Условие
Растворимость нитрата калия при 20 °C равна примерно 32 г на 100 г воды, а при 60 °C — примерно 110 г на 100 г воды. В 100 г воды при 60 °C растворили 110 г соли, получив насыщенный раствор, а затем раствор охладили до 20 °C. Объясни, что произойдёт и почему. Как назывался раствор до охлаждения и после него?
Что известно и что ищем
- Известны две величины растворимости при разных температурах.
- Растворимость показывает, сколько вещества может раствориться в 100 г воды при данной температуре, то есть какой раствор получится насыщенным.
- Ищем объяснение через изменение растворимости, а не через «вещество испортилось».
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем, что означает число 110 при 60 °C. В 100 г воды при этой температуре может раствориться не больше 110 г нитрата калия. Мы взяли ровно столько, значит раствор при 60 °C насыщенный: больше соли при этой температуре он уже не примет.
- Шаг 2. Смотрим, что меняется при охлаждении. Растворимость падает: при 20 °C те же 100 г воды удерживают только 32 г соли. Весь излишек вести себя как растворённое вещество больше не может.
- Шаг 3. Считаем излишек. Из 110 г растворяться при новой температуре способны только 32 г, значит лишние 78 г выпадут в осадок в виде кристаллов. Именно так на опытах выращивают кристаллы: берут насыщенный горячий раствор и медленно охлаждают его.
- Шаг 4. Уточняем названия растворов. До охлаждения раствор был насыщенным, потому что вещество в нём уже «на пределе». После охлаждения жидкая часть снова насыщенная — теперь её предел 32 г на 100 г воды, — а на дне лежит осадок.
- Шаг 5. Отделяем насыщенный раствор от концентрированного. Концентрированный — это про много вещества в растворе, насыщенный — про достигнутый предел. Раствор может быть концентрированным и ненасыщенным: например, если растворить много вещества, которое хорошо растворяется, предел ещё не достигнут.
- Шаг 6. Формулируем вывод. Растворимость зависит от температуры, поэтому изменение температуры меняет предел растворения, а не количество вещества. Ничего «не потерялось»: часть соли просто перестала быть растворённой.
Проверь себя
- Ответ: при охлаждении выпадет примерно 78 г кристаллов нитрата калия; раствор был насыщенным и останется насыщенным, а часть вещества перейдёт в осадок.
- Проверка вывода: спросите, что изменилось бы, если бы раствор не охлаждали, а добавляли в него соль. Тогда раствор остался бы насыщенным, а новая соль просто не растворилась бы. Вывод один: за состояние раствора отвечает предел, а предел зависит от температуры.
- Ловушка: считать, что при охлаждении «испаряется вода» и потому появляются кристаллы. Вода никуда не делась: причина в том, что холодная вода удерживает меньше вещества.
Как объяснить ребёнку
«Растворимость — это как вместимость автобуса: в тёплую погоду можно посадить сто десять пассажиров, а в холодную — только тридцать два. Сначала автобус полный, потом становится холодно — и лишние пассажиры выходят. Со стаканом то же: горячая вода держала много соли, холодная не смогла, и лишняя соль выпала кристаллами на дно».
Тема для отчёта родителю
«Растворимость и насыщенный раствор: почему при охлаждении выпадает осадок».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.