师:同学们,大家好。今天我们一起来学习溶质质量分数及其简单计算。生活中,给大家两杯糖水,品尝后,口感甜一点的,我们说浓度大一点;口感淡一点的,我们说浓度小一点。那到底什么是溶液的浓度?它又是如何表示的呢?今天我们就来揭晓答案。
首先,浏览一下学习目标。为达到这些目标,我们先看课本实验9 - 7。在三个烧杯中各加入20毫升水,然后分别加入0.1克、0.5克、2克硫酸铜。大家思考,这三个溶液中哪个最浓,哪个最稀?判断依据是什么?
生:很多同学一眼看出第一个最稀,第三个最浓,因为第一个颜色浅,第三个颜色深。
师:非常好。同学们拿出笔,和老师一起记录实验现象,并填写容器相关质量。已知水的密度是1克每毫升,20毫升水就是20克,所以三个烧杯中溶剂质量都为20克。题目中已给出溶质质量分别是0.1克、0.5克、2克。溶液质量等于溶质质量加溶剂质量,那么第一杯溶液质量为20.1克,第二杯为20.5克,第三杯为22克,大家都做对了吗?生活中通过品尝味道或观察颜色能看出溶液浓度大小,但这是很粗略的方法。在实际生产生活中,常要用到准确的浓度,比如输液用的生理盐水是0.9%的氯化钠溶液,为什么要精确到0.9%呢?因为它和人体组织液渗透压值接近,浓度过浓细胞容易缩水,浓度过稀细胞容易吸水,这样很容易发生危险。这里的0.9%,以及第二幅图的10%,都是溶液浓度的一种表示方法,指的是部分在整体中的占比百分数,很直观方便看出占比大小。那它表示的是哪一种物理量的占比呢?对,是大家最熟悉的质量。所以,我们一起来看溶质的质量分数。溶质的质量分数等于溶质质量除以溶质所在的整体溶液的质量再乘以100%,而溶液的质量又等于溶质质量加溶剂质量。有了溶质质量分数的表达式,我们马上来应用。看刚刚实验9 - 7配的三杯硫酸铜溶液,求一下这三杯中的溶质质量分数。根据基本表达式,第一杯的溶质质量分数为0.1克除以20.1克,结果近似0.5%;第二杯0.5克除以溶液20.5克,近似为2.4%;第三杯2克除以整体22克,近似为9.1%。课后大家要加强质量分数的训练,这样会大大提高学习效果。下面我们来看课后习题。
第二题,某温度下蒸干35克氯化钾溶液,得到了7克氯化钾,求此时溶液中的溶质质量分数。这道题溶液组成不直观,我们分析一下,蒸干后得到7克氯化钾,意味着没蒸干之前,里面就溶有7克氯化钾,也就是溶质是7克,溶液是35克。根据质量分数表达式,此溶液中溶质质量分数为7克除以35克再乘以100%,通过约分很快得出答案为20%。现在我们来看课本的练习题。
第一题,农业生产上常需要质量分数为16%的氯化钠选种,要配置150千克,问需要氯化钠和水各多少克?分析本题,已知质量分数16%,溶液质量整体150千克。根据质量分数基本表达式稍作变形,可直接得出溶质质量等于溶液质量乘以溶质质量分数,带入计算,150千克乘以16%等于24千克。溶剂质量等于溶液质量减溶质质量,即150千克减24千克,结果为126千克。最后答一下即可。有了溶质质量分数的基本表达式,已知其中两个量,就能求算另外一个量。比如刚刚的例题,已知溶液质量和质量分数,就可以求出溶质质量等于溶液质量乘以溶质的质量分数;如果要求溶液质量,溶液就等于溶质质量除以溶质的质量分数,大家也可以把溶液质量变成溶质质量加溶剂质量,课后自己做一下变形。
那溶质质量分数的计算就仅限于此吗?当然不是,我们来看课本实验9 - 8。浏览一下实验内容,尝试填写实验表格。将10克氯化钠放入90克水中,室温下形成了100克氯化钠溶液,因为形成了100克溶液,所以固体肯定全部溶解了。那么溶质的质量分数根据溶质10克除以溶液整体100克,应为10%。同样,第二组把20克氯化钠放入80克水中,也形成100克溶液,溶质20克除以整体100克,最后得出质量分数为20%,固体也是全部溶解。
有同学问,可不可以将30克氯化钠放入70克水中,此时得到的质量分数就是30%呢?要回答这个问题,我们来看课本的讨论题。20℃时,有人说氯化钠溶液溶质36克,质量分数就是36%,且是饱和溶液,大家认同这种说法吗?为什么?浏览题目,大家头脑中要呈现两个概念,质量分数36%是什么意思?溶解度36克又指什么含义?根据前面分析,质量分数36%指100克溶液整体中溶有36克溶质,而溶解度36克指100克溶剂水中在对应温度下最多溶解的溶质质量。虽然都有100克,但指向不同,一个是整体溶液,一个是部分溶剂。根据溶质质量分数基本表达式,20℃时,100克水中最多溶36克氯化钠,它的溶质质量分数应该是36克溶质除以对应的溶液整体(100克水加上36克溶质),再乘以100%,结果近似为26.5%。所以刚刚的疑问,常温下配置30%的氯化钠溶液是做不到的,因为常温下最浓只有26.5%。
