Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 61.

Kategoria: Stężenia roztworów Rozpuszczalność substancji Typ: Oblicz

W czterech zlewkach przygotowano w temperaturze 293 K po 100 g roztworów czterech soli o stężeniu 10% masowych. Następnie do każdej zlewki dosypano po 10 g tych samych soli, utrzymując temperaturę 293 K – zgodnie z poniższym rysunkiem.

Rozpuszczalność tych soli w wodzie w temperaturze 293 K podano w poniższej tabeli.


Substancja	BaCl₂	KCl	Na₂SO₄	NaNO₃
Rozpuszczalność, g w 100 g wody	35,74	34,03	19,23	87,27

Na podstawie: J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2008, s. 222.

a)	Dla zlewek I, II i III wykonaj obliczenia i podaj numery tych zlewek, w których otrzymano roztwory nienasycone.

b)	Oblicz stężenie (wyrażone w procentach masowych) roztworu, który otrzymano w zlewce oznaczonej numerem IV.

Rozwiązanie

(0-1)

Przykład poprawnej odpowiedzi Obliczenie zawartości substancji rozpuszczonej w 90 g wody w roztworze o stężeniu 10%:
100 g 10% roztworu zawiera 10 g substancji i 90 g wody.
Dodano 10 g substancji, masa substancji w 90 g wody wynosi 20 g.
Sprawdzenie rozpuszczalności soli w 90 g wody:

35,7 g
x

⸺
⸺

100 g wody
90 g

x = 32,13 g BaCl₂
Powstał roztwór nienasycony.

34,03 g
y

⸺
⸺

100 g wody
90 g

y = 30,63 g KCl
Powstał roztwór nienasycony.

19,23 g
z

⸺
⸺

100 g wody
90 g

z = 17,3 g Na₂SO₄
Powstał roztwór nasycony w równowadze z osadem.

Roztwór nienasycony powstał w zlewkach o numerach I i II.

(0-1)

Przykład poprawnej odpowiedzi

Dane:
c_p1 = 10%
m_r1 = 100 g
m_s2 = 10 g

Szukane:
c_p2

Rozwiązanie:
100 g 10% roztworu zawiera 10 g substancji

m_s1 = 10 g
m_s3 = m_s1 + m_s2 = 10 g + 10 g = 20 g
m_r2 = m_r1 + m_s2 = 100 g + 10 g = 110 g

c_p = 20 g110 g 100% = 18,18%

Odpowiedź: Stężenie procentowe roztworu wynosi 18,18%.

Wskazówki

Do rozwiązania tej części zadania warto przypomnieć znaczenie pojęć: rozpuszczalność, roztwór nasycony, roztwór nienasycony. Rozpuszczalność jest to liczba gramów substancji, jaka może się rozpuścić w 100 g rozpuszczalnika (najczęściej rozpuszczalnikiem jest woda). Roztwór nasycony zawiera maksymalną ilość substancji rozpuszczonej w danej temperaturze, a roztwór nienasycony zawiera mniej substancji, niż w danej temperaturze może się rozpuścić. Mając daną masę roztworu i jego stężenie procentowe, należy obliczyć masę substancji i masę wody: w 100 g roztworu o stężeniu 10% znajduje się 10 g substancji i 90 g wody. Do każdego roztworu dodano 10 g substancji, więc całkowita masa soli w każdej zlewce wynosi 20 g. Teraz należy sprawdzić, czy w przypadku każdej z trzech soli, których roztwory znajdują się w zlewkach I–III, 20 g danej soli rozpuści się w 90 g wody w temperaturze 293 K. Trzeba tu wykorzystać dane o rozpuszczalności soli zestawione w tabeli. Należy obliczyć, ile gramów każdej soli rozpuści się w 90 g wody w temperaturze 293 K. Można to zrobić na przykład poprzez proporcję. Obliczenia pozwalają na ustalenie, w których zlewkach otrzymano roztwory nienasycone. Będą to zlewki numer I, II. W zlewce III ilość dodanej substancji przekroczyła wartość jej rozpuszczalności, powstał roztwór nasycony w równowadze z osadem.

Obliczenie stężenia procentowego roztworu wymaga znajomości masy substancji rozpuszczonej i masy roztworu. W zlewce IV znajdowało się 100 g roztworu azotanu(V) potasu o stężeniu procentowym c_p1 = 10%. Na tej podstawie można obliczyć masę substancji, która wynosi 10 g. Do tego roztworu dodano 10 g substancji, łączna masa substancji wynosi więc 20 g (suma mas substancji), a masa roztworu to 110 g (suma masy roztworu i masy dodanej substancji). Mając te wartości, można obliczyć stężenie procentowe roztworu azotanu(V) sodu, jako stosunek masy substancji do masy roztworu wyrażony w procentach. Tak obliczone stężenie roztworu wynosi 18,18%.