * 7H2O) = 10 × 161/287 = 5,6 г;

в) рассчитаем массу ZnSO4 в конечном растворе:

m3 = m1 – m4 = 60 – 5,6 = 54,4 г;

г) w2(ZnSO4) = (m1 – m4)/(m2 – m3) = (60 – 5,6)/(200 – 10) = 0,29.

Ответ: w2(ZnSO4) = 0,29

3.2 Расчет массы (или объема) компонентов для приготовления

раствора с заданной w(X):

Пример 1. Рассчитать массу вещества m(KOH) и массу воды для приготовления

200 г раствора w(KOH) = 0,3

Решение: w(KOH) = m(KOH)/ mр–ра = m(KOH)/[m(KOH) + m(H2O)] = 0,3

а) рассчитаем массу KOH для приготовления раствора:

m(KOH) = w(KOH) × mр–ра = 0,3 × 200 = 60 г;

б) рассчитаем массу растворителя:

m(H2O) = mр–ра – m(KOH) = 200 – 60 = 140 г.

Ответ: m(KOH) = 60 г, m(H2O) = 140 г

Пример 2. Р ассчитать объемы хлороводорода (н.у.) и воды для приготовления 0,5 л 30% соляной кислоты, r = 1,1 г/мл.

Решение: w(HCl) = m(HCl)/ mр–ра = m(HCl)/ [m(HCl) + m(H2O)] = 0,3

а) рассчитаем mр–ра = Vр–ра × r р–ра = 500 × 1,1 = 550 г;

б) рассчитаем массу и объем хлороводорода:

m(HCl) = w(HCl) × mр–ра = 0,3 × 550 = 165 г

V(HCl) = n(HCl) × VM = m(HCl) × VM/M(HCl) = 165 × 22,4/36,5 = 101,3 л;

в) рассчитаем массу и объем воды

m(H2O) = mр–ра – m(HCl) = 550 – 165 = 385 г, V(H2O) = 385 мл

Ответ: V(HCl) =101,3 л; V(H2O) = 385 мл

Пример 3. Рассчитать объем раствора серной кислоты w1(H2S04) = 0,8;

r1 =1,75 г/мл и объем воды, необходимые для приготовления 5 литров раствора w2(H2S04) = 0,2; r2 =1,2 г/мл

Решение: Если заданный раствор готовят разбавлением исходного раствора чистым растворителем, то масса растворенного вещества не меняется (она такая же, что и в исходном растворе), а масса полученного раствора равна сумме масс исходного раствора и добавленного растворителя. С учетом этого запишем исходное расчетное уравнение: w2 (H2S04) = m2 (H2S04)/ m2р–ра = m1(H2S04)/ [m1р–ра + m(H2O)] = 0,2

а) рассчитаем массу серной кислоты для приготовления заданного раствора:

m2(H2S04) = w2(H2S04) × m2рра = 0,2 × 5 × 1,2 = 1,2 кг;

б) рассчитаем массу исходного раствора, в котором содержится 1,2 кг H2S04:

из w1 (H2S04) = m1 (H2S04)/ m1р–ра = 0,8 получим m1р–ра = 1,2:0,8 = 1,5 кг;

в) рассчитаем объем исходного раствора: V1р–ра = m1р–ра/r1 = 1,5/1,75 = 0,86 л;

г) рассчитаем массу и затем объем воды:

m(H2O) = m2рра – m1рра = 5 × 1,2 – 1,5 = 4,5 кг; V(H2O) = 4,5 л

Ответ: V1р–ра = 0,86 л, V(H2O) = 4,5 л

Пример 4. Рассчитать объемное соотношение хлороводорода (н.у.) и воды для приготовления 10% раствора кислоты.

 

Решение: w(HCl) = m(HCl)/ mр–ра = m(HCl)/ [m(HCl) + m(H2O)] = 0,1

а) выразим массу хлороводорода и массу воды через их объемы:

m(HCl) = V(HCl) × M(HCl)/ VM = 36,5 × V(HCl)/22,4 = 1,63 V(HCl)

m(H2O) = V(H2O) × r(H2O) = V(H2O);

б) подставив полученные выражения в исходное уравнение, получим следующее: 1,63 V(HCl)/[1,63 V(HCl) + V(H2O) × 1000] = 0,1; V(HCl)/ V(H2O) = 68/1

Обратите внимание, что в конечном расчетном уравнении необходимо согласовать размерности величин: вследствие того, что объем хлороводорода выражен в литрах, плотность водыr(H2O) = 1000 г/л;

Ответ: V(HCl)/V(H2O) = 68/1

Пример 5. Рассчитать массу ZnSO4 × 7H2O и объем воды, необходимые

для приготовления 2 кг раствора w(ZnSO4) = 0,2

Решение: w(ZnSO4) = m(ZnSO4)/mр–ра = 0,2

а) рассчитаем массу ZnSO4 для приготовления заданного раствора:

m(ZnSO4) = w(ZnSO4) × mр–ра = 2 × 0,2 = 0,4 кг;

б) рассчитаем массу кристаллогидрата, содержащую 0,4 кг ZnSO4 (см. c.12):

m(ZnSO4 * 7H2O) = 0,4 × 287/161 = 0,71 кг;

в) рассчитаем массу и объем воды для приготовления раствора:

m(H2O) = mр–ра– m(ZnSO4 * 7H2O) = 2 – 0,71 = 1,29 кг, V(H2O) = 1,29 л

Ответ: m(ZnSO4 * 7H2O) = 0,71 кг, V(H2O) = 1,29 л

Пример 6. Рассчитать массу и объем хлороводорода, который потребуется растворить в 10 литрах соляной кислоты, w1(HCl) = 0,2 r1 = 1,1 г/мл, для увеличения концентрации до w2(HCl) = 0,36

Решение: Если заданный раствор готовят из менее концентрированного добавлениемчистого вещества Х, то масса полученного раствора и масса растворенного веществаувеличиваются на одну и ту же величину – массу добавленного вещества. (Однако если добавляемое веществокристаллогидрат, то увеличение массы растворенного вещества будет меньше массы кристаллогидратасм. предыдущий пример)

Обозначим: m1 – масса HCl в исходном растворе;

m2 – масса исходного раствора;

m3 – масса добавленного HCl;

w1(HCl) – массовая доля HCl в исходном растворе;

w2(HCl) – массовая доля HCl в полученном растворе;

Тогда w2(HCl) = (m1 + m3)/(m2 + m3), откуда m3 = w2 × m2/(1 – w2),

V(HCl) = m3 × VM/M(HCl)

а) рассчитаем массу исходного раствора: m2 = Vр–ра × ρ р–ра = 10 × 1,1 = 11 кг;

б) рассчитаем массу хлороводорода в исходном растворе:

m1= m2(HCl) × w1(HCl) = 11 × 0,2 = 0,22 кг;

в) рассчитаем массу и объем добавленного HCl:

m3 = (0,36 × 11)/(1 – 0,36) = 6,19 кг

V(HCl) = 6,19 × 1000 × 22,4/36,5 = 3798 л

Ответ: m(HCl) =6,19 кг; V(HCl) = 3789 л

Пример 7. В каком массовом соотношении необходимо взять растворы серной кислоты w1(H2S04) = 0,8 и w2(H2S04) = 0,2 для получения раствора w3(H2S04) = 0,4?

Решение: Эту задачу можно решить подобно примеру 7 с.12:

Из уравнения

w3(H2S04) = m3(H2S04)/ m3рра = m1(H2S04) + m2(H2S04)]/ [m1рра + m2 рра]

можно рассчитать m1р–ра/ m2р–ра.

Покажем, как можно решить эту задачу, применив «правило смешения»

оно легко выводится из уравнения, приведенного выше:

m1р ра/m2 р ра = [w1(H2S04) – w3(H2S04)]/[w3(H2S04) – w2(H2S04) =]

= (0,8 – 0,4)/(0,4 – 0,2) = 2:1

Очевидно, что правило смешения можно применять для решения любых задач типа (I), приведенных ранее.

Ответ:m1р–ра/m2 р–ра = 2:1

 

3.3 Растворыпродукты химических реакций.


Дата добавления: 2015-10-31; просмотров: 146 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Молярная концентрация растворенного вещества или молярность раствора. | Расчет массы (или объема) компонентов для приготовления раствора с заданной молярностью, с(X) | Задачи для самостоятельной работы |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Пересчет массовой доли растворенного вещества в молярность раствора| Все продукты реакции остаются в полученном растворе

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.027 сек.)