Практическая работа 1, страница 44 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

Практическая работа 1

Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества

Цель работы: познакомиться со способом приготовления раствора с заданной массовой долей растворенного вещества; закрепить знания о количественном выражении состава растворов; повторить основные правила поведения и работы в химической лаборатории.

Оборудование и реактивы: весы и разновесы, мерный цилиндр, колба; вода, вещества, указанные в карточках с заданиями (по выбору учителя).

Соблюдайте правила безопасного поведения!

Выполнение работы

Получите карточку с заданием, внимательно прочитайте ее содержание.

Задание 1. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества.

а) Рассчитайте массы вещества и воды, необходимые для приготовления раствора с заданной массой и массовой долей растворенного вещества.

б) Взвесьте вещество и аккуратно внесите его в колбу.

в) Отмерьте мерным цилиндром нужный объем воды, ориентируясь по нижнему мениску жидкости. Поскольку плотность воды равна $1 \; г/см^{3}$, то объем воды ($см^{3}$) численно равен ее массе.

г) Отмеренную порцию воды прилейте в колбу с веществом и перемешайте до его полного растворения.

Задание 2. Разбавление приготовленного раствора.

а) Отмерьте мерным цилиндром воду объемом $30 \; см^{3}$ (это будет $30 \; г$) и прилейте ее к ранее приготовленному раствору. Увеличилась или уменьшилась при этом массовая доля растворенного вещества в растворе?

б) Рассчитайте массовую долю растворенного вещества в растворе после его разбавления.

Задание 3. Увеличение массовой доли растворенного вещества.

а) Взвесьте дополнительную порцию вещества.

б) Аккуратно внесите ее в колбу с ранее приготовленным раствором.

Содержимое колбы перемешайте до полного растворения добавленного вещества. Как изменилась массовая доля вещества в растворе?

Подтвердите ваше утверждение расчетом.

Поскольку в условии задачи отсутствуют конкретные численные значения (масса раствора, массовая доля, тип вещества, масса добавляемых компонентов), для выполнения расчетов примем следующие допущения. Будем готовить водный раствор хлорида натрия ($NaCl$). Для Задания 1 приготовим 150 г 10% раствора. Для Задания 2 к полученному раствору добавим 30 см³ воды. Для Задания 3 к разбавленному раствору добавим 10 г хлорида натрия.

Задание 1. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества.

а) Рассчитайте массы вещества и воды, необходимые для приготовления раствора с заданной массой и массовой долей растворенного вещества.

Дано:

$m_{р-ра1} = 150 \text{ г}$

$\omega_1 = 10\%$

Перевод данных в систему СИ:

$m_{р-ра1} = 150 \text{ г} = 0.15 \text{ кг}$

Найти:

$m_{в-ва1}$ - ?

$m_{воды1}$ - ?

Решение:

Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) вычисляется по формуле: $\omega = \frac{m_{в-ва}}{m_{р-ра}}$.

Отсюда масса растворенного вещества: $m_{в-ва} = m_{р-ра} \times \omega$. Для расчетов массовую долю следует выразить в долях единицы: $10\% = 0.1$.

Найдем массу вещества (хлорида натрия):

$m_{в-ва1} = 0.15 \text{ кг} \times 0.1 = 0.015 \text{ кг}$.

Масса раствора равна сумме масс растворителя (воды) и растворенного вещества: $m_{р-ра} = m_{воды} + m_{в-ва}$.

Отсюда найдем массу воды: $m_{воды} = m_{р-ра} - m_{в-ва}$.

$m_{воды1} = 0.15 \text{ кг} - 0.015 \text{ кг} = 0.135 \text{ кг}$.

Ответ: для приготовления 150 г 10% раствора необходимо взять 0.015 кг (15 г) вещества и 0.135 кг (135 г) воды.

Задание 2. Разбавление приготовленного раствора.

а) Отмерьте мерным цилиндром воду объемом 30 см³ (это будет 30 г) и прилейте ее к ранее приготовленному раствору. Увеличилась или уменьшилась при этом массовая доля растворенного вещества в растворе?

При добавлении к раствору чистого растворителя (в данном случае воды) масса растворенного вещества не изменяется, а общая масса раствора увеличивается. Согласно формуле массовой доли $\omega = \frac{m_{в-ва}}{m_{р-ра}}$, при постоянном числителе ($m_{в-ва}$) и увеличении знаменателя ($m_{р-ра}$) значение дроби уменьшается.

Ответ: массовая доля растворенного вещества в растворе уменьшилась.

б) Рассчитайте массовую долю растворенного вещества в растворе после его разбавления.

Дано:

$m_{р-ра1} = 150 \text{ г}$ (масса исходного раствора)

$m_{в-ва1} = 15 \text{ г}$ (масса вещества в исходном растворе)

$V_{добав. воды} = 30 \text{ см³}$ (объем добавленной воды)

$\rho_{воды} = 1 \text{ г/см³}$ (плотность воды)

Перевод данных в систему СИ:

$m_{р-ра1} = 0.15 \text{ кг}$

$m_{в-ва1} = 0.015 \text{ кг}$

$V_{добав. воды} = 30 \text{ см³} = 30 \times 10^{-6} \text{ м³} = 3 \times 10^{-5} \text{ м³}$

$\rho_{воды} = 1 \text{ г/см³} = 1000 \text{ кг/м³}$

Найти:

$\omega_2$ - ?

Решение:

Сначала найдем массу добавленной воды по формуле $m = V \times \rho$:

$m_{добав. воды} = 3 \times 10^{-5} \text{ м³} \times 1000 \text{ кг/м³} = 0.03 \text{ кг}$.

Масса вещества в растворе после разбавления не изменилась: $m_{в-ва2} = m_{в-ва1} = 0.015 \text{ кг}$.

Новая масса раствора равна сумме массы исходного раствора и массы добавленной воды: $m_{р-ра2} = m_{р-ра1} + m_{добав. воды}$.

$m_{р-ра2} = 0.15 \text{ кг} + 0.03 \text{ кг} = 0.18 \text{ кг}$.

Теперь рассчитаем новую массовую долю: $\omega_2 = \frac{m_{в-ва2}}{m_{р-ра2}}$.

$\omega_2 = \frac{0.015 \text{ кг}}{0.18 \text{ кг}} \approx 0.0833$.

Выразим массовую долю в процентах: $0.0833 \times 100\% \approx 8.33\%$.

Ответ: массовая доля растворенного вещества после разбавления составила 8.33%.

Задание 3. Увеличение массовой доли растворенного вещества.

а) Взвесьте дополнительную порцию вещества.

Для выполнения расчета предположим, что была взвешена дополнительная порция вещества (хлорида натрия) массой 10 г.

б) Аккуратно внесите ее в колбу с ранее приготовленным раствором. Содержимое колбы перемешайте до полного растворения добавленного вещества. Как изменилась массовая доля вещества в растворе? Подтвердите ваше утверждение расчетом.

При добавлении в раствор дополнительной порции растворенного вещества увеличивается как масса самого вещества (числитель в формуле), так и общая масса раствора (знаменатель). Так как к массе раствора добавляется та же величина, что и к массе вещества, относительный прирост числителя оказывается больше, чем знаменателя, поэтому массовая доля вещества увеличивается.

Подтвердим это расчетом.

Дано:

$m_{р-ра2} = 180 \text{ г}$ (масса раствора до добавления вещества)

$m_{в-ва2} = 15 \text{ г}$ (масса вещества в этом растворе)

$m_{добав. в-ва} = 10 \text{ г}$ (масса добавленного вещества)

Перевод данных в систему СИ:

$m_{р-ра2} = 0.18 \text{ кг}$

$m_{в-ва2} = 0.015 \text{ кг}$

$m_{добав. в-ва} = 0.01 \text{ кг}$

Найти:

$\omega_3$ - ?

Решение:

Найдем новую общую массу растворенного вещества: $m_{в-ва3} = m_{в-ва2} + m_{добав. в-ва}$.

$m_{в-ва3} = 0.015 \text{ кг} + 0.01 \text{ кг} = 0.025 \text{ кг}$.

Найдем новую общую массу раствора: $m_{р-ра3} = m_{р-ра2} + m_{добав. в-ва}$.

$m_{р-ра3} = 0.18 \text{ кг} + 0.01 \text{ кг} = 0.19 \text{ кг}$.

Рассчитаем конечную массовую долю вещества: $\omega_3 = \frac{m_{в-ва3}}{m_{р-ра3}}$.

$\omega_3 = \frac{0.025 \text{ кг}}{0.19 \text{ кг}} \approx 0.1316$.

Выразим массовую долю в процентах: $0.1316 \times 100\% \approx 13.16\%$.

Ответ: массовая доля вещества в растворе увеличилась и составила 13.16%.