§ 4. Растворы как смеси веществ
1. Приведите примеры использования воды как растворителя: а) в быту; б) в медицине.
а) В быту: растворение сахара и поваренной соли (чай, супы, рассолы); газированные напитки (CO2 растворяют в воде при повышенном давлении); приготовление и хранение водных растворов красителей, марганцовки и т. п.
б) В медицине: водные растворы лекарственных веществ (микстуры, растворы для инъекций и инфузий); антисептические водные растворы; физиологический раствор (водный раствор NaCl).
2. Перечислите факторы, которые влияют на растворимость веществ в воде. Приведите соответствующие примеры.
Природа растворителя и растворяемого вещества (полярность, тип связи):
вода — полярный растворитель; хорошо растворяет ионные и полярные вещества (NaCl, NaOH, H2SO4); плохо/не растворяет некоторые вещества: CaCO3 – нерастворим, CaSO4 – малорастворим; H2SiO3 – нерастворима.
Температура: для твердых веществ обычно с повышением температуры растворимость возрастает (пример: KNO3 при 60 °C – 110 г на 100 г воды; сахар лучше растворяется в горячей воде); для газов с повышением температуры растворимость уменьшается (при кипячении воды выделяются пузырьки растворенных газов).
Давление (для газов): с повышением давления растворимость газов возрастает (производство газированных напитков — растворение CO2 под давлением).
3. Запишите формулы веществ: сульфат кальция, нитрат меди(II), фосфат магния, хлорид железа(II), гидроксид натрия, гидроксид железа(II), гидроксид кальция, серная кислота, кремниевая кислота. Распределите указанные вещества по группам: а) растворимые; б) нерастворимые; в) малорастворимые.
Сульфат кальция — CaSO4
Нитрат меди(II) — Cu(NO3)2
Фосфат магния — Mg3(PO4)2
Хлорид железа(II) — FeCl2
Гидроксид натрия — NaOH
Гидроксид железа(II) — Fe(OH)2
Гидроксид кальция — Ca(OH)2
Серная кислота — H2SO4
Кремниевая кислота — H2SiO3
а) Растворимые: NaOH, H2SO4, Cu(NO3)2, FeCl2
б) Нерастворимые: Fe(OH)2, Mg3(PO4)2, H2SiO3
в) Малорастворимые: CaSO4, Ca(OH)2
4. В воде объемом 1 дм3 растворили кислород объемом 0.112 дм3 (н. у.). Определите массу приготовленного раствора.
n(O2) = V/Vm = 0.112 дм3 / 22.4 дм3/моль = 0.005 моль
m(O2) = n · M = 0.005 · 32 г/моль = 0.16 г
m(раствора) = m(воды) + m(O2) = 1000 г + 0.16 г = 1000.16 г.
Ответ: 1000.16 г.
5. Количество теплоты, поглощающейся при разрыве связей между частицами некоторого вещества, больше количества теплоты, которая выделяется при образовании связей между этими частицами и молекулами воды. Исходя из этого, объясните, как протекает процесс растворения данного вещества – с выделением теплоты или с ее поглощением.
С поглощением теплоты (эндотермически). На разрыв связей в исходном веществе тратится больше энергии, чем выделяется при образовании связей с молекулами воды, поэтому суммарный тепловой эффект положителен: раствор и сосуд охлаждаются.
6. Почему процесс выделения газа из газированной воды усиливается при ее нагревании и открывании бутылки?
При нагревании растворимость газов в воде уменьшается, поэтому раствор становится перенасыщенным и газ активнее выходит пузырьками. При открывании бутылки падает давление, а растворимость газов при снижении давления уменьшается, поэтому газ также интенсивнее выделяется. Оба фактора вместе усиливают выход газа.
7. Пользуясь графиком, приведенным на рисунке 14 (с. 31), определите максимальную массу нитрата калия, который можно растворить в воде массой 200 г при температуре 10 °С. Какую максимальную массу хлорида натрия можно растворить в воде такой же массы при данных условиях?
Растворимость нитрата калия (KNO3) составляет 22 г на 100 г воды:
mmax = 22 г ⋅ 200 / 100 = 44 г.
Растворимость хлорида натрия (NaCl) составляет 39.5 г на 100 г воды:
mmax = 39.5 г ⋅ 200 / 100 = 79 г.
Ответ: 44 г; 79 г.
8. Масса раствора хлорида калия была равна 300 г. После полного выпаривания воды из этого раствора образовался сухой остаток массой 40 г. Рассчитайте массу воды в исходном растворе.
m(KCl) = 300 г, после выпаривания воды получен сухой остаток (только растворенное вещество) – 40 г.
Масса воды в исходном растворе = масса раствора − масса растворенного вещества:
300 г − 40 г = 260 г.
Ответ: 260 г.