Общие представления о растворимости
Растворимость – это способность вещества растворяться в данном растворителе (например, в воде) при заданных условиях.
Растворимость зависит от химической природы вещества и условий, при которых это вещество растворяется. Наряду с понятием растворимости существует также понятие “насыщенный раствор”.
Насыщенный раствор – это раствор, в котором для заданной температуре вещество больше не будет растворяться.
В задачах растворимость рассматривается, как свойство насыщенного раствора, а именно какая максимальная масса вещества способна полностью раствориться в 100 г растворителя. Например: растворимость поваренной соли NaCl составляет 36 г на 100 г воды. То есть максимальная масса NaCl, которая может раствориться в 100 г воды равна 36 г.
Зависимость растворимости от температуры
Как известно, в горячих растворах растворимость вещества улучшается, а в холодных ухудшается. Если мы возьмем одну порцию поваренной соли NaCl и растворим ее в воде при температуре 50°С, а другую порцию при 20°С, то в первом случае растворимость вещества будет много больше, чем во втором случае.
Вывод: растворимость вещества прямо пропорционально зависит от температуры, при которой это вещество растворяют в заданном растворителе.
Рассмотрим основные типы задач на растворимость:
- Задачи на базовые понятия явления растворимости (задание 26)
Эти задачи включают в себя определение массовой доли вещества, исходя из данных о его растворимости в воде, а также определение количества вещества для приготовления его насыщенного раствора при определенных условиях.
- Задачи на сложный расчет на основе явления растворимости: определение массы осадка при уменьшении температуры насыщенного раствора, исходя из базовых представлений о растворимости вещества.
Разберем 1 тип на примере задачи из варианта ЕГЭ
- Определите растворимость сульфата меди (II) при 20°С, если в 500г насыщенного раствора соли содержится 102,5 вещества. Ответ округлите до сотых.
Решение: растворимость измеряется в граммах вещества на 100 г воды. Тогда решение задачи сводится к тому, что нужно определить, какая максимальная масса вещества растворяется в 100 г воды.
Для этого нужно составить пропорцию, где х г вещества растворяется в 100 г воды, а 102,5 г вещества в (500-102,5) г воды.
| Х г вещества – 100 г воды 102,5 г вещества – (500-102,5) г воды |
Х=25,78г – это максимальная масса соли, которая растворяется в 100 г воды.
Ответ: 25,78
2. Насыщенный раствор йодида калия, приготовленный при 20°С (растворимость соли при этих условиях 144,5г на 100 г воды) охладили до 0°С и выпало 16,7г осадка. Вычислите массовую долю соли в растворе. Ответ округлите до десятых.
Решение:
1) Находим массу раствора при начальных условиях:
m(соли)+m(воды)=144,5+100=244,5 г
Из раствора данной массы при охлаждении выпадает 16,7 г осадка, т.е. раствор теряет эту массу:
2)масса раствора после охлаждения:
244,5-16,7=227,8 г
| Получается насыщенный раствор йодида калия при 0°С. Так как раствор теряет массу за счет выпадения в осадок соли, то масса воды у нас прежняя: |
3) масса соли в растворе после охлаждения:
227,8-100= 127,8 г
4) массовая доля соли после охлаждения:
W(соли)=m(соли)/m(р-ра)*100%=127,8/227,8*100%=56,1%
Ответ: 56,1
Теперь перейдем ко 2 типу задач, а именно 34 задачи ЕГЭ на растворимость.
1. Растворимость сульфата железа (II) при 20°С 30,4 г, а при 100°С – 76 г на 100 г воды. Приготовили насыщенный при 100°С раствор, добавив необходимое количество соли к 60 г воды, затем охладили его до 20°С, при этом в осадок выпал железный купорос. Вычислите массу раствора после охлаждения.
Решение:
В большинстве случаев при охлаждении насыщенных растворов солей в осадок выпадают их кристаллогидраты, что усложняет задачу. Чтобы ее решить, составим таблицу:
Первая таблица описывает раствор соли при 100°С:
| 100°С | соль | вода | раствор |
| справочные данные | 76 | 100 | 176 |
| условие задачи | m | 60 | 60+m |
Исходя из данных таблицы найдем массу соли с помощью пропорции:
m(соли) – 60 г воды
76 г соли – 100 г воды
m(соли) =45,6 г
Записываем данные в таблицу:
| 100°С | соль | вода | раствор |
| справочные данные | 76 | 100 | 176 |
| условие задачи | 45,6 | 60 | 60+45,6=105,6 |
Найдена масса приготовленного раствора
Чтобы описать раствор после охлаждения, составим вторую таблицу для 20°С:
| 20°С | соль | вода | раствор |
| справочные данные | 30,4 | 100 | 130,4 |
| условие задачи | 45,6-m(соли) | 60-m(воды) | 105,6-m(крист) |
| Так как в осадок после охлаждения раствора выпадает кристаллогидрат, то раствор уменьшается в массе за счет кристаллизации соли и уменьшения массы воды, которая “уходит” в кристаллогидрат. Поэтому в столбце “соль” мы записываем потерю массы чистой соли, а в столбец “раствор” потерю массы за счет выделения кристаллогидрата. |
Вода также теряет массу за счет потери молекул воды, выделенных на кристаллизацию кристаллогидрата.
В таблице 3 неизвестных величины, поэтому использовать пропорцию мы не сможем. Но все эти величины связаны между собой следующим образом:
| (кристаллизация из раствора) FeSO4+7H2O=FeSO4*7H2O |
Пусть n(соли)=n(крист)=x моль, тогда m(соли)=152x г, а m(крист)=278x г. То есть соль и кристаллогидрат связаны за счет равного количества молей.
| 20°С | соль | вода | раствор |
| справочные данные | 30,4 | 100 | 130,4 |
| условие задачи | 45,6-152x | 60-m(воды) | 105,6-278x |
Теперь у нас одна неизвестная величина x. Составляем пропорцию на основе данных 2 и 4 столбца таблицы:
30,4 г соли – 130,4 г раствора
45,6-152x г соли – 105,6-278x г раствора
x=0,24 моль, m(р-ра)=38,7 г
