 |
Тема 1. Способы выражения концентрации растворов.
|
|
|
|
Предисловие.
Будучи огорчен качеством преподавания химии в РНИИМУ, и тем более, способом последующего контроля качества образования – тестами, я решил оказать посильную помощь студентам в сдаче оных. Пособие представляет собой краткую, насколько возможно, инструкцию, как минимально загрузив голову таки сдать этот окаянный тест. Я исследовал большое их количество, обобщил результаты.
Тема специфична. Требуются навыки счёта, желательно в уме, но можно и на калькуляторе, главное быстро. Поскольку навыки счёта у студента РНИМУ, как правило, прокачаны плохо, будет сложно. Дорогой любитель химии, обрати пристальнейшее внимание на введение. Приведенные формулы желательно выучить. Не то, чтобы они такие уж необходимые, просто так намного легче решить тест. Вначале я изложил основную концепцию, дальше разобрал кучу примеров. Примеры были мной разделены на разновидности, в соотвествии моими представлениями о типах задач. На каждый вид вопросов я постарался дать ответ, в меру научный, чтобы все-таки не слишком уйти от своих химических корней, но и достаточно ясный, чтобы он мог быть воспринят среднестатистическим студентом. Теперь я представляю свой труд для использования широкой общественностью, надеюсь, моё творение сможет послужить к чьей-нибудь пользе.
Конечно, многим хотелось бы иметь готовые ответы и не париться. Думаю, что за годы работы eois общественность накопила некоторый объем ответов, он постепенно совершенствуется, доля верных ответов растет, уже в 2016 она была больше 70%. Однако, в отношении химии мне это кажется неудачным путем. Объясню, почему такое желание глупо. Во-первых, вопросов большое количество, и они, как назло, очень похожи. Это делает трудным списывание с правильных ответов, и, одновременно, делает тесты уязвимыми к методичкам вот такого плана, с разбором вопросов на группы и злой иронией по этому поводу. Во-вторых, некоторые персонажи, как Карина, например, почему-то борются со списыванием, что делает этот процесс не самым простым трюком. А глядя на всё это глобально, по-моему, все же лучше что-то понимать и мыслить, чем списывать.
|
|
|
Заранее благодарен за адекватные комментарии, дополнения и исправления к тексту. Текст создан исключительно из гуманных соображений и распространяется безвозмездно.
Удачи, ни пуха, ни пера, дорогие любители химии.
Алексей «Леша-химик» Федоров,
11.08.2017.
Тема 1. Способы выражения концентрации растворов.
Введение:
Договоримся об основных понятиях.
Раствор — система, состоящая из растворенного вещества и растворителя.
Растворенным веществом может быть что угодно (соль, сахар, мочевина, кислота, щелочь и так далее).
Растворителем всегда будет вода. Следует отличать растворитель и растворенное вещество! У них разные массы и моли, да и вообще, это разные вещества.
Тест по этой теме по большей части состоит из задач. Для успешной сдачи теста требуется:
1) Уметь читать и понимать (!) условия задач. Это самое сложное, как нам кажется.
2) Знать формулы, понимать, что означают буквы в них
3) Уметь математику. Запасите калькулятор. Успокойтесь, дышите глубже.
Еще раз, схематично и в виде метафоры, пример.
| Рассчитайте количество хуиты, происходящей в вашей никчёмной жизни если известно, что ВКонтакте 100500 тупых мемов, при этом у вас 10 анатомии. |
| Это условия, из них извлечем цифры |
| Ху = ВК * Ат |
| Это формула. В этом примере она от балды, дальше будут реальные |
| Это дано. В школе учили так писать. Сейчас это не обязательно, но помогает понять, что происходит |
| ВК = 100500 тупых мемов Ат = 10 анатомий Ху—? |
| Рассчитайте количество хуиты, происходящей в вашей никчемной жизни, если известно, что вконтакте 100500 тупых мемов, при этом у вас 10 анатомии. |
|
|
|
| Ху = 100500*10 = 1005000 хуиты |
| ВК = 100500 тупых мемов Ат = 10 анатомий Ху—? Ху = ВК * Ат |
| Ху = 100500*10 = 1005000 хуиты |
| Это расчёты и ответ, чего и требуется |
| Ху = 100500*10 = 1005000 хуиты |
| Ху = 100500*10 = 1005000 хуиты |
| Это расчёты и ответ, чего и требуется |
| Ху = 100500*10 = 1005000 хуиты |
| Это расчёты и ответ, чего и требуется |
1. Массовая доля
Здесь ω – массовая доля в %
mрастворенное вещество — масса растворенного вещества, в граммах
mраствор — масса раствора (неожиданно, правда?), в граммах
100% = 100
Формула имеет вариацию
mвода — масса воды (ух, какая неожиданность), в граммах.
2. Молярная концентрация
Здесь с — молярная концентрация (также называется молярность), выраженная в моль/литр. Может использоваться обозначение М, например с = 0,01 моль/л, то же самое, что с = 0,01 М (читать как молярность равна 0,01 моль на литр).
n — количество молей растворенного вещества, выраженное в моль.
V — объем раствора, выраженный в литрах. Внимание! Должны быть именно литры. Если в условиях даны миллилитры, то надо переводить. Для этого цифру в мл делят на 1000, например 500 мл = 0,5 литра.
3. Моляльность
Здесь b — моляльность, выраженная в моль/кг
n — количество моль растворенного вещества
mвода — масса воды (ух, какая неожиданность еще раз), в килограммах. Внимание! Именно килограммы, если даны граммы, то нужно переводить. Перевод аналогичен мл-литры.
4. Олдскул
Разговор о формулах будет неполным, если мы не приведем еще школьные формулы, а то вдруг кто-то не помнит.
Моли через массу
Здесь n — количество молей, моль
m — масса любого вещества, в граммах. Обычно имеется в виду растворенное вещество.
M — молярная масса этого же вещества
Моли через объем (внимание! Только для газов)
|
|
|
Здесь n — количество молей, моль
V — объем газа, в литрах. Внимание! Только объем газа! Объем раствора не вставлять!!!
Vm — молярный объем, 22,4 литра/моль, константа, короче.
Масса раствора через объем и плотность
Здесь mраствор — масса раствора (неожиданно, правда?), в граммах.
V — объем раствора в мл.
ρ — плотность, в граммах/мл., эта странная загогулина читается как буква «ро».
Преобразования
Отдельно рассмотрим вопрос, что делать, когда из формулы надо что-то выразить. Например, из формулы 
надо выразить V. В таком случае нам кажется удобным использовать способ, предложенный одной блондинкой. Мысленно заменим буквы на цифры 6, 3 и 2: 
. Ведь 6 делить на 3 равно 2, же есть? Чтобы выразить 3, очевидно надо 6 делить на 2: 
, а теперь, убрав цифры, вернемся к цивильному виду: 
.
Типичные вопросы:
1. Задачи с массовой долей.
1.1. Посчитать массовую долю если даны массы веществ.
Пример:
Легкий пример…
Как с этим бороться:
В одно действие. Читаем и понимаем условие. Нужно понять, что нам даны гидроксид калия как растворенное вещество, масса его mрастворенное вещество=25 грамм и mвода=175 грамм. Ищем ω. Затем подбираем такую формулу, чтобы данные подходили. Это будет
,
хернем туда цифры, получится 
= 12,5%
Как и обещано, требовалось понять условие (по нашим наблюдениям, это самое сложное), подобрать формулу и считнуть числеца.
1.2. Масса по массовой доле.
Пример:
Немного сложнее.
Как с этим бороться:
В одно действие. Читаем условие, понимаем, что дано: ω=8% и mвода=920 грамм. Хотят mрастворенное вещество. Подбираем формулу
Хернем в неё известные цифры и получим…
…ах ты ж ёбанный ты нахуй, и как это решать? Как бы два неизвестных (хотя нет, одно и то же), какая-то хуйня с процентами. От % избавимся сокращением на 100%:
Дальше можно по-разному, проще всего перебором. Вставляем каждый из вариантов, пока не получим равенство, верно будет D:
1.3. Массовая доля / масса, если даны масса, объем и плотность.
Пример:
.
Как с этим бороться:
Почти аналогично прошлой задаче, но надо использовать плотность. Как обычно, читаем условия, понимаем их и видим, что дано ω=9%, V=1000 мл, ρ =1,1 г/мл, хотят m растворенного вещества. Для формулы с ω не хватает массы раствора, ищем её:
|
|
|
Дальше, как в прошлой задаче, формула:
Цифры в неё:
Сократим на 100%:
Ну и, допустим, подбор, и подходит 99 грамм, это А.
1.4. Массовая доля и моли
Пример:
И еще немного сложнее.
Как с этим бороться:
В два действия, строго по формулам. Читаем условия, понимаем, что дано: n=0,5 моль (растворенного вещества), mраствор=200 грамм. Удачно есть М=98 грамм/моль – молярная масса. Хотят ω-?. Подбираем формулу для ω:
Однако, неприятность, m растворенного вещества чёт не дано. Зато есть n, применим её. Их связывает вот такая формула:
Применив блондиночные преобразования, получим:
Дальше возвращаемся к первой формуле, бахнем цифры туда:
1.5. Массовая доля и разбавление
Пример:
Наиболее сложная разновидность.
Как с этим бороться:
Сложная разновидность, прямое применение формул не вполне канает, следует немного подумать мозгом верхней головы. Осторожно, дальше читать опасно. Расчеты надо вести с учётом, что есть два разных состояния: до добавления воды и после добавления воды. Их надо различить. Снова прочтём и поймем условие: даны ωдо добавления, mраствор до добавления и mвода, но не та, которая в растворе, а та, которую к раствору собираются добавить. Хотят ωпосле добавления. Решается в два действия. Подбираем формулу:
Тут, однако, фиг чё посчитаешь. Поэтому ну её нафиг. Массы растворённого вещества же нет. Тогда берем эту же формулу еще раз, но
Хернем сюда цифры
выражаем 
например, сокращаем на 100%:
Итого, 
Теперь можно вернуться к первой формуле. При добавлении 90 г. воды масса растворенного вещества не менялась, но масса раствора увеличилась на 90 грамм. Хернем цифр в формулу:
Примечание. Для любознательных химиков можем рекомендовать несложный эксперимент. Возьмите 10 грамм водки, там как раз 40% спирта. Залейте туда 90 грамм воды. Получится, согласно расчетам, 4% раствор спирта, то есть почти пиво, а на самом деле какое-то говно, пить невкусно, не надо было так делать, только продукт перевели, блин, химики, тоже мне.
2. Задачи с молярной концентрацией.
2.1. Молярная концентрация и моли
Пример:
Лёгкая разновидность.
Как с этим бороться:
В одно действие. Читаем условие, понимаем, что есть n=0,2 моль и V=250 мл, хотят c-? Оно ищется в одну формулу, вот эту:
Не нужны преобразования, посторонние действия, красота. Только нужно объем из мл. перевести в л. 250 мл = 0,25 л, и тогда
|
|
|
2.2. Молярная концентрация и объем растворённого газа
Пример:
Внимание, подводные грабли.
Как с этим бороться:
Бывает, что растворённое вещество — газ. Тогда в задаче есть два объема. Один — объем жидкого раствора, а второй — объем газообразного растворенного газа. Их не надо путать, разные числа. Задачи такого типа видно по примечанию (н.у.). Читаем задачу, видим, что дан V=500 мл это раствор, с=0,4М, просят найти объем бромоводорода. Несложно Сложно сообразить, что бромоводород — газообразное растворенное вещество. Задача решается в два действия. Объем газов, напомню, встречался только в
Но чтобы ей пользоваться, нужно n, его нет, но можно добыть из:
Используя блондиночные преобразования, получим (объем из 500 мл. переводим в 0,5 л):
Возвращаемся к первой формуле, применим блондиночные преобразования к ней также, чтобы добыть V
Задача может быть обратной, дан объем газа, найти молярную концентрацию.
2.3. Молярная концентрация и масса
Пример:
Аналог прошлой задачи, даже легче.
Как с этим бороться:
Аналогично прошлому примеру, но вместо объема будет масса. Из условия понимаем, что массу, пожалуй, проще будет найти через
Молярная масса как раз есть, а моли щас найдем, как в прошлом примере через
Снова применим блондиночные преобразования (400 мл = 0,4 л)
Вернемся к первой формуле, преобразуем и вставим цифры:
Также возможна обратная задача.
3. Задачи про моляльность.
3.1. Моляльность
Пример:
...
Как с этим бороться: Чет не нашёл. Посчитать моляльность по формуле.
.
3.2. Моляльность и масса
Пример:
Аналог прошлых задач с чуть другой формулой.
Как с этим бороться:
Как и в предыдущих задачах, читаем и понимаем условие. Из него видно, что b=0.4 моль/кг, mвода = 2 кг, М=120 г/моль. Предлагают найти m растворенного вещества. Проще использовать формулу
Для неё нужно n, которое может быть получено из формулы моляльности.
Преобразуем
Возвращаемся к первой формуле, преобразуем, подставляем
4. Вопросы без расчетов.
4.1. Вопросы про размерность
Пример:
Такие дела.
Как с этим бороться:
Масса — килограммы или граммы.
Объем — литры или милилитры
Плотность — г/мл
Количество вещества — моли
Массовая доля — доли единицы или % или ‰ или мг%
Молярная концентрация — моль/л или М, бывает и ммоль/л.
Моляльность — моль/кг
Массовая концентрация – г/л
4.2. Разная теоретическая фигня.
Пример:
Мда.
Как с этим бороться:
Затруднительно. Плохо поддается какой бы то ни было классификации, поэтому приведем то, что встретилось нам. Растворы — однородные гомогенные системы. Растворимость газов и твёрдых зависит от природы вещества и растворителя, температуры, наличия других растворенных веществ и, для газов еще от давления. Не зависит от объема или массы воды, массы тв., объема газа. При растворении газов — выделение теплоты. Растворимость газов — литр/литр воды, растворимость тв. — моль/литр или г/литр. Массовая доля — масса на 100 гр. раствора. Молярная концентрация — количество моль на 1 литр раствора. Моляльность — количество моль на 1 кг растворителя (не раствора). Растворимость газов увеличивается при увеличении давления.
4.3. Формульные вопросы
Пример:
Как с этим бороться:
Это просто те же формулы, что и в начале текста, из них надо выбрать правильную. Формулы могут быть даны в преобразованном виде. Начало формулы написано не как буква, а как текст. Знаками (Х) смущаться не нужно, (Х) — обозначение растворенного вещества в таких вопросах, например m(Х) читается как масса растворенного вещества. В примере просят подобрать формулу для n, количество молей. n входит в формулы
или 
В первой n выражено уже, и вроде В подходит, а вот нет, масса и молярная должны быть одного вещества, в В же написано m(р-р)/M(вещества), то есть это не то. Из второй формулы n=c*V, значит верно D. Такие дела.
4.4. Ряды
Пример:
Как с этим бороться:
Дьявольское порождение изощренного разума. Для ответов следует произвести некие преобразования, далеко не такие простые, как блондиночные. Но не стоит унывать, преобразования мы уже произвели за вас, и теперь предлагаем их итоги. В каждом таком вопросе нужно установить зависимость между молярной массой и одной из концентраций. Зависимости:
А) чем ↑молярная масса, тем ↑массовая доля при постоянном количестве вещества
Б) чем ↑молярная масса, тем ↓молярная концентрация при постоянной массе растворенного
В) чем ↑молярная масса, тем ↓моляльность при постоянной массе растворенного
Короче, если нужно расположить в порядке уменьшения молярной концентрации, то располагают в порядке увеличения молярной массы: Li<Na<K<Rb, таблица Менделеева в помощь. Если нужен порядок возрастания молярной концентрации — соответственно наоборот, в порядке убывания молярной массы.
Спасибо за внимание
|
|
|
