Розведення, випарювання і змішування розчинів
~20 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Хімія — повний курс.
Обчислюєш масову частку речовини після розведення, випарювання, додавання речовини чи змішування двох розчинів — зберігаючи баланс маси розчиненої речовини. Алгоритми, правило хреста й розбір типових помилок НМТ.
Ключова ідея всього цього уроку вміщується в одне речення: коли ти доливаєш воду до розчину або випаровуєш воду з розчину, маса розчиненої речовини не змінюється. Змінюється лише маса розчину, а отже — і масова частка. Це і є баланс маси розчиненої речовини: скільки грамів речовини було в розчині спочатку, стільки ж лишиться й після будь-якої зміни кількості води.
Запишемо це формулою. Нехай до зміни розчин мав масу m₁ і масову частку w₁, а після зміни — m₂ і w₂. Маса розчиненої речовини в обох випадках однакова:
Тут w — масова частка, виражена часткою одиниці (наприклад, 20 % = 0,2). Ця рівність — твій головний інструмент: з неї можна знайти будь-яку з чотирьох величин, якщо відомі три інші.
Розведення водою
Під час розведення до розчину доливають чисту воду. Маса розчину зростає на масу долитої води:
Маса речовини лишається сталою, тому масова частка зменшується. Розгляньмо приклад: є 150 г 20 % розчину. Скільки води треба долити, щоб отримати 10 % розчин?
Знаходимо масу речовини: m(в) = 0,2 · 150 г = 30 г.
Записуємо баланс: 30 г = 0,1 · m₂, звідки m₂ = 30 : 0,1 = 300 г.
Води треба долити: m(води) = m₂ − m₁ = 300 − 150 = 150 г.
Зверни увагу: ми не «розбавляли» відсотки відніманням (20 % − 10 % = 10 % — так не працює). Ми спершу порахували, якою має стати маса всього розчину, щоб ті самі 30 г речовини становили 10 %.
Випарювання води
Випарювання — обернена операція: вода йде з розчину, тому маса розчину зменшується:
Маса речовини знову стала, але тепер вона припадає на меншу масу розчину, тож масова частка зростає. Приклад: з 300 г 10 % розчину випарили 100 г води. Спочатку в розчині було 0,1 · 300 = 30 г речовини. Після випарювання m₂ = 300 − 100 = 200 г. Нова масова частка:
Додавання розчиненої речовини
Третій спосіб змінити концентрацію — досипати в розчин саму речовину. Тут баланс трохи інший: зростає і маса речовини, і маса розчину — на одну й ту саму величину m(дод):
Наприклад, до 200 г 5 % розчину додали 10 г тієї самої речовини. Маса речовини стане 0,05 · 200 + 10 = 10 + 10 = 20 г, маса розчину — 210 г, отже w₂ = 20 : 210 ≈ 0,0952 ≈ 9,5 %. Зверни увагу: у чисельнику додається повна маса доданої речовини, а не «відсотки».
Запам'ятай трійку формул: розведення — m₂ = m₁ + m(води); випарювання — m₂ = m₁ − m(води); додавання речовини — m(в)₂ = m(в)₁ + m(дод) і m₂ = m₁ + m(дод). У всіх трьох випадках працює один баланс: усе, що було в розчині, нікуди не зникає.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Коли змішують два розчини однієї речовини, додаються і маси розчиненої речовини, і маси самих розчинів. Тому масова частка в суміші — це відношення суми мас речовини до суми мас розчинів:
Тут m₁·w₁ — маса речовини в першому розчині, m₂·w₂ — у другому, а знаменник — загальна маса отриманого розчину. Це пряме застосування балансу маси: скільки речовини було в обох порціях разом, стільки її й у суміші.
Чому не можна просто усереднити відсотки
Найпоширеніша помилка — взяти середнє арифметичне відсотків: (10 % + 20 %) : 2 = 15 %. Це правильно лише тоді, коли маси обох розчинів однакові. Якщо ж розчини взято в різних масах, більша порція «тягне» результат до своєї концентрації. Розгляньмо приклад: змішали 200 г 10 % розчину і 300 г 20 % розчину.
Маса речовини в першому розчині: 0,1 · 200 = 20 г.
Маса речовини в другому розчині: 0,2 · 300 = 60 г.
Разом речовини: 20 + 60 = 80 г; разом розчину: 200 + 300 = 500 г.
Масова частка: w = 80 : 500 = 0,16 = 16 %.
Результат 16 % — не 15 %, бо 300 г 20 % розчину «важать» більше, ніж 200 г 10 % розчину. Це загальне правило: результат змішування завжди лежить між двома вихідними концентраціями і ближчий до концентрації того розчину, чия маса більша. Якщо маси рівні — результат рівно посередині.
Об'єми не додають — працюємо з масами
Формула масової частки оперує масами, тому й змішування треба рахувати в масах. Об'єми розчинів додавати не можна: по-перше, об'єм суміші не дорівнює сумі об'ємів компонентів (молекули води «упаковуються» між частинками розчиненої речовини), а по-друге, густини розчинів різної концентрації різні. Якщо в умові дано об'єми, спершу переведи їх у маси через густину:
Наприклад, 200 мл розчину з густиною 1,1 г/мл мають масу 200 · 1,1 = 220 г. Тільки після такого перерахунку можна підставляти значення у формулу змішування.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Правило хреста (його ще називають правилом діагональної суміші або квадратом Пірсона) — це швидкий спосіб знайти співвідношення мас двох розчинів, які треба змішати, щоб отримати розчин із заданою проміжною концентрацією.
Як працює правило
Нехай є два розчини з масовими частками w₁ і w₂, причому w₁ < w₂. Потрібно отримати розчин із масовою часткою w, де w₁ < w < w₂. Тоді співвідношення мас розчинів визначають так:
Інакше кажучи, на діагоналі від більшої концентрації віднімають шукану (w₂ − w), а від шуканої віднімають меншу концентрацію (w − w₁). Отримані числа показують, у якому співвідношенні треба взяти маси — число навпроти більшої концентрації відповідає масі менш концентрованого розчину, і навпаки.
Приклад застосування
Потрібно змішати 10 % і 30 % розчини, щоб отримати 25 % розчин. Записуємо:
m(10 %) : m(30 %) = (30 − 25) : (25 − 10) = 5 : 15 = 1 : 3
Отже, на кожну 1 частину маси 10 % розчину треба взяти 3 частини маси 30 % розчину. Наприклад, 50 г 10 % і 150 г 30 % дадуть 200 г 25 % розчину. Перевір: m(в) = 0,1·50 + 0,3·150 = 5 + 45 = 50 г; m(р) = 200 г; w = 50/200 = 0,25 = 25 %. Працює.
Вода й чиста речовина як крайні випадки
Правило хреста працює і в крайніх випадках:
Воду вважають розчином із масовою часткою w = 0. Наприклад, скільки води треба додати до 30 % розчину, щоб отримати 10 %? w₁ = 0 (вода), w₂ = 30 %, шукана w = 10 %. m(води) : m(30 %) = (30 − 10) : (10 − 0) = 20 : 10 = 2 : 1. Отже, на кожні 2 частини води — 1 частина 30 % розчину.
Чисту (безводну) речовину вважають «розчином» із масовою часткою w = 100 % = 1. Для кристалогідрату беруть масову частку безводної солі в ньому (наприклад, для CuSO₄·5H₂O w = 160/250 = 0,64). Наприклад, скільки грамів цукру треба додати до 200 г 5 % розчину, щоб отримати 20 %? w₁ = 5 %, w₂ = 100 %, w = 20 %. m(5 %) : m(цукру) = (100 − 20) : (20 − 5) = 80 : 15 = 16 : 3. З пропорції: m(цукру) = (3/16)·200 = 37,5 г.
Математична основа
Правило хреста — це не магія, а скорочений запис балансу маси. Рівняння для невідомої маси m₁ виглядає так:
Після простих алгебричних перетворень з нього отримують m₁·(w − w₁) = m₂·(w₂ − w), звідки й випливає пропорція правила хреста. Якщо ти сумніваєшся в порядку різниць — просто склади рівняння балансу й розв'яжи його. Це завжди приведе до правильної відповіді.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
У цьому розділі розв'яжемо чотири задачі — саме в тих формах, у яких вони трапляються на НМТ: три з короткою відповіддю (число) й одна з вибором однієї відповіді з чотирьох. Кожну задачу розбираємо покроково, щоб ти бачив увесь алгоритм, а не лише відповідь.
Приклад 1. Скільки води долити?
Завдання: до 150 г 20 % розчину солі долили воду й отримали 10 % розчин. Скільки грамів води долили? Відповідь запиши числом.
Маса розчиненої речовини не змінюється: m(в) = 0,2 · 150 = 30 г.
У новому розчині ці 30 г становлять 10 %, тобто 30 = 0,1 · m₂, звідки m₂ = 30 : 0,1 = 300 г.
Маса води, яку долили: m(води) = m₂ − m₁ = 300 − 150 = 150 г.
Відповідь: 150. Типова помилка — відняти відсотки (20 − 10 = 10) або поділити 150 навпіл: обидва шляхи ігнорують баланс маси речовини й дають неправильне число.
Приклад 2. Змішування двох розчинів
Завдання: змішали 200 г 10 % розчину й 300 г 20 % розчину однієї речовини. Обчисли масову частку речовини в отриманому розчині. Відповідь запиши у відсотках числом.
Маса речовини в першому розчині: 0,1 · 200 = 20 г.
Маса речовини в другому розчині: 0,2 · 300 = 60 г.
Сума мас речовини: 20 + 60 = 80 г; сума мас розчинів: 200 + 300 = 500 г.
Масова частка: w = 80 : 500 = 0,16 = 16 %.
Відповідь: 16. Якби ти просто усереднив відсотки, отримав би 15 — але це правильно лише для рівних мас. Тут більша маса 20 % розчину «тягне» результат угору, до 16 %.
Приклад 3. Випарювання води
Завдання: з 300 г 10 % розчину солі випарили 100 г води. Обчисли масову частку солі в отриманому розчині. Відповідь запиши у відсотках числом.
Маса речовини до й після випарювання однакова: m(в) = 0,1 · 300 = 30 г.
Маса розчину після випарювання: m₂ = 300 − 100 = 200 г.
Нова масова частка: w₂ = 30 : 200 = 0,15 = 15 %.
Відповідь: 15. Зверни увагу: випаровування збільшує концентрацію, бо та сама маса речовини тепер припадає на меншу масу розчину. Помилка «10 % + 100 г = …» безглузда — відсотки й грами не можна додавати напряму.
Приклад 4. Правило хреста
Завдання: у якому співвідношенні за масою треба змішати 10 % і 30 % розчини однієї речовини, щоб отримати 25 % розчин?
1 : 3
3 : 1
1 : 1
2 : 3
Розв'язання. За правилом хреста: m(10 %) : m(30 %) = (30 − 25) : (25 − 10) = 5 : 15 = 1 : 3. Отже, на 1 частину маси 10 % розчину припадає 3 частини маси 30 % розчину.
Відповідь: 1 : 3. Розберемо, чому інші варіанти неправильні. Співвідношення 3 : 1 — це переплутані різниці: хтось узяв (25 − 10) : (30 − 25), тобто поставив різниці в зворотному порядку. Варіант 1 : 1 відповідає рівним масам, але тоді результат був би (10 + 30) : 2 = 20 %, а не 25 %. Варіант 2 : 3 не випливає з жодного коректного обчислення.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Задачі на розчини здаються простими, але саме тут легко втратити бали через кілька повторюваних помилок. Розберімо кожну, щоб ти впізнавав її в себе й одразу виправляв.
Віднімати або усереднювати відсотки без урахування мас розчинів. «20 % розбавили водою до 10 % — отже, відняли 10 %» або «(10 % + 20 %) : 2 = 15 %» — так не можна. Відсоток — це відношення, а не кількість. Правильно: спершу порахувати масу речовини, потім поділити її на нову масу розчину.
Вважати, що під час розведення маса речовини зменшується. Коли доливають воду, речовина нікуди не зникає — змінюється лише маса розчину. Саме тому m(в) = w₁·m₁ = w₂·m₂. Якщо в розв'язку маса речовини «зменшилась» — ти десь помилився.
Плутати різниці в правилі хреста. У чисельнику стоїть різниця з другого боку від шуканої концентрації: m₁ : m₂ = (w₂ − w) : (w − w₁). Переплутавши порядок, отримаєш обернене співвідношення (3 : 1 замість 1 : 3). Перевіряй себе: більшої маси має бути більше того розчину, чия концентрація ближча до шуканої.
Додавати об'єми розчинів різної густини замість мас. Масова частка визначена через маси, а об'єм суміші не дорівнює сумі об'ємів. Якщо дано об'єми — спершу переведи кожен у масу через густину (m = V·ρ), і лише потім змішуй.
Забувати, що вода має w = 0, а безводна речовина — 100 %. У правилі хреста вода — це «розчин» із нульовою концентрацією, а чиста сіль чи цукор — «розчин» із концентрацією 100 %. Без цього не розв'язати задачі на розведення водою чи досипання речовини.
Універсальна перевірка будь-якого результату: масова частка після змішування завжди лежить між двома вихідними концентраціями. Якщо в тебе вийшло менше за меншу або більше за більшу — шукай помилку в арифметиці чи в порядку різниць.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема 4.2 програми НМТ з хімії вимагає вміти обчислювати масову частку розчиненої речовини, масу розчину й розчинника, а також масу розчиненої речовини. Задачі на розведення, випарювання та змішування розчинів — це пряме застосування цих умінь: у них ти переходиш від однієї масової частки до іншої, не втрачаючи масу речовини.
Такі обчислення можуть бути в задачах з короткою відповіддю (у НМТ-2026 це завдання 21–24). Неструктуровані задачі 22–24 оцінюють жорстко: 0 або 2 бали, без часткових балів за проміжні кроки. Тому навіть дрібна арифметична помилка в кінці обнуляє всю задачу — варто перевіряти результат на розумність (чи лежить він між вихідними концентраціями).
У демоваріанті 2026 року із теми 4.2 представлено завдання 22 — насичений розчин за кривою розчинності. Це сусідня тема, але вона показує, як виглядає типова «розчинна» задача: дано графік або таблицю, треба зняти з нього розчинність і перейти до масової частки. У нашій темі графіків немає — є лише маси й відсотки, але логіка балансу маси та сама.
Важлива деталь: формул у довідкових матеріалах НМТ немає. Ти маєш пам'ятати означення масової частки w = m(в)/m(р) і вміти виводити з нього все інше. У періодичній системі, яку дають на тесті, відносні атомні маси наведено з десятковими знаками; за інструкцією до завдань 21–24 їх округлюють до одиниць, коли рахуєш молярні маси в комбінованих задачах.
Стратегія розв'язування
Запиши, що відомо: маси розчинів і їхні масові частки до зміни.
Склади баланс маси розчиненої речовини: до зміни і після зміни розчину.
Вирази нову масу розчину через старі маси (долили — додай, випарили — відніми, змішали — додай обидві).
Поділи масу речовини на нову масу розчину й перевір, чи результат «розумний».
Оскільки за неструктуровану задачу дають 0 або 2 бали, навчися швидкій самоперевірці: результат змішування завжди між вихідними частками, розведення зменшує частку, випарювання — збільшує. Якщо твій результат суперечить цьому — виправляй одразу, не здавай.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тут зібрано чотири питання, які найчастіше виникають під час вивчення теми. Розкрий кожне, щоб побачити відповідь.
Чому під час розведення маса речовини не змінюється?
Тому що розведення — це додавання лише розчинника (води), а не розчиненої речовини. Речовина вже розчинена в розчині, і доливання води не створює й не знищує її молекули — вони просто розподіляються в більшому об'ємі. Тому m(в) = w₁·m₁ = w₂·m₂: змінюється знаменник (маса розчину), а чисельник (маса речовини) лишається тим самим.
Коли працює правило хреста, а коли краще рівняння?
Правило хреста працює тоді, коли змішують рівно два компоненти (два розчини, або розчин і вода, або розчин і чиста речовина) і шукана концентрація лежить між двома вихідними. Воно дає лише співвідношення мас, а не самі маси. Якщо компонентів три або відома маса одного з них і треба знайти масу іншого — зручніше скласти рівняння балансу маси з невідомою m і розв'язати його. Обидва способи математично тотожні.
Чи можна змішати 10 % і 20 % розчини й отримати 25 %?
Ні. Масова частка суміші — це зважене середнє вихідних часток, тому вона завжди лежить між ними: для 10 % і 20 % результат буде в межах від 10 % до 20 % (ближче до більшої маси). Щоб отримати 25 %, потрібен компонент із часткою понад 25 % — наприклад, 30 % розчин або досипання чистої речовини (100 %).
Як діяти, якщо у змішуванні є чиста вода?
Воду вважай розчином із масовою часткою w = 0 і масою, яка дорівнює масі долитої води. Тоді формула змішування працює без змін: у чисельнику додається m(води)·0 = 0, а в знаменнику маса води збільшує загальну масу розчину. У правилі хреста вода — це один із «розчинів» із нульовою концентрацією, тому різниці рахуються так само, як і для двох розчинів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розведення й випарювання: маса розчиненої речовини стала — m(в) = w₁·m₁ = w₂·m₂; змінюється лише маса розчину (розведення: m₂ = m₁ + m(води); випарювання: m₂ = m₁ − m(води)).
Додавання речовини: і маса речовини, і маса розчину зростають на масу доданої порції: w₂ = (m₁·w₁ + m(дод)) : (m₁ + m(дод)).
Змішування двох розчинів: w = (m₁·w₁ + m₂·w₂) : (m₁ + m₂) — сума мас речовини ділиться на суму мас розчинів; усереднювати відсотки без урахування мас не можна.
Результат змішування завжди лежить між двома вихідними концентраціями й ближчий до концентрації того розчину, чия маса більша.
Працюємо з масами, а не з об'ємами: якщо дано об'єми, спершу переходимо до мас через густину m = V·ρ.
Правило хреста: m₁ : m₂ = (w₂ − w) : (w − w₁), де w₁ < w < w₂; вода — це «розчин» із w = 0, чиста речовина — «розчин» із w = 100 %.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 4 запитання — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. До 150 г 20% розчину солі долили воду й отримали 12% розчин. Скільки грамів води долили?
2. Змішали 200 г 20% розчину й 300 г 10% розчину однієї речовини. Яка масова частка речовини в отриманому розчині?
3. З 200 г 12% розчину випарили 40 г води. Якою стала масова частка речовини у відсотках?
4. У якому співвідношенні за масою треба змішати 20% і 40% розчини однієї речовини, щоб отримати 32% розчин?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест