师:同学你好,通过前面的学习,我们了解到溶质的质量分数是表示溶液浓度的方式之一。下面通过一段微课视频,回顾一下溶液中溶质的质量分数是如何表示溶液浓度的,请大家看大屏幕。
我们之前说过,溶液有浓有稀,那怎么判断溶液的浓稀呢?比如硫酸铜溶液,稀的、浓的、更浓的,因为有颜色,比较好判断。但对于没有颜色的溶液,像氯化钠溶液,怎么办呢?可以尝一尝,这个有点咸,这个特别咸,甚至咸得感觉要质壁分离了。不过,这些都只是定性的判断方法。
怎么定量判断呢?我们用溶质的质量分数来衡量溶液的浓与稀。溶质的质量分数,顾名思义,就是溶质质量除以溶液总质量再乘以百分之百。其中,溶液质量等于溶质质量加上溶剂质量,这个概念很简单。比如说,20摄氏度时,在100克水中加入40克氯化钠,溶液的质量分数是不是40克除以(40克 + 100克)乘以百分之百呢?其实没这么简单。20摄氏度时氯化钠的溶解度是36克,也就是说100克水中最多溶解36克氯化钠,所以质量分数应该是36克除以(36克 + 100克)乘以百分之百。这就意味着,计算溶质质量分数时,溶质一定是溶解在溶液里的,没完全溶解的那部分不能算,大家明白了吗?
那来考考大家,下面哪种情况得到的氯化钠溶液是10%的呢?第一种,100克水中溶解了10克氯化钠,质量分数等于溶质除以溶液,即10克除以(100克 + 10克)乘以百分之百,小于10%。第二种,氯化钠和水按1 : 9的质量比配成的溶液,质量分数等于1÷(9 + 1)乘以百分之百,等于10%。第三种,将10克氯化钠溶解于90克水中,所得到的溶液质量分数等于10克除以(90克 + 10克)乘以百分之百,等于10%。第四种,100克的氯化钠溶液中溶解有10克氯化钠,质量分数等于10克除以100克乘以百分之百,等于10%。可见,除了第一种情况,其他几种都可以得到10%的氯化钠溶液。
总结一下,我们可以用溶质的质量分数衡量溶液的浓与稀,计算公式就是刚才讲的那样。注意,在一定温度下,溶质指的是实际溶解的溶质,不是放多少就能溶多少。大家学会了吗?
配好的溶液,我们可以通过各种手段使它变稀或者变浓,这个过程中溶质的质量分数如何变化呢?这就是溶液计算的稀释和浓缩问题。举个例子,实验室有溶质质量分数为20%的氯化钾溶液400克,做实验需要10%的溶液,需要加水配置,加多少水呢?这是一个溶液稀释问题,稀释过程中溶质的质量是不变的。稀释前,溶质质量为400克乘以20%。设加水质量为x,稀释后的溶液质量就是(400克 + x),溶质质量为(400克 + x)乘以10%。这两项应该相等,即400×20% = (400 + x)×10%,解这个方程可得x = 400克,搞定了。
小结一下,稀释问题其实就是知道变化后的溶质质量分数,求加入溶剂的质量,根据公式求啥设啥即可。
下面我们共同来完成学案。一、溶质的质量分数是表示溶液浓度的方法之一。概念:溶液中溶质的质量分数是溶质的质量与溶液的质量之比,用数学表达式表示为:溶质的质量分数 = (溶质的质量÷溶液的质量)×100%。二、溶液的稀释计算可以用下列等式表示:1. 稀释前溶质的质量 = 稀释后溶质的质量;2. 稀释前溶液的质量×稀释前溶质的质量分数 = 稀释后溶液的质量×稀释后溶质的质量分数。同学们,完成学案了吗?
其实在实际的生产和生活当中,溶质的质量分数还涉及到很多方面的应用,比如说农业中常常用盐水来选种。下面我们看一个农业中盐水选种的视频。
盐水选种利用浮沉的道理,先向水里撒一些盐,然后把种子倒入盐水池里。由于好的种子籽粒饱满,重力大就会下沉;坏的种子籽粒干瘪,重力小,受浮力作用会漂浮上来。把漂在水面的干瘪种子捞出,放掉水后,池底就是所需要的好种子。
下面就跟随老师一起走进一所光辉农场,农场需要60千克15%的氯化钠溶液用于选种,如果农场有水、5%的氯化钠溶液、25%的氯化钠溶液和足量的氯化钠固体等条件,我们可以设计多少种解决方案呢?请同学们思考。
生:有的同学可能会设计出这样的方案:原理是直接配置目标浓度的溶液。在这个题目中,要直接配置60千克15%的氯化钠溶液,所以所需试剂是水和足量的氯化钠固体。步骤如下:一、计算所需溶质的质量m = 60千克×15% = 9千克;二、量取51千克的水;三、将9千克的溶质与51千克的水(也就是溶剂)进行混合、溶解、搅拌,最终获得目标浓度的溶液。
师:我们来归纳一下这个方案解决问题的思路。首先确定原理,选择试剂,然后进行计算,配置溶液,最后反思交流,形成最终的思路。我们把方案一归纳为“溶质加溶剂”。
那么同学们根据刚才方案一的思路来解决这样一个问题:在化学实验室中取用16千克的硫酸铜粉末,可配置8%的硫酸铜溶液多少克?请思考。
生:我们知道溶质的质量分数 = (溶质的质量÷溶液的质量)×100%。根据这个公式进行变换,可得出溶液的质量 = 溶质的质量÷溶质的质量分数。将此题数据代入公式,可得硫酸铜溶液的质量 = 16克÷8% = 200克。
师:有的同学可能会设计出这样的方案:原理是向浓溶液中加入适量的水,所需试剂有25%的氯化钠溶液和水。步骤如下:一、计算所需溶质的质量,依然是60千克×15% = 9千克;二、计算所需浓溶液的质量,9千克÷25% = 36千克;三、计算所需水的质量,60 - 36 = 24千克;四、向36千克25%的氯化钠溶液中加入24千克的水进行搅拌,最终获得目标浓度的溶液。
我们对方案二归纳一下,它的思路是向浓溶液中加入适量的水,这是一个溶液的稀释问题,前面微课中也提到过。溶液在稀释前后溶质的质量不发生改变,我们可以建立等式a×a% = b×b%。我们把这种方案归纳为“浓溶液加溶剂”。
根据方案二的思路,来解决这样一个问题:将50克质量分数为20%的氯化钾溶液稀释到200克,稀释后所得溶液中溶质的质量分数是多少?A. 1% B. 5% C. 10% D. 20% 请同学们思考。
生:我们知道稀释前后溶液中溶质的质量相等,根据这个原则,设稀释后所得溶液中溶质的质量分数为x。可以建立等式:50克×20% = 200克×x,解得x = 5%。所以稀释后所得溶液中溶质的质量分数是5%,答案选B。
师:我们继续回到光辉农场。可能有的同学还会设计出这样的方案:原理是向稀溶液中加入适量的溶质,所需试剂有氯化钠固体和5%的氯化钠溶液。步骤如下:我们现在以取50千克5%的氯化钠溶液为例,一、计算目标溶液溶质的质量,60千克×15% = 9千克;二、计算稀溶液中溶质的质量,50千克×5% = 2.5千克;三、计算所需溶质的质量,9 - 2.5 = 6.5千克;四、再加入(60 - 50 - 6.5) = 3.5千克的水,配制成60千克的溶液即可。
