Stężenia i rozpuszczalność – zadania maturalne z chemii

10
zadań: 22
polecenia: 14
poleceń otwartych z oceną: 1
lekcji interaktywnych

Stężenia roztworów i rozpuszczalność

Miareczkowanie alkacymetryczne — fenoloftaleina — Miareczkowanie alkacymetryczne — *fenoloftaleina*

### Stężenie procentowe i molowe Roztwór to jednorodna mieszanina co najmniej dwóch składników: rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Aby opisać, jak dużo substancji znajduje się w roztworze, używamy różnych stężeń. **Stężenie procentowe** (Cp) określa, ile gramów substancji rozpuszczonej znajduje się w 100 g roztworu: Cp = ms/mr · 100% gdzie ms to masa substancji, a mr to masa roztworu (mr = ms + mw, gdzie mw to masa wody). **Stężenie molowe** (Cm) mówi nam, ile moli substancji rozpuszczonej (n) przypada na 1 dm³ objętości roztworu (Vr): Cm = n/Vr ### Przeliczanie stężeń Aby przejść od stężenia procentowego do molowego (lub odwrotnie), niezbędna jest znajomość gęstości roztworu (d). Wzór łączący te wartości wygląda następująco: Cm = (Cp · d)/(M · 100%) Pamiętaj, by dostosować jednostki – gęstość we wzorze należy wyrazić w g/dm³, podczas gdy w zadaniach często podawana jest w g/cm³. Wtedy 1 g/cm³ = 1000 g/dm³. ### Krzywa rozpuszczalności i krystalizacja Rozpuszczalność określa maksymalną masę substancji (w gramach), jaka może rozpuścić się w danej ilości rozpuszczalnika (zazwyczaj 100 g) w określonej temperaturze. Wykres zależności rozpuszczalności od temperatury to **krzywa rozpuszczalności**. Rozpuszczalność większości soli rośnie wraz z temperaturą. Gdy gorący, nasycony roztwór ulega ochłodzeniu, nadmiar soli, który nie może być już rozpuszczony, wytrąca się w postaci osadu. Ten proces to **krystalizacja**. ### Przykład z rozwiązaniem Rozpuszczalność KNO₃ wynosi 110 g / 100 g H₂O w temp. 60°C oraz 32 g / 100 g H₂O w temp. 20°C. Oblicz masę soli, która wykrystalizuje po ochłodzeniu 420 g nasyconego w 60°C roztworu do 20°C. **Rozwiązanie:** 1. Analiza stanu wyjściowego (60°C): Masa nasyconego roztworu zbudowanego z 100 g wody wynosi 210 g (110 g soli + 100 g wody). Z proporcji układamy masę soli w naszej próbce: 210 g roztworu – 110 g soli 420 g roztworu – x g soli x = 220 g KNO₃. W roztworze jest też 420 - 220 = 200 g wody. 2. Analiza po ochłodzeniu (20°C): W tej temperaturze rozpuszczalność to 32 g na 100 g wody. Skoro w naszej próbce jest stała ilość wody równa 200 g, to może ona w 20°C utrzymać w postaci roztworu 2 · 32 = 64 g soli. 3. Różnica: Miałeś rozpuszczone 220 g soli, teraz woda może utrzymać tylko 64 g. Reszta musi wypaść na dno zlewki: mkrystalizacji = 220 g - 64 g = 156 g.

Zapamiętaj

Stężenie procentowe to masa substancji w 100 g roztworu.
Stężenie molowe to liczba moli substancji w 1 dm³ roztworu.
Do wzoru na przeliczanie stężeń podstawiaj gęstość w [g/dm³].
Krystalizacja z ochłodzenia występuje, gdy rozpuszczalność soli maleje ze spadkiem temperatury.
Masa rozpuszczalnika (wody) podczas krystalizacji z ochładzania (bez odparowania) pozostaje stała.

Typowe błędy

Mylenie gęstości w [g/cm³] z [g/dm³] podczas korzystania ze wzoru łączącego stężenia.
Liczenie stężenia roztworu wodnego poprzez dodawanie objętości - poprawne jedynie, jeśli zaznaczono to wprost (zazwyczaj sumujemy tylko objętości rozcieńczonych roztworów w zadaniach przybliżonych).
Zapominanie, że podczas rozcieńczania roztworu zmienia się jego masa i objętość, ale masa (liczba moli) substancji rozpuszczonej pozostaje stała.

Wymagania podstawy programowej

VII.1.1 Oblicza stężenie procentowe i molowe; przelicza stężenia; wykonuje obliczenia dotyczące rozcieńczania i mieszania roztworów.
VII.1.2 Odczytuje i interpretuje krzywe rozpuszczalności; oblicza masę substancji wykrystalizowanej po ochłodzeniu roztworu.

Przykładowe zadania

Zadanie 1

W tabeli poniżej przedstawiono rozpuszczalność dwóch soli: azotanu(V) potasu (KNO₃) oraz chlorku sodu (NaCl) w wodzie w temperaturze 20°C i 60°C. | Substancja | Rozpuszczalność w 20°C (g/100 g H₂O) | Rozpuszczalność w 60°C (g/100 g H₂O) | |---|---|---| | KNO₃ | 32 | 110 | | NaCl | 36 | 37 |

1.1 Przygotowano 420 g nasyconego w temperaturze 60°C roztworu azotanu(V) potasu. Następnie roztwór ten ochłodzono do temperatury 20°C. Oblicz masę soli, która wykrystalizowała z roztworu po jego ochłodzeniu. Wynik podaj w gramach. (2 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: W 60°C: 110 g KNO₃ na 210 g roztworu, więc 420 g roztworu zawiera 220 g soli i 200 g wody. W 20°C w 200 g wody rozpuszcza się 2 · 32 = 64 g soli. Wykrystalizuje 220 − 64 = 156 g KNO₃.
Z tabeli wynika, że w 60°C 110 g KNO₃ rozpuszcza się w 100 g wody, tworząc 210 g roztworu. Przygotowano 420 g roztworu, więc zawierał on 220 g soli i 200 g wody. W 20°C 200 g wody może rozpuścić maksymalnie 2 * 32 g = 64 g soli. Wykrystalizuje: 220 g - 64 g = 156 g.
1.2 Oceń prawdziwość poniższych zdań na podstawie danych z tabeli. (1 pkt)
- 1. Rozpuszczalność azotanu(V) potasu w wodzie zależy w większym stopniu od temperatury niż rozpuszczalność chlorku sodu. (P/F)
- 2. Ogrzanie nasyconego w temperaturze 20°C roztworu chlorku sodu do temperatury 60°C spowoduje wydzielenie się kryształów soli. (P/F)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: 1 – P, 2 – F
Rozpuszczalność KNO₃ silnie zależy od temperatury (różnica wynosi 78 g na 100 g wody), podczas gdy rozpuszczalność NaCl jest niemal stała (wzrost zaledwie o 1 g). Ogrzanie roztworu nasyconego NaCl nie spowoduje krystalizacji; wprost przeciwnie, roztwór stanie się nienasycony.

Zadanie 2

Stężony roztwór kwasu siarkowego(VI) (H₂SO₄) dostępny w laboratoriach to ciecz o stężeniu procentowym 96% masowych i gęstości równej 1,84 g/cm³. Masa molowa H₂SO₄ wynosi 98 g/mol.

2.1 Oblicz stężenie molowe tego roztworu kwasu siarkowego(VI). Wynik podaj z dokładnością do jednego miejsca po przecinku. (2 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Dla 1 dm³ roztworu: m(roztworu) = 1000 cm³ · 1,84 g/cm³ = 1840 g; m(H₂SO₄) = 0,96 · 1840 = 1766,4 g; n = 1766,4/98 = 18,02 mol; c ≈ 18,0 mol/dm³.
Zastosowanie wzoru przeliczeniowego: Cm = (Cp * d) / (M * 100%). Pamiętając o zamianie gęstości z g/cm³ na g/dm³ (1,84 g/cm³ = 1840 g/dm³), otrzymujemy Cm = (96 * 1840) / (98 * 100) ≈ 18,0 mol/dm³.
2.2 Aby z roztworu o stężeniu 96% i gęstości 1,84 g/cm³ sporządzić 1 dm³ roztworu o mniejszym stężeniu, należy posłużyć się szkłem miarowym przeznaczonym do precyzyjnego odmierzania objętości cieczy i sporządzania roztworów. Podaj nazwę tego naczynia laboratoryjnego: ___. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: kolba pomiarowa
Do precyzyjnego sporządzania roztworów o określonym stężeniu i objętości używa się kolb miarowych.

Ćwicz ten dział z oceną – Premium Załóż darmowe konto