Кристаллогидраты, олеум, вещества, реагирующие с водой

Самые коварные задачи на растворы — те, где растворяемое вещество не совпадает с растворённым. Кристаллогидрат приносит в раствор воду, оксид или активный металл реагирует с водой и превращается в другое вещество, олеум содержит «лишний» \(\ce{SO3}\). Во всех случаях работает закон сохранения массы: масса раствора — сумма масс всего, что внесли, минус то, что ушло газом или осадком.

Кристаллогидраты

Растворённым веществом считается безводная соль; вода кристаллогидрата становится растворителем:

\[ \omega(\ce{CuSO4}) = \frac{m(\ce{CuSO4.5H2O}) \cdot 160 : 250}{m(\ce{CuSO4.5H2O}) + m(\ce{H2O})} \]

При кристаллизации из раствора уходит и соль, и вода гидрата: масса раствора уменьшается на массу кристаллогидрата, а масса соли — только на её долю в кристаллогидрате.

Вещества, реагирующие с водой

Если в воду внесли \(\ce{SO3}\), \(\ce{P2O5}\), \(\ce{Na2O}\), \(\ce{CaO}\), натрий, гидрид или карбид, растворённым веществом становится продукт реакции, а выделившийся газ уходит из раствора:

\[ \ce{SO3 + H2O -> H2SO4}: \quad m(\ce{H2SO4}) = n(\ce{SO3}) \cdot 98; \quad m(\text{р-ра}) = m(\ce{SO3}) + m(\ce{H2O}) \]

\[ \ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}: \quad m(\text{р-ра}) = m(\ce{Na}) + m(\ce{H2O}) - m(\ce{H2}) \]

Пример: 4,6 г натрия растворили в 95,6 г воды. \(n(\ce{Na}) = 0{,}2\) моль, \(\ce{NaOH}\) — 0,2 моль (8 г), водорода — 0,1 моль (0,2 г). Масса раствора \(4{,}6 + 95{,}6 - 0{,}2 = 100\) г, \(\omega(\ce{NaOH}) = 8\,\%\).

Олеум

Олеум — раствор \(\ce{SO3}\) в безводной серной кислоте; «20 %-й олеум» содержит 20 % свободного \(\ce{SO3}\). При добавлении воды весь \(\ce{SO3}\) превращается в серную кислоту:

\[ m(\ce{H2SO4})_{\text{итог}} = m(\ce{H2SO4})_{\text{в олеуме}} + n(\ce{SO3}) \cdot 98 \]

Пример: 100 г 20 %-го олеума содержат 80 г \(\ce{H2SO4}\) и 20 г \(\ce{SO3}\) (0,25 моль), из которого получится 24,5 г кислоты. Всего 104,5 г \(\ce{H2SO4}\). Если добавить 400 г воды, раствор массой 500 г будет содержать 20,9 % кислоты.