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溶解度质量分数物质的量浓度的计算和换算

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发表于 2016-6-30 16:24:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
溶解度质量分数物质的量浓度的计算和换算
  一、知识概要
  (一)有关溶解度的计算
  在一定温度下的饱和溶液中,溶质、溶剂、溶液间有一定量的关系。由此可进行以下计算:
  (1)根据饱和溶液溶质、溶剂的量推算溶解度;(2)根据溶解度求算饱和溶液所含的溶剂和溶质量;(3)根据溶解度求算饱和溶液在蒸发掉一定量溶剂后析出的结晶量;(4)由于物质在不同温度下溶解度不同,可以根据不同温度下的溶解度求算出一定量饱和溶液由于温度改变(或同时有溶剂量改变),析出结晶的量。(5)饱和溶液中溶解度与溶质的质量分数的换算。
  一定温度下,某饱和溶液溶质的溶解度:

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  解题时要熟练运用下列比列关系:饱和溶液中

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  (二)有关质量分数、物质的量浓度的计算
  有关质量分数的计算比较简单,但注意两点:一是含结晶水化合物的浓度均按无水物含量计算;二是有些溶质溶解后与水发生了反应,其不能直接按原物质的量表示,如SO3、Na2O2溶于水,溶液浓度按H2SO4、NaOH含量计算。
  与物质的量浓度有关的计算有:(1)配制一定物质的量浓度所需溶质、溶剂量或浓溶液稀释用量的计算;(2)根据所溶溶质的量求算物质的量浓度、离子物质的量浓度;(3)物质的量浓度与质量分数的换算。
  二、例题分析
  例1已知某饱和氯化钠溶液体积为VmL溶液密度为dg/cm3,质量分数为w%,物质的量浓度为Cmol/L,溶液中含NaCl的质量为mg。
  (1)用w表示在该温度下NaCl的溶解度是____。
  (2)用m、V表示溶液的物质的量浓度是____。
  (3)用w、d表示溶液的物质的量浓度是____。
  (4)用c、d表示溶液的质量分数是____。
  解析:本题没有给出具体数值,只给出抽象符号。
  解题关键是:一要准确把握饱和溶液溶解度、质量分数的本质区别和相互联系,二要理解密度是质量分数与物质的量浓度相互换算的桥梁。
  (1)要求把饱和溶液的质量分数换算为溶解度:

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  (2)要求用VmL溶液中的溶质质量m来表示物质的量浓度:

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  (3)要求把质量分数(W%)换算为物质的量浓度:

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  (4)要求把物质的量浓度换算为质量分数,实质是(3)小题的逆运算:

  例2用Na2SO3和硫粉在水溶液中加热反应,可制得Na2S2O3。10℃和70℃时,Na2S2O3在100g水中的溶解度分别为60.0g和212g。常温下,从溶液中析出的晶体是Na2S2O3·5H2O。Na2S2O3在酸性溶液中立即完全分解:Na2S2O3+2HCl=S↓+SO2↑+H2O+2NaCl。现取15.1gNa2SO3,溶于80.0mL水,另取5.00g硫粉,用少许乙醇润湿后(以便硫能被水浸润),加到上述溶液中。用小火加热至微沸,反应约1h后过滤。滤液在100℃经蒸发、浓缩、冷却至10℃后析出Na2S2O3·5H2O晶体。
  (1)若加入的硫粉不用乙醇润湿,对反应的影响是______。(填写选项字母)
  A.会降低反应速率B.需要提高反应温度
  C.将增大反应体系的pHD.会减少产量
  (2)反应1h后过滤,其目的是_______。
  (3)滤液中除Na2S2O3和可能未反应完全的Na2SO3外,最可能存在的无机杂质是_______。它是由_______产生的。如果滤液中该杂质的含量不很低,其检测的方法是:______。
  (4)设Na2SO3跟硫粉完全反应,当将滤液蒸发浓缩后,冷却至70℃,溶液的体积约30mL,该溶液是否达到饱和?试通过计算说明(70℃时,Na2S2O3饱和溶液的密度为1.17g/cm3)。
  (5)若要计算在100℃下将溶液蒸发至体积为30.0mL,再冷却至10℃时所能得到的Na2S2O3·5H2O的质量,你认为_______。(填写一个选项的字母)
  A.前面提供的数据已经足够
  B.还需要提供100℃时溶液的密度(1.14g/cm3)
  C.还需要提供结晶后剩余溶液的体积(10.0mL)
  (6)根据第(5)小题你的选择(如选A则直接计算,如选B或C则可选用其数据),计算从10℃,30.0mL溶液中结晶而出的Na2S2O3·5H2O的质量。
  解析:(1)硫不溶于水,微溶于酒精。题给信息“用乙醇润湿后的硫能被水浸润”,若不用乙醇润湿硫粉,则硫必然与水溶液中的Na2SO3“接触不良”而降低反应速率,并会减少产量,答案应选A、D。
  (2)Na2SO3+S=Na2S2O3
  n(S)=5/32=0.16(mol),
  n(Na2SO3)=15.1/126=0.12(mol)
  硫粉过量。反应1h后过滤,其目的是除去过量的硫粉。
  (3)由于Na2SO3不稳定,在敞开容器中于100℃溶液中保持沸腾下反应长达1h,很容易被空气氧化成Na2SO4。

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  都不溶于水,但BaSO3溶于酸而BaSO4不溶于酸,加稀HCl即可检测出。

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  S,再加BaCl2溶液。
  (4)(解法一)计算生成的Na2S2O3在70℃时饱和溶液应有的体积,将它跟题设30mL相比较。
  若反应得到的Na2S2O3在70℃时配成饱和溶液,其体积为x,则

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  因23.8mL<30mL所以蒸发后的溶液尚未达到饱和。
  (解法二)计算70℃时30mL饱和溶液中应含Na2S2O3的质量,将它跟反应得到的Na2S2O3的质量相比较。
  若该溶液是饱和溶液,其所含Na2S2O3的质量为x,则

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  18.9g<24g,溶液尚未达到饱和。
  (5)前题中已知生成的Na2S2O3的质量为18.9g,如果要求得10℃时30mL溶液所析出的Na2S2O3·5H2O的质量,还应该知道溶液中水的质量,而溶液中水的质量=溶液质量-Na2S2O3的质量,溶液的质量=溶液的体积(30mL)×溶液的密度。因此,还需要知道100℃时溶液的密度,应选B项。
  (6)设反应得到的Na2S2O3·5H2O的质量为x,则x中Na2S2O3

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  溶液中水的质量=30×1.14-18.9=15.3(g)
  根据10℃时的溶解度,析出晶体后的溶液一定是饱和溶液,则有

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  解得:x=23.2(g)
  三、练习与检测
  1.t℃时,Na2CO3的溶解度为Ag,现有饱和Na2CO3溶液(100+A)g,其溶质的质量分数为a%,向溶液中投入无水Na2CO3固体Ag,静置后析出少量晶体(Na2CO3·10H2O),加水使晶体全部溶解,所得溶液仍为饱和溶液,加入的水是[]

  A.100gB.(100+A)g

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  2.有X、Y、Z三种盐,已知:
  (1)25℃时,X饱和溶液其溶质质量分数为15%;
  (2)25℃时,在100g质量分数为10%的Y溶液中加入5gY(无水盐)后,恰好达到饱和;
  (3)25℃时,将一定量Z溶液蒸发掉5.75g水再恢复到25℃,或保持在25℃向其中加入6.3gZ的结晶水合物(Z·9H2O,摩尔质量=240),都恰好形成饱和溶液。
  则25℃时,X、Y、Z的溶解度(指无水盐)大小顺序正确的是[]
  A.X>Y>ZB.Z>Y>X
  C.Y>Z>XD.Z>X>Y
  3.取50mL2mol/L的硫酸溶液,跟6.5g金属锌充分反应,加热蒸发16.2g水,并冷却至10℃时,可析出ZnSO4·7H2O多少克(10℃时ZnSO4溶解度为32g,硫酸密度1.12g/cm3)?
  4.A、B两种化合物的溶解度曲线如下图所示,现要用结晶法从A、B混合物中提取A(不考虑A、B共存时,对各自溶解度的影响)
  (1)取50g混合物,将它溶于100g热水,然后冷却至20℃。若要使A析出而B不析出,则混合物中B的质量分数(B%)最高不能超过多少?(写出推理及计算过程)
  (2)取Wg混合物,将它溶于100g热水,然后冷却至10℃。若仍要使A析出而B不析出,请写出在下列两种情况下,混合物中A的质量分数(A%)应满足什么关系式?(以W、a、b表示,只需将答案填写在下列横线的空白处。)

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  当w<a+b时____
  当w>a+b时____
  5.常温下A和B两种气体组成混合物气体(A的相对分子质量大于B的相对分子质量),经分析,混合气体中只含有氮和氢两种元素;而且,不论A和B以何种比例混合,氮和氢的质量比总大于14/3。由此可确定A为____,B为____。其理由是____。若上述混合气体中氮和氢的质量比为7∶1,则在混合气体中A和B的物质的量之比为____;A在混合气体中的体积分数为____%。
  简单答案
  1.A;2.D;3.15.5g;
  4.(1)在20℃时,若要B不析出,该溶液中B的质量不能超过20g,由于A、B质量共50g,所以这时A的质量超过30g,大于它的溶解度,A析出,符合题意。即50g×B%≤20g,B%≤40%。
  (2)当W<a+b时,A%>a/w;当W>a+b时,A%≥W-b/W;
  5.NH3N2纯NH3气体中氮和氢的质量比为14/3,在纯NH3中混入任何比例的N2都将使氮和氢的质量比大于14/34∶180%。

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