О.С.ГАБРИЕЛЯН, Т.Н.ПОПКОВА,
Г.А.СИВКОВА, С.А.СЛАДКОВ

Вода в нашей жизни

Учебно-методическое пособие к элективному курсу
для 9 класса основной школы или 10–11 классов
базового уровня средней школы

Продолжение. Начало см. в № 3, 4, 5, 6, 7/2009

§ 5. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Цель. Расширить и закрепить навыки в решении расчетных задач на способы выражения концентрации растворов, в том числе, если данное растворяемое вещество содержится в виде кристаллогидрата.

Форма занятия. Семинар по решению расчетных задач.

При выполнении заданий данного урока продолжается формирование навыков в решении задач по теме «Растворы, вычисление массовой доли растворенного вещества». Наличие кристаллизационной воды приходится учитывать при расчетах, связанных с приготовлением растворов.

В содержании задач представлен материал, имеющий значение в количественном анализе, агрохимической, медицинской практике. При решении ученики знакомятся с некоторыми профессиями и специальностями, связанными с практическим применением знаний по химии.

Показатели, которые количественно характеризуют степень разбавленности или, наоборот, «крепкости» растворов, – соотношение растворенного вещества и растворителя – выражаются следующими способами.

1) Массовая доля – отношение (обычно процентное) массы растворенного вещества к массе раствора рассчитывается по следующей формуле:

Например, 15%-й раствор хлорида натрия – это такой раствор, в 100 единицах массы которого содержится 15 единиц массы NaCl и 85 единиц массы воды.

2) Молярная концентрация, или молярность – отношение количества растворенного вещества (моль) к объему раствора. Молярность обозначается с_м или после численного значения ставится буква М. Вычисления проводят по формуле:

с_м =  моль/л.

Так, обозначение 2М Н₂SO₄ показывает, что в одном литре раствора содержится 2 моль серной кислоты.

Первые представления о расчетах концентраций растворов были получены в 8-м классе при изучении темы «Массовая и объемная доли компонентов смеси (раствора)».

Для повторения и закрепления этого материала предлагается домашняя контрольная работа – задачи разного уровня сложности. Их содержание отражает некоторые аспекты практической деятельности человека.

Задача 1. В лаборатории органического синтеза для осушки растворителя необходимо применить безводный сульфат меди(II). Вычислите, сколько данной соли содержится в 5 г медного купороса (CuSO₄•5H₂O).

О т в е т. 3,2 г безводного сульфата меди.

Задача 2. В агротехнической практике для обработки смородины против тли используют водный раствор медного купороса (CuSO₄•5H₂O). Какую массу медного купороса предстоит растворить в 1,5 л воды, чтобы получить 5%-й раствор сульфата меди?

О т в е т. 127 г медного купороса.

Задача 3. Химик-аналитик растворил кристаллогидрат сульфата цинка массой 5,38 г в 92 мл воды и получил раствор с массовой долей 3,3 %. Какое заключение он сделал о составе кристаллогидрата?

О т в е т. Кристаллогидрат имеет состав ZnSO₄•6Н₂О.

Задача 4. В агротехнической практике для борьбы с фитофторозом растений применяется раствор медного купороса. После сбора урожая и удаления ботвы с грядок рекомендуется обработать землю 1,5%-м (в расчете на безводную соль) раствором сульфата меди(II). Какую массу кристаллогидрата состава СuSO₄•5Н₂О следует взять агрохимику для приготовления 100 л такого раствора? Плотность 1,5%-го раствора СuSO₄ равна 1,014 г/мл.

О т в е т. 2,376 кг СuSO₄•5Н₂О.

Задача 5. Какие массы медного купороса и раствора сульфата меди с массовой долей 30 % следует взять для приготовления 400 мл 50%-го раствора СuSO₄ плотностью 1,2 г/мл?

О т в е т. 282,4 г СuSO₄•5Н₂О; 197,6 г раствора СuSO₄.

Задача 6. В 1630 г. немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер изучал свойства воды минерального источника вблизи Нойштадта и выделил соль – кристаллогидрат сульфата натрия состава Na₂SO₄•10H₂O. Это вещество было названо «глауберова соль», оно оказалось хорошим слабительным средством. Кроме того, кристаллогидрат сульфата натрия в большом количестве применяется в стекловарении. Рассчитайте массу воды и безводного сульфата натрия, содержащихся в 322 кг Na₂SO₄•10H₂O (крист.).

О т в е т. 180 кг воды и 142 кг Na₂SO₄.

Задача 7. В каком объеме следует растворить ZnSO₄•7Н₂О массой 100 г, чтобы получить раствор сульфата цинка с массовой долей, равной 1 %?

О т в е т. 5,5 л воды.

Задача 8. В какой массе 5%-го раствора карбоната натрия надо растворить 100 г кристаллической соды (Na₂CO₃•10H₂O) для получения раствора с массовой долей карбоната натрия, равной 15 %?

О т в е т. 220 г раствора.

Задача 9. Рассчитайте массу медного купороса (СuSO₄•5Н₂О), при добавлении которого к 270 г воды можно получить раствор сульфата меди с массовой долей 10 %.

О т в е т. 50 г СuSO₄•5Н₂О.

Задача 10. Сколько граммов кристаллической соды – кристаллогидрата карбоната натрия (Na₂CO₃•10H₂O) необходимо добавить к 100 мл 7%-го раствора карбоната натрия, плотность которого 1,07 г/мл, чтобы получить 14%-й раствор?

О т в е т. 32,5 г Na₂CO₃•10H₂O.

Задача 11. Предложен новый метод хранения яблок. Перед укладкой на зимнее хранение их погружают на несколько секунд в раствор хлорида кальция. Вычислите массовую долю (%) соли в растворе, если на приготовление его расходуется 800 г воды и 1,5 г хлорида кальция.

О т в е т. = 0,19 %.

Задача 12. В медицинской аптечке всегда должен находиться спиртовой раствор йода, который используется для обработки поверхности вокруг ран в целях дезинфекции. Какие массы спирта и йода необходимы для приготовления 300 г раствора с массовой долей йода 5 %?

О т в е т. 285 г спирта, 15 г йода.

Задача 13. Для приготовления компота из ягод растворили сахар массой 2 кг в воде объемом 5 л. Найдите массовую долю (%) сахара в этом сиропе.

О т в е т. = 28,6 %.

Задача 14. Аммиачная селитра (нитрат аммония) является эффективным азотным удобрением для растений. Рассчитайте массы нитрата аммония и воды, необходимые для приготовления 2 кг раствора с массовой долей NH₄NO₃, равной 1 %. Раствор данной концентрации рекомендован для полива комнатных растений.

О т в е т. 20 г NH₄NO₃, 1980 г воды.

Задача 15. Какие массы соли и воды необходимы для приготовления 500 г 0,9%-го раствора хлорида натрия? Такой раствор называют физиологическим, его используют в медицине. Вычислите, сколько граммов соли вводится в организм при вливании 400 г физиологического раствора.

О т в е т. 4,5 г NaCl, 495,5 г воды; вводится 3,6 г NaCl.

Задача 16. В щелочных аккумуляторах применяется раствор гидроксида калия. При 20 °С для приготовления 500 мл такого раствора использовано 133 г гидроксида калия и 470 мл воды. Определите плотность полученного раствора и массовую долю в нем гидроксида калия.

О т в е т. Плотность – 1,206 г/мл, = 22 %.

Задача 17. В медицинской практике для промывания ран и полоскания горла применяется 0,5%-й раствор перманганата калия. Какой объем насыщенного раствора, содержащего 6,4 г этой соли в 100 г воды (плотность равна 1 г/мл), и объем чистой воды необходимо взять для приготовления 1 л 0,5%-го раствора плотностью 1 г/мл?

О т в е т. 78 мл насыщенного раствора, 922 мл воды.

Задача 18. Уксусная эссенция – 80%-й раствор уксусной кислоты в воде. Какой объем этой эссенции и чистой воды необходимо отмерить для приготовления 200 мл 3%-го раствора уксуса, применяемого в качестве приправы к пище? Плотность эссенции равна 1,07 г/мл, плотность 3%-го раствора составляет 1 г/мл.

О т в е т. 7 мл уксусной эссенции и 192,5 мл воды.

Задача 19. Для засолки огурцов используют 7%-й водный раствор поваренной соли. При такой концентрации подавляется жизнедеятельность болезнетворных микробов и плесневых грибков, но не нарушаются процессы молочнокислого брожения. Рассчитайте массу соли и объем воды для приготовления 5 л 7%-го раствора хлорида натрия, если его плотность равна 1,048 г/мл. Вычислите молярную концентрацию соли в этом растворе.

О т в е т. 367 г соли и 4873 мл воды.
Молярная концентрация 1,26 М.

Задача 20. Народная пословица гласит: «Весной ведро воды – ложка грязи, осенью ложка воды – ведро грязи». Поясните, какова массовая доля грязи в указанные сезоны, приняв массу ведра воды и грязи соответственно за 8 кг и за 10 кг, столовую ложку воды – 20 г, а грязи – 24 г.

О т в е т. Весной = 0,3 %, осенью – 99,8 %.

Разумеется, на протяжении двух часов все задачи могут быть решены только в группах с сильным составом учащихся, поэтому учитель сам определяет, какие задачи решать в каждой конкретной группе. Поскольку домашние задания при изучении элективного курса – добровольное дело учащихся, то и следующие задачи рекомендуем предложить только тем, кто изъявит желание их решить.

Аналогично предлагается и домашняя контрольная работа.

Задачи на дом

Задача 1. В медицинской практике для промывания ран в целях дезинфекции и полоскания горла применяют 0,5%-й раствор перманганата калия. Какой объем 1М раствора и чистой воды необходимо взять для приготовления 1 л 0,5%-го раствора ( = 1 г/см³).

О т в е т. 31,65 мл KМnО₄; 968,35 мл воды.

Задача 2. Для засолки огурцов используют 7%-й раствор поваренной соли. Сколько миллилитров 25%-го раствора соли и чистой воды надо взять для приготовления 200 мл раствора для засолки? Плотность 25%-го раствора составляет 1,24 г/мл, плотность 7%-го раствора – 1,048 г/мл.

О т в е т. 47,3 мл 25%-го раствора и 151,1 мл воды.

Задача 3. Для нейтрализации щелочи, попавшей в глаза, применяют 2%-й раствор борной кислоты (Н₃ВО₃). Сколько граммов насыщенного раствора, содержащего 4,7 % этой кислоты, понадобится для приготовления 0,5 л 2%-го раствора? Рассчитайте молярную концентрацию полученного раствора. Плотности растворов составляют 1 г/мл.

О т в е т. 213 г раствора; 0,32 моль/л.

Задача 4. Определите молярную концентрацию хлорида натрия в 24%-м его растворе, который применяется для выделки кож, если плотность раствора равна 1,18 г/см³.

О т в е т. 4,925 моль/л.

Задача 5. Для подкормки комнатных цветов калийным удобрением к 2М раствору KСl объемом 40 мл (плотность 1,09 г/см³) прилили воду массой 200 г. Определите молярную концентрацию полученного раствора и массовую долю хлорида калия в нем, если плотность полученного раствора равна 1,015 г/см³.

О т в е т. 2,5 %; 0,33 моль/л.

 

Домашняя контрольная работа
«Физические и химические свойства воды»

Вариант 1

1. Укажите свойства воды, которые относятся к аномальным, и поясните их.

2. Напишите уравнения реакций, протекающих при взаимодействии воды со следующими веществами: а) барием; б) оксидом азота(IV).

3. Дополните схемы, запишите уравнения реакций и назовите продукты:

а) ? + Н₂О —> LiОН + ?,

б) SО₂ + ? —> H₂SО₃.

4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

5. К 800 мл 15%-го раствора серной кислоты ( = 1,1 г/мл) прибавили 120 г воды. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

О т в е т. 13,2 %.

Вариант 2

1. Существует ли тяжелая вода в природе и в чем ее отличие от обычной воды?

2. Напишите уравнения реакций, протекающих при взаимодействии воды со следующими веществами: а) литием; б) оксидом серы(VI).

3. Дополните схемы, запишите уравнения реакций, назовите конечные продукты:

а) ? + Н₂О —> H₃PO₄,

б) СаО + ? —> Са(ОН)₂.

4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

5. Рассчитайте объемы воды и 20%-го раствора гидроксида натрия ( = 1,225 г/мл), необходимые для приготовления 400 г 10%-го раствора гидроксида натрия.

О т в е т. 200 мл воды; 163,3 мл 20 %-го раствора NaOH.

Вариант 3

1. Запишите схему ассоциации воды, укажите степени окисления.

2. Приведите уравнения реакций, протекающих при взаимодействии воды со следующими веществами: а) цинком; б) оксидом кальция.

3. Дополните схемы, запишите уравнения реакций, назовите продукты реакций:

а) ? + Н₂О —> KОН + ?,

б) СО₂ + ? —> K₂СО₃ + ?.

4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

5. Какую массу 18%-го раствора поваренной соли необходимо добавить к 460 г воды, чтобы получить 15%-й раствор соли?

О т в е т. 2300 г.

Вариант 4

1. Напишите не менее трех формул кристаллогидратов, приведите соответствующие пояснения.

2. Приведите уравнения реакций, протекающих при взаимодействии воды со следующими веществами: а) калием; б) оксидом фосфора(V).

3. По данным схемам запишите уравнения реакций, назовите продукты реакций:

а) ? + Н₂О —> NаОН + ?,

б) MgО + ? —> MgСl₂ + ?.

4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

5. Вычислите массы бромида натрия и воды, которые необходимы для приготовления 600 мл 6%-го раствора бромида натрия (=1,039 г/мл).

О т в е т. 586 г H₂O и 37,4 г бромида натрия.

Печатается с продолжением