Главная · 8 класс · Тема 3.4. Растворы
8 класс · тема 3.4

Растворы: растворимость и массовая доля

Растворы — это то, с чем мы сталкиваемся каждый день: чай, морская вода, аптечный раствор. Узнаем, что такое растворимость, как отличить насыщенный раствор от ненасыщенного и как посчитать, сколько соли и воды нужно взять, чтобы получился нужный раствор.

1. Что такое раствор

Мы уже знаем из темы 1.2, что смеси бывают однородные и неоднородные. Раствор — это однородная смесь. Если посмотреть на него, не увидишь ни крупинок, ни капель другого вещества — всё выглядит одинаково.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Раствор — это однородная смесь двух или более веществ, где одно вещество распределено в другом в виде молекул или ионов.

Растворённое вещество

То, что растворяют. Обычно его меньше по массе (соль, сахар, кислота).

Растворитель

То, в чём растворяют. Обычно его больше (вода, спирт). В школьных задачах растворитель — почти всегда вода.

Раствор соли в воде однородный: не видно частиц соли, они распались на молекулы и ионы
Молекулы соли (фиолетовые точки) равномерно распределены между молекулами воды — раствор выглядит однородным.

2. Растворимость

Не любое вещество можно растворить в любом количестве. Если сыпать соль в стакан воды и размешивать, то в какой-то момент она перестанет растворяться — останется лежать на дне. Это значит, что раствор стал насыщенным.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Растворимость — это максимальная масса вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя (обычно воды) при данной температуре.

Растворимость измеряется в граммах на 100 г воды (г/100 г H₂O). У каждого вещества она своя, и она очень сильно зависит от температуры.

Три группы веществ по растворимости

Хорошо растворимые

Растворяются в больших количествах: > 10 г в 100 г воды.

Сахар, соль NaCl, сода, медный купорос, KNO₃.

Малорастворимые

Растворяются плохо: 0,01 – 1 г в 100 г воды.

Гипс CaSO₄, гашёная известь Ca(OH)₂.

Практически нерастворимые

Почти не растворяются: < 0,01 г в 100 г воды.

Мел CaCO₃, стекло, песок, золото.

От чего зависит растворимость

От температуры

У большинства твёрдых веществ растворимость растёт с ростом температуры. Горячей водой растворяют больше сахара, соли.

Исключение: у газов — наоборот. Горячая вода хуже держит растворённый газ, поэтому в тёплой газировке пузырьков меньше, чем в холодной.

От природы вещества

Полярные вещества (соли, сахара) хорошо растворяются в полярных растворителях (вода). Неполярные (масло, бензин) — в неполярных.

«Подобное растворяется в подобном» — старое правило химиков.

Насыщенный, ненасыщенный, пересыщенный

Ненасыщенный можно ещё растворить Насыщенный излишек на дне Пересыщенный веществ больше нормы
Пересыщенный раствор получают, охлаждая горячий насыщенный раствор — вещества в нём больше, чем должно быть при этой температуре. Он нестабилен: если бросить кристаллик, всё вещество выпадет в осадок.

Жизненный пример

Варенье. В горячий сироп добавляют много сахара — он весь растворяется. Когда варенье остывает, часть сахара «выпадает» обратно кристаллами. Иногда такие кристаллики сахара появляются на дне банки. Это как раз пересыщенный раствор, который вернулся в стабильное состояние.

3. Массовая доля растворённого вещества

Теперь — центральная формула темы. Мы уже встречались с массовой долей в теме 3.1, когда считали, какую часть массы молекулы занимает элемент. Здесь идея похожая, но другое «целое»: всё, что налито в стакан.

Массовая доля растворённого вещества показывает, какую часть от общей массы раствора составляет растворённое вещество. Обозначается ω (омега).

ω = m(вещества) / m(раствора)

Как складывается масса раствора

Тут главное не запутаться. Масса раствора — это сумма:

m(раствора) = m(вещества) + m(растворителя)

Например, если растворили 20 г соли в 180 г воды, то масса раствора = 20 + 180 = 200 г. И ω = 20 / 200 = 0,1 = 10 %.

20 г соль + 180 г вода = 200 г раствор ω(соли) = 20 / 200 = 0,1 = 10 %
Массу раствора всегда получают сложением: масса растворённого вещества + масса растворителя.

Три формы записи

Доля

ω = 0,1

Доля от целого, от 0 до 1.

Проценты

ω = 10 %

Умножили долю на 100.

Словесное описание

«10-процентный раствор»

Так пишут на аптечных упаковках.

Три обратные формулы

Из основной формулы легко выразить всё, что угодно:

Что найтиФормулаПример
массовую долю ωω = m(в-ва) / m(р-ра)10 г соли в 90 г р-ра → 0,111 = 11,1 %
массу веществаm(в-ва) = ω · m(р-ра)ω = 0,2 в 150 г р-ра → 30 г в-ва
массу раствораm(р-ра) = m(в-ва) / ω40 г в-ва при ω = 0,4 → 100 г р-ра

Круговая диаграмма состава

Массовую долю удобно изображать сектором круга: весь круг — 100 % раствора, закрашенная часть — доля вещества.

5 % аптечный раствор 10 % физраствор 30 % крепкий рассол
Чем больше закрашенная часть, тем концентрированнее раствор.

4. Калькулятор растворов

Три сценария, которые чаще всего встречаются в задачах. Выбери, что знаешь, — калькулятор посчитает остальное.

А. Найти массовую долю

Дано: масса вещества и масса раствора (или воды отдельно).

Б. Сколько вещества нужно для раствора

Дано: нужная масса раствора и его концентрация.

В. Разбавление (добавили воду)

Было: раствор известной массы и концентрации. Долили воду. Какая стала концентрация?

5. Разобранные примеры

Пример 1. Найти массовую долю

В 100 г воды растворили 25 г соли. Какова массовая доля соли в растворе?

Шаг 1. Находим массу раствора: m(р-ра) = 25 + 100 = 125 г.
Шаг 2. Считаем долю: ω = 25 / 125 = 0,2 = 20 %.
Ответ: 20 %.

Пример 2. Найти массу вещества

Сколько граммов соли нужно для приготовления 250 г 8-процентного раствора?

Шаг 1. Переводим проценты в долю: ω = 8 % = 0,08.
Шаг 2. m(в-ва) = ω · m(р-ра) = 0,08 · 250 = 20 г.
Шаг 3. Проверим: воды нужно 250 − 20 = 230 г.
Ответ: 20 г соли и 230 г воды.

Пример 3. Найти массу воды для раствора

Дано 40 г сахара. Сколько воды нужно, чтобы получился 16-процентный раствор?

Шаг 1. ω = 0,16. m(р-ра) = 40 / 0,16 = 250 г.
Шаг 2. m(воды) = 250 − 40 = 210 г.
Ответ: 210 г воды (то есть примерно 210 мл).

Пример 4. Разбавление водой

К 200 г 20-процентного раствора добавили 100 г воды. Какой стала концентрация?

Шаг 1. Находим массу вещества в исходном растворе: m(в-ва) = 0,2 · 200 = 40 г. Оно никуда не делось — мы же просто долили воду.
Шаг 2. Новая масса раствора: 200 + 100 = 300 г.
Шаг 3. Новая доля: ω = 40 / 300 ≈ 0,133 = 13,3 %.
Ответ: концентрация уменьшилась до 13,3 %. При разбавлении масса вещества не меняется, а масса раствора растёт — поэтому доля падает.

Пример 5. Выпаривание воды

Из 300 г 10-процентного раствора выпарили 100 г воды. Какая стала концентрация?

Шаг 1. Масса вещества: 0,1 · 300 = 30 г. Она не изменилась — вода испарилась, соль осталась.
Шаг 2. Новая масса раствора: 300 − 100 = 200 г.
Шаг 3. Новая доля: ω = 30 / 200 = 0,15 = 15 %.
Ответ: 15 %. При выпаривании доля растёт: масса вещества та же, а раствора меньше.

Пример 6. Смешивание двух растворов

Смешали 100 г 10 % и 200 г 25 % растворов соли. Какова концентрация полученного раствора?

Шаг 1. Масса вещества в первом растворе: 0,1 · 100 = 10 г.
Шаг 2. Масса вещества во втором растворе: 0,25 · 200 = 50 г.
Шаг 3. Общая масса вещества: 10 + 50 = 60 г. Общая масса раствора: 100 + 200 = 300 г.
Шаг 4. ω = 60 / 300 = 0,2 = 20 %.
Ответ: 20 %. При смешивании складываем и массы растворов, и массы растворённых веществ.

Пример 7. Через массу раствора

К 150 г 12-процентного раствора добавили ещё 30 г той же соли. Какая стала концентрация?

Шаг 1. Было соли: 0,12 · 150 = 18 г. Добавили 30 г, стало 48 г.
Шаг 2. Стала масса раствора: 150 + 30 = 180 г.
Шаг 3. ω = 48 / 180 ≈ 0,267 = 26,7 %.
Ответ: ≈ 26,7 %. Когда добавляют вещество, растут и масса вещества, и масса раствора.

6. Частые ошибки

1. Путают массу раствора и массу растворителя. Если в задаче сказано «в 100 г воды растворили 20 г соли», масса раствора = 120 г, а не 100 г.
2. Забывают переводить проценты в долю. 20 % = 0,2. Делить на 100 — обязательно!
3. В задачах на разбавление делят массу вещества на новую массу раствора, но забывают прибавить к массе раствора долитую воду. Масса вещества не меняется, а масса раствора — да.
4. При смешивании растворов складывают концентрации и делят на два. Это неверно! Складывают массы вещества и массы растворов, а потом уже делят. Иначе получится чепуха.
5. Забывают про единицы. ω — без единиц (или в %). Массы — в граммах. Если в задаче даны кг или мл, нужно перевести.
6. Путают массовую долю элемента в веществе (тема 3.1) и массовую долю вещества в растворе (эта тема). Обе обозначаются ω, но это разные вещи!

7. Что запомнить

1. Раствор = растворённое вещество + растворитель. Это однородная смесь.
2. Растворимость — максимум вещества в 100 г воды при данной температуре (г/100 г).
3. Насыщенный — когда больше не растворяется. Ненасыщенный — можно ещё растворить.
4. Массовая доля: ω = m(вещества) / m(раствора).
5. Масса раствора = масса вещества + масса воды.
6. При разбавлении и выпаривании масса вещества не меняется. Меняется только масса раствора.

8. Проверь себя

16 вопросов. В одних — выбрать вариант, в других — ввести число. Проценты пиши числом без знака %, доли — десятичной дробью.

Что-то осталось непонятным?

Разберём тему один на один: отработаем расчёты растворов и порешаем задачи с разбавлением и смешиванием.

Записаться на занятие