Sporządzanie roztworów

Sporządzanie roztworu o określonym stężeniu procentowym

Aby przygotować roztwór o określonym stężeniu procentowym, należy znać masy jego składników: rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. W tym celu należy wcześniej dokonać odpowiednich obliczeń. Obliczoną ilość substancji stałej (która w roztworze będzie stanowiła substancję rozpuszczoną) należy odważyć i dokładnie wymieszać z odmierzoną objętością ciekłego rozpuszczalnika. Objętość rozpuszczalnika możemy obliczyć, znając jego masę oraz gęstość.

Doświadczenie 1

Zapoznanie z czynnościami niezbędnymi do przygotowania roztworu o określonym stężeniu procentowym – procedura przygotowania $150 g$ wodnego roztworu chlorku sodu o stężeniu $2 %$ .

Polecenie 1

Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na przygotowanie $150 g$ wodnego roztworu chlorku sodu (soli kuchennej) o stężeniu $2 %$ . Wypisz nazwy niezbędnego sprzętu laboratoryjnego oraz odczynników (substancji chemicznych). Następnie napisz, jakie czynności trzeba wykonać, żeby sporządzić opisany roztwór (zapisz instrukcję).
Oblicz masę substancji (wyrażoną w gramach) oraz objętość wody (wyrażoną w centymetrach sześciennych), niezbędne do przygotowania $150 g$ wodnego roztworu chlorku sodu o stężeniu $2 %$ . Załóż, że gęstość wody wynosi $1 \frac{g}{{cm}^{3}}$ . Sprawdź swoją odpowiedź. W razie wątpliwości, przeanalizuj rozwiązanie.

R1GkBomzRUfck

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1C74Ig3IZa0Z

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Postępując zgodnie z zaproponowaną przez Ciebie instrukcją (po jej zweryfikowaniu z instrukcją przykładową zamieszczoną w sekcji „odpowiedź”), przeprowadź doświadczenie. Następnie obejrzyj film i sprawdź poprawność wykonywanych czynności laboratoryjnych.

Rodzaj roztworu	Masa chlorku sodu jaką należy odważyć	Objętość wody jaką należy odmierzyć
$m_{r} = 150 g$ $C_{p} = 2 %$	$m_{s} = \frac{C_{p} \cdot m_{r}}{100 %} = \frac{2 % \cdot 150 g}{100 %} = 3 g$	Masa wody: $m_{w o d y} = m_{r} - m_{s}$ $m_{w o d y} = 150 g - 3 g = 147 g$
$m_{r} = 150 g$ $C_{p} = 2 %$		Aby wyliczyć objętość wody musimy skorzystać ze wzoru na gęstość: $d = \frac{m}{V} \Rightarrow V_{w o d y} = \frac{m_{w o d y}}{d_{w o d y}}$ $V_{w o d y} = \frac{147 g}{1 \frac{g}{{cm}^{3}}} = 147 {cm}^{3}$

Sprzęt laboratoryjny i odczynniki:

zlewka;
cylinder miarowy;
bagietka;
łyżeczka;
waga laboratoryjna;
woda destylowana;
chlorek sodu;
szkiełko zegarkowe.

Przykładowa instrukcja:

Przed przystąpieniem do przygotowania roztworu o określonej masie i stężeniu, należy obliczyć masę substancji rozpuszczonej i objętość rozpuszczalnika.
W cylindrze miarowym należy odmierzyć obliczoną objętość wody destylowanej, a następnie zawartość cylindra przelać do zlewki.
Na szkiełku zegarkowym należy odważyć wyliczoną masę chlorku sodu i przenieść ją do zlewki z wodą.
Zawartość zlewki należy mieszać do całkowitego rozpuszczenia się chlorku sodu.

R104m69i3H4Gw1

Źródło: Tomorrow Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Do przygotowania $150 g$ roztworu o stężeniu $2 %$ , należy użyć $3 g$ chlorku sodu i $147 {cm}^{3}$ wody.

Laboratorium 1

Czy wiesz, jak sporządzić roztwór o określonym stężeniu procentowym? Przeprowadź eksperyment w laboratorium chemicznym. Pamiętaj o wyzerowaniu masy zlewki przed przystąpieniem do sporządzania roztworów.

R1S3MKH8M2SM5

Wirtualne laboratorium pt. „Sporządzanie roztworów o określonym stężeniu procentowym"
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RMN1MvTqaDRac

Wirtualne laboratorium „Sporządzanie roztworów o określonym stężeniu procentowym”. Temperatura powietrza w laboratorium wynosi dwudziestu stopni Celsjusza.

Na stole laboratoryjnym znajduje się cylinder miarowy, czyli wysokie, wąskie naczynie z miarką do stu mililitrów, służące do odmierzania roztworów. Przezroczysta butelka wypełniona do połowy wodą. Na stole znajduje się także pusta zlewka szklana dwieście mililitrów – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych oraz waga elektroniczna z cyfrowym wyświetlaczem z funkcją tarowania – urządzenie elektryczne służące do wyznaczania mas substancji. Daną substancję umieszcza się na srebrnej tacy umieszczonej na urządzeniu. Masa ważonej substancji wyświetlana jest na wyświetlaczu. Waga pokazuje wagę w jednostce gram. Nad stołem laboratoryjnym wiszą dwie półki na których ustawione są pojemniki z substancjami chemicznymi. Na każdym z pojemników widnieje etykieta z nazwą związku chemicznego oraz środkami ostrożności. Dodatkowo na etykietach podana jest wartość rozpuszczalności danego związku w temperaturze dwadzieścia stopni Celsjusza podanych w gramach na sto gramów wody. Podana jest również masa molowa danego związku chemicznego. Na górnej półce ustawionych jest sześć pojemników w których występuje inna substancja: chlorek kobaltu ( $II$ ) (rozpuszczalność: $52,9$ grama na sto gramów wody, masa molowa: $129,84$ grama na mol), azotan ( $V$ ) kobaltu ( $II$ ) (rozpuszczalność: $97,4$ grama na sto gramów wody, masa molowa: $182,94$ grama na mol), siarczan ( $VI$ ) miedzi ( $II$ ) (rozpuszczalność: $20,7$ gramów na sto gramów wody, masa molowa: 1 $159,6$ grama na mol), chromian ( $VI$ ) potasu ( $63,7$ gramów na sto gramów wody, masa molowa: $194,19$ grama na mol), dichromian ( $VI$ ) potasu (rozpuszczalność: $12,3$ grama na sto gramów wody, masa molowa: $294,18$ grama na mol), manganian ( $VI$ ) potasu (rozpuszczalność $6,34$ gramów na sto gramów wody, masa molowa: $158,04$ grama na mol), chlorek sodu (rozpuszczalność: $5,93$ grama na sto gramów wody, masa molowa: $58,44$ grama na mol) i chlorek niklu ( $II$ ) (rozpuszczalność: $68,8$ grama na sto gramów wody, masa molowa: $129,5$ grama na mol). Dodatkowo na półce leży szklana bagietka służąca do mieszania roztworów. Na dolnej półce ustawione są cztery pojemniki, w których są następujące substancje: chlorek kobaltu ( $II$ ) – woda $(1 / 6)$ (rozpuszczalność: $58,6$ grama na sto gramów wody, masa molowa: 3 $237,9$ grama na mol), chlorek żelaza ( $III$ ) – woda $(1 / 6)$ (rozpuszczalność: $92$ gramy na sto gramów wody, masa molowa: $270,3$ grama na mol), siarczan ( $VI$ ) żelaza ( $II$ ) – woda $(1 / 6)$ (rozpuszczalność: $40$ gramów na sto gramów wody, masa molowa: $278$ gramów na mol) oraz siarczan ( $VI$ ) magnezu ( $II$ ) – woda $(1 / 7)$ (rozpuszczalność: $36$ gramów na sto gramów wody, masa molowa: $246,48$ grama na mol). Na dolnej półce stoją w szklanym, przezroczystym okrągłodennym pudełku łyżki laboratoryjne służące do naważania.

Przed przystąpieniem do czynności naważania należy wyzerować zlewkę na wadzę. Wówczas ekran wagi pokazuje nam zero gramów i po umieszczeniu w niej wody i związku chemicznego wskaże nam właściwą masę roztworu. Do cylindra miarowego wlewamy odpowiednią ilość wody i przelewamy to do zlewki umieszczonej na wadze. Dodajemy odpowiedniej ilości danego związku chemicznego wykorzystując w tym celu łyżeczkę. Umieszczamy związek w zlewce. Masa na wadze zwiększa się o ilość dosypanego związku. Ściągamy zlewkę z wagi i wykorzystując szklaną bagietkę mieszamy zawartość. Obserwujemy rozpuszczenie związku albo powstanie osadu.

Chcąc uzyskać stężenie $25$ procent związku chlorku kobaltu ( $II$ ) o rozpuszczalności $52,9$ grama na sto gramów wody i masie molowej $129,84$ grama na mol należy zmieszać $50$ mililitrów wody i $16,67$ grama związku. W zlewce obserwujemy całkowite rozpuszczenie się związku. W przypadku dodania zbyt dużej ilości związku przekraczającej możliwości rozpuszczalności obserwuje się wytrącenie osadu. W tym przypadku rozpuszczalność związku wynosi $52,9$ grama na sto gramów wody. Wymieszając $27$ gramów z $50$ mililitrami wody, otrzymamy roztwór o stężeniu $35 %$ . W zlewce zaobserwujemy wówczas osad.

Chcąc uzyskać stężenie dziesięć procent związku chromianu ( $V$ ) potasu o rozpuszczalności $<63,7$ grama na sto gramów wody i masie molowej $194,19$ grama na mol należy zmieszać $30$ mililitrów wody z $3,34$ gramami związku. W zlewce obserwujemy całkowite rozpuszczenie się związku. W przypadku dodania zbyt dużej ilości związku przekraczającej możliwości rozpuszczalności obserwuje się wytrącenie osadu.

Polecenie 2

REZcLSUdIjBwJ

Polecenie 2

Oblicz, jaką masę ma $15 {cm}^{3}$ roztworu, którego gęstość wynosi $1,102 \frac{g}{{cm}^{3}}$ . Wynik podaj w gramach, z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości, przeanalizuj rozwiązanie zadania.

RHHGtfZmHCsOi

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1GQE9izjft2I

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

I sposób:	II sposób:
Przekształcamy wzór $d_{r} = \frac{m_{r}}{V_{r}}$ , tak aby wyliczyć interesującą nas masę roztworu: $m_{r} = d_{r} \cdot V_{r}$	Układamy proporcję: $1 {cm}^{3} — 1,102 g$ $15 {cm}^{3} — x$
Do wzoru podstawiamy odpowiednie dane z treści zadania: $m_{r} = 1,102 \frac{g}{{cm}^{3}} \cdot 15 {cm}^{3} = 16,53 g$	Obliczamy niewiadomą (masę roztworu): $x = \frac{15 {cm}^{3} \cdot 1,102 \frac{g}{{cm}^{3}}}{1 g} = 16,53 g$

Roztwór o objętości $15 {cm}^{3}$ i gęstości $1,102 \frac{g}{{cm}^{3}}$ ma masę $16,53 g$ .

Polecenie 3

Oblicz gęstość roztworu, którego $25 {cm}^{3}$ ma masę $24,5 g$ . Wynik podaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku. Sprawdź odpowiedź. W przypadku wątpliwości, przeanalizuj rozwiązanie zadania.

RWp0jvhmQqYqP

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RjjoICIqi6RmJ

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

I sposób:	II sposób:
Korzystamy ze wzoru wyrażającego gęstość $d_{r} = \frac{m_{r}}{V_{r}}$	Układamy proporcję: $24,5 g — 25 {cm}^{3}$ $x — 1 {cm}^{3}$
Do wzoru podstawiamy odpowiednie dane z treści zadania: $d_{r} = \frac{24,5 g}{25 {cm}^{3}} = 0,98 \frac{g}{{cm}^{3}}$	Obliczamy niewiadomą (masę roztworu o objętości $1 {cm}^{3}$ ): $x = \frac{1 {cm}^{3} \cdot 24, 5 g}{25 {cm}^{3}} = 0, 98 g$

Roztwór o objętości $25 {cm}^{3}$ i masie $24,5 g$ ma gęstość $0, 98 \frac{g}{{cm}^{3}}$ .

Polecenie 4

Oblicz, ile gramów cukru znajduje się w $20 {cm}^{3}$ roztworu o stężeniu $15 %$ , jeżeli jego gęstość wynosi $1,059 \frac{g}{{cm}^{3}}$ .

R1WobYPIs5KUO

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RaqKiT9gpH9Ag

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na początku należy obliczyć, jaką masę ma $20 {cm}^{3}$ roztworu, a następnie, wykorzystując stężenie procentowe, określić, ile cukru się w nim znajduje.

Obliczenie masy roztworu cukru


Sposób z użyciem wzoru na gęstość	Sposób z użyciem proporcji
$m_{r} = d_{r} \cdot V_{r} = 1,059 \frac{g}{{cm}^{3}} \cdot 20 {cm}^{3} = 21,18 g$	$1,059 g — 1 {cm}^{3}$ $x — 20 {cm}^{3}$
	$x = \frac{20 {cm}^{3} \cdot 1,059 g}{1 {cm}^{3}} = 21,18 g$

Obliczenie masy cukru zawartej w podanej masie roztworu


Sposób z użyciem wzoru na gęstość	Sposób z użyciem proporcji
$m_{s} = \frac{C_{p} \cdot m_{r}}{100 %} = \frac{15 % \cdot 21,18 g}{100 %} = 3,177 g$	$100 g — 15 g$ $21, 18 g — x$
	$x = \frac{21,18 g \cdot 15 g}{100 g} = 3,177 g$

W $20 {cm}^{3}$ roztworu o stężeniu $15 %$ i gęstości $1,059 \frac{g}{{cm}^{3}}$ znajduje się $3,177 g$ cukru.

Jak zmienia się stężenie roztworu po jego rozcieńczeniu?

Zmiana ilości (masy) rozpuszczalnika powoduje zmianę ilości (masy) roztworu. Domyślasz się już zapewne, że będzie to rzutowało na zmianę stężenia roztworu.

Polecenie 5

Przeanalizuj poniższą grafikę i wyjaśnij w jaki sposób rozcieńczanie roztworu wpływa na wartość jego stężenia procentowego. Sprawdź swoją odpowiedź.

RO1bhJTfHtSTI

Ilustracja przedstawia proces rozcieńczania roztworu. Składa się z dwóch rysunków umieszczonych jeden nad drugim. Na rysunku górnym stojąca na niebieskiej podkładce zlewka napełniona jest w jednej trzeciej roztworem. W obszarze roztworu małym okręgiem wyróżniono niewielki fragment i umieszczono po prawej stronie połączone z nim dwiema liniami duży okrąg stylizowany na mikroskopowe powiększenie tego obszaru. W okręgu widoczne są duże pomarańczowe kule symbolizujące cząstki substancji rozpuszczonej w liczbie ośmiu sztuk otoczone przez liczne małe niebieskie kulki symbolizujące cząsteczki wody. Poniżej, pośrodku ilustracji, znajduje się gruba zielona strzałka skierowana w dół obok której umieszczono rysunek, na którym do zlewki z roztworem dodawana jest tak samo wyglądająca ciecz z drugiej zlewki. Poniżej, na rysunku dolnym, ponownie obraz zlewki stojącej na niebieskiej podkładce ze zbliżeniem na fragment zawartości. Tym razem zlewka napełniona jest w dwóch trzecich roztworem, a na powiększeniu cząsteczek substancji rozpuszczonej w wodzie jest dwa razy mniej. — Model procesu rozcieńczania roztworu
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY-SA 3.0.

RB03ICOblC3jl

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podczas dodawania do roztworu kolejnej porcji rozpuszczalnika zwiększa się liczba drobin rozpuszczalnika przypadających na określoną liczbę drobin substancji rozpuszczonej. Wzrost ilości (masy) rozpuszczalnika powoduje wzrost ilości (masy) roztworu, podczas gdy ilość (masa) substancji rozpuszczonej nie ulega zmianie. W związku z tym, że stężenie procentowe obliczamy jako stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy roztworu:

$(C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %)$

przy omówionych zmianach ilości poszczególnych składników zachodzących podczas rozcieńczania roztworu, jego stężenie procentowe maleje.

Polecenie 5

Rozcieńczanie roztworu polega na dodaniu rozpuszczalnika do roztworu. Zastanów się i napisz, w jaki sposób rozcieńczenie wpłynie na wartość stężenia procentowego tego roztworu?

RsFqlXfvAd7iX

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wzór na stężenie procentowe:

$C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %$

gdzie $m_{s}$ to masa substancji rozpuszczonej, a $m_{r}$ to masa roztworu.

Na masę roztworu składa się masa substancji i masa rozpuszczalnika. Jaki wpływ na wartość stężenia procentowego będzie mieć zwiększenie masy rozpuszczalnika?

Jak zmienia się stężenie roztworu po jego zatężaniu?

Polecenie 6

Przeanalizuj poniższą grafikę i wyjaśnij, w jaki sposób odparowanie części rozpuszczalnika z roztworu wpływa na wartość jego stężenia procentowego. Sprawdź swoją odpowiedź.

R10fAMyOoyqDi

Ilustracja przedstawia proces zagęszczania roztworu poprzez odparowanie. Składa się z dwóch rysunków umieszczonych jeden nad drugim. Na rysunku górnym stojąca na niebieskiej podkładce zlewka napełniona jest w dwóch trzecich roztworem. W obszarze roztworu małym okręgiem wyróżniono niewielki fragment i umieszczono po prawej stronie połączony z nim dwiema liniami duży okrąg, stylizowany na mikroskopowe powiększenie tego obszaru. W okręgu widoczne są duże pomarańczowe kule symbolizujące cząstki substancji rozpuszczonej w liczbie czterech sztuk otoczone przez liczne małe niebieskie kulki symbolizujące cząsteczki wody. Poniżej, pośrodku ilustracji, znajduje się gruba zielona strzałka skierowana w dół obok której umieszczono rysunek szerokiego i płytkiego naczynia, z którego unoszą się kłęby pary. Poniżej, na rysunku dolnym, ponownie obraz zlewki stojącej na niebieskiej podkładce ze zbliżeniem fragmentu zawartości. Tym razem zlewka napełniona jest w jednej trzeciej roztworem, a na powiększeniu cząsteczek substancji rozpuszczonej w wodzie jest dwa razy więcej. — Model procesu zatężania roztworu poprzez odparowanie rozpuszczalnika
Źródło: Tomorrow Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RMwJSUaXbjJOm

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podczas odparowywania rozpuszczalnika z roztworu zmniejsza się liczba drobin rozpuszczalnika, przypadających na określoną liczbę drobin substancji rozpuszczonej. Zmniejszenie ilości (masy) rozpuszczalnika powoduje zmniejszenie ilości (masy) roztworu, podczas gdy ilość (masa) substancji rozpuszczonej nie ulega zmianie. W związku z tym, że stężenie procentowe obliczamy jako stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy roztworu:

$(C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %)$

przy omówionych zmianach ilości poszczególnych składników, zachodzących podczas rozcieńczania roztworu, jego stężenie procentowe wzrasta.

Polecenie 6

Zatężanie roztworu polega na zmniejszeniu masy rozpuszczalnika, np. poprzez jego odparowanie, przy jednoczesnym braku zmian masy substancji rozpuszczonej. Zastanów się i napisz, w jaki sposób odparowanie rozpuszczalnika wpłynie na stężenie procentowe roztworu?

RsFqlXfvAd7iX

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Wzór na stężenie procentowe:

$C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %$

gdzie $m_{s}$ to masa substancji rozpuszczonej, a $m_{r}$ to masa roztworu.

Na masę roztworu składa się masa substancji i masa rozpuszczalnika. Jaki wpływ na wartość stężenia procentowego będzie mieć zmniejszenie masy rozpuszczalnika?

Podsumujmy najważniejsze informacje:

Stężenie roztworu można zmieniać poprzez jego rozcieńczanie bądź zatężanie.
W efekcie rozcieńczania, stężenie roztworu maleje, a w wyniku zatężania rośnie.
Roztwór można rozcieńczyć przez dodanie do niego rozpuszczalnika.
Zwiększenie stężenia roztworu następuje po odparowaniu rozpuszczalnika lub dodaniu nowej porcji substancji rozpuszczonej.
Stężenie roztworu, który powstanie w wyniku zmieszania roztworów tej samej substancji, ale o innych stężeniach, będzie różnić się od stężeń roztworów użytych do zmieszania (roztworów wyjściowych).

Słownik

rozcieńczanie roztworu

obniżenie stężenia roztworu, np. w wyniku dodania do niego rozpuszczalnika

zatężanie roztworu

zwiększenie stężenia roztworu w wyniku dodania do niego dodatkowej ilości substancji rozpuszczonej lub odparowania części rozpuszczalnika

bg‑gold

Notatnik

R1cLKFXu3IZhl

Stężenie procentowe

Na zakończenie - sprawdź, czy umiesz

Sporządzanie roztworu o określonym stężeniu procentowym

Jak zmienia się stężenie roztworu po jego rozcieńczeniu?

Jak zmienia się stężenie roztworu po jego zatężaniu?

Podsumujmy najważniejsze informacje:

Słownik

Notatnik