Как решать задачи на растворимость веществ

Что означает число растворимости

Если растворимость соли при 20 °C равна 40 г на 100 г воды, то 100 г воды могут удержать не больше 40 г этой соли. Насыщенный раствор содержит 40 г соли и 100 г воды, его общая масса равна 140 г. Растворимость не равна массовой доле.

Для массы воды m(воды) максимальная масса растворённого вещества равна S·m(воды)/100, где S обозначает растворимость. Массовая доля вещества в насыщенном растворе равна S/(100 + S), если S задана в граммах на 100 г воды.

При изменении температуры используйте два значения S. Сначала определите неизменную массу воды. Затем найдите, сколько вещества было растворено до охлаждения и сколько может остаться после него. Разность масс даст массу безводного вещества, выпавшего в осадок.

• прочитать S при нужной температуре
• выделить массу воды
• пересчитать на реальную массу воды
• найти массу насыщенного раствора
• сравнить начальную и конечную растворимость
• проверить материальный баланс

Пример 1: приготовить насыщенный раствор

Растворимость вещества при 25 °C равна 40 г на 100 г воды. Взяли 250 г воды. Максимальная масса вещества составит 40·250/100 = 100 г. Масса насыщенного раствора равна 250 + 100 = 350 г.

Массовая доля вещества равна 100/350 = 2/7, или около 28,6%. Проверка через общую формулу: 40/(100 + 40) = 40/140 = 2/7. Оба способа дают одинаковый результат.

Пример 2: кристаллизация при охлаждении

Растворимость соли равна 60 г на 100 г воды при 80 °C и 20 г при 20 °C. Охладили 300 г горячего насыщенного раствора. В исходной смеси на 160 г раствора приходится 100 г воды, поэтому масса воды равна 300·100/160 = 187,5 г.

Изначально растворено 300 − 187,5 = 112,5 г соли. При 20 °C в 187,5 г воды останется 20·187,5/100 = 37,5 г. Выпадет 112,5 − 37,5 = 75 г кристаллов. Проверка баланса: 187,5 г воды + 37,5 г соли в растворе + 75 г осадка = 300 г.

Как читать график растворимости

Найдите температуру на горизонтальной оси, поднимитесь до кривой вещества и прочитайте S на вертикальной оси. Точка ниже кривой соответствует ненасыщенному раствору. Точка на кривой соответствует насыщенному, а состояние выше кривой без выпадения осадка возможно как пересыщенный раствор.

Не переносите значение с соседней кривой и учитывайте масштаб делений. Если график даёт приблизительное S, округляйте только в конце решения. Для газов рост температуры часто уменьшает растворимость, поэтому нельзя автоматически считать все кривые возрастающими.

Особые случаи, ошибки и чек-лист

При испарении воды её масса уменьшается, а масса нелетучей соли до кристаллизации сохраняется. При добавлении воды меняется знаменатель массовой доли. Если выпадает кристаллогидрат, кристаллы уносят и соль, и кристаллизационную воду; простой расчёт разности растворимостей уже недостаточен.

Не делите массу всего раствора на 100 вместо массы воды. Не вычитайте значения S напрямую, пока не пересчитали их на одну массу воды. В конце сложите массу оставшегося раствора, осадка и удалённой воды, если она испарялась.

• S относится к 100 г воды
• температура выбрана верно
• масса воды найдена отдельно
• осадок не содержит воду без указания гидрата
• сумма масс совпадает с исходной