Jak obliczyć masę hydratu i wody do przygotowania roztworu?

Hydraty czyli sole uwodnione pojawiają się między innymi w zadaniach związanych ze stężeniami procentowymi, stężeniami molowymi oraz rozpuszczalnością. Jak rozwiązywać zadania obliczeniowe, w których występuje pojęcie: hydraty? W tym wpisie omówię jeden z wielu typów zadań związanych z hydratami. Dotyczy on sporządzania roztworu. Poniżej treść zadania i jego rozwiązanie krok po kroku.

Ile gramów wody i ile gramów $CuSO_4·5H_2O$ potrzeba do sporządzenia $200\ g\ 5\%$ roztworu $CuSO_4$?

Rozwiązanie zadania:

W rozwiązaniu zadania z obliczaniem masy hydratu i wody do sporządzenia roztworu można wyodrębnić 3 etapy.

Etap 1 – Obliczamy masę substancji

Rozwiązanie zadania rozpoczynamy od obliczenia masy substancji (soli), która będzie znajdować się w 200 g roztworu o stężeniu 5%. Można tę masę wyznaczyć z proporcji: \[200\ g-100\% \]\[ x\ g-5\% \] Otrzymujemy: $x=10\ g$

Oczywiście można również skorzystać z przekształconego wzoru na stężenie procentowe 🙂

Etap 2 – Obliczamy masę hydratu

Zanim wykonamy kolejne obliczenia warto przypomnieć, że kiedy w wodzie rozpuszczają się sole uwodnione (hydraty) cząsteczki wody wbudowane w sieć krystaliczną soli uwodnionych mieszają się z cząsteczkami wody, która została użyta jako rozpuszczalnik. Dlatego podczas rozpuszczania w wodzie CuSO4·5H2O nie otrzymujemy roztworu CuSO4·5H2O tylko roztwór CuSO4. Zatem masa substancji, którą wyznaczyliśmy w etapie 1 to masa CuSO4, a NIE masa CuSO4·5H2O. Ponieważ do sporządzenia roztworu mamy użyć hydratu to należy obliczyć w jakiej masie CuSO4·5H2O znajduje się 10 g CuSO4. Masę tę wyznaczamy z proporcji korzystając z mas molowych: soli bezwodnej tj. CuSO4 (159,5 g·mol-1) i soli uwodnionej tj. CuSO4·5H2O (249,5 g·mol-1). \[249,5\ g\ CuSO_4·5H_2O-159,5\ g\ CuSO_4 \]\[ y\ g\ CuSO_4·5H_2O-10\ g\ CuSO_4 \] Otrzymujemy: $y=15,64\ g$

Etap 3 – Obliczamy masę wody

Po przejściu przez etap drugi – najtrudniejszy w tego typu zadaniach, pora na etap 3 – ostatni. Polega on na obliczeniu masy wody potrzebnej do przygotowania roztworu. Przypomnę, że mamy sporządzić roztwór o masie 200 g i stężeniu 5%. Obliczyliśmy, że w tym roztworze musi znajdować się 10 g substancji (CuSO4), która znajduje się w 15,64 g hydratu CuSO4·5H2O. Czyli do sporządzenia roztworu musimy użyć 15,64 g hydratu, aby zapewnić odpowiednią masę CuSO4 w roztworze. Ile musimy użyć wody? Tyle, by sporządzony roztwór miał masę 200 g, czyli: \[m_{wody}=200\ g-15,64\ g=184,36\ g \]

Uwaga!

W tym miejscu pojawia się mnóstwo błędów, ponieważ wiele osób odejmuje od masy roztworu (200 g) masę substancji obliczoną w etapie 1 (10 g) i masa wody wychodzi błędna. Pamiętaj, że na 15,64 g hydratu składa się 10 g soli bezwodnej i 5,64 g wody hydratacyjnej, która miesza się z wodą użytą jako rozpuszczalnik, dlatego wody używamy nieco mniej (dokładnie o 5,64 g mniej).

Jak nie popełnić błędu?

Strategia, którą polecam moim uczniom to wyobrazić sobie wagę, na której stoi pusta zlewka. W tej zlewce umieszczonej na wadze wyobrażamy sobie, że będziemy sporządzać roztwór. Najpierw wagę tarujemy, waga wskazuje masę zero. Następnie wsypujemy do zlewki 15,64 g hydratu CuSO4·5H2O zgodnie z wyliczeniami, wówczas waga wskazuje masę 15,64 g. Ile wody powinniśmy dodać, aby waga na końcu wskazywała 200 g? 184,36 g czy 190 g? 🙂 Mam nadzieję, że to nieco inne spojrzenie na problem zawarty w zadaniu pozwoli Wam uniknąć błędów.

Odpowiedź: Potrzeba 15,64 g hydratu i 184,36 g wody.

Czy macie jakieś pytania albo uwagi? A może zauważyliście literówkę albo błąd? Piszcie w komentarzach.

PS: Dokładne omówienie tego zadania znajdziecie w Zadaniu Dnia #1 na moim kanale na YouTube:

Pobierz zbiór zadań w formacie PDF

Jeżeli przygotowujesz się do matury z chemii i szukasz przydatnych materiałów do nauki, to koniecznie sprawdź także przygotowany przeze mnie zbiór zadań maturalnych z chemii. Możesz pobrać go całkowicie za darmo w formacie PDF.

Sprawdź zbiór zadań

Cześć! Nazywam się Krystian Jakubczyk i odkąd napisałem maturę z chemii na 100%, uczę innych jak tego dokonać.

Od kilku lat skutecznie pomagam moim uczniom w przygotowaniach do matury z chemii. W tym czasie ukończyłem studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej oraz opracowałem program, który pomógł już wielu osobom dobrze przygotować się do matury i w efekcie zdobyć indeks na wymarzone studia (m.in. na medycynę, farmację).

Na podstawie moich doświadczeń w pracy z uczniami na indywidualnych zajęciach oraz wiedzy zdobytej na studiach opracowałem kursy video pokazujące, że nawet na etapie rozszerzonej matury chemia jest nauką, którą da się zrozumieć. W 2015 roku ruszyła pierwsza edycja kursów „Chemia na 100%”, która spotkała się z bardzo pozytywnymi reakcjami ze strony moich uczniów. Po jej sukcesie, na przełomie 2017 i 2018 roku stworzyłem rozszerzoną i udoskonaloną 2 edycję kursów. Dzięki nim możesz przygotować się do sprawdzianów i egzaminu maturalnego samodzielnie, bez pomocy korepetytora i bez wychodzenia z domu.

Zadaj pytanie