工程浓度经济 · 方法讲解

混合浓度与交叉法

用溶质守恒配平不足与超出,再反推两种溶液的质量比。

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01

怎样用10%与30%的盐水,配成18%?

将质量分数为10%与30%的盐水混合,配成500克18%的盐水。两种盐水各取多少克?假定同种溶质充分溶解,混合均匀,无反应、蒸发或损失。以下每份为100克溶液;方格表示质量,不表示容积。

第1步 / 共5步:标出两端与目标

10%18%30%

目标18%在10%与30%之间,两种正质量混合有可能达到。

对应左侧500克盐水问题

10% < 18% < 30%

先检查目标在两端之间

混合浓度是质量加权平均数;两种都取正量,结果严格在两端之间。

低浓度∶高浓度始终按这个顺序书写。每一步都可从溶质守恒核查。

02

学习准备与适用条件

本页学习目标

  • 写出混合前后的溶质质量等式。
  • 从等式推导交叉法,解释配比为何交叉。
  • 由总质量、已知一份质量或配比反推未知量。
  • 判断端点、范围以外与等浓度的特殊情况。

必要前置

会百分数、比与一元方程。质量分数(mass fraction)=溶质质量÷溶液质量。18%表示每100克溶液含18克溶质,其余82克是溶剂。分母是整份溶液质量。

采用同种溶质、同一种质量浓度口径;无化学反应、沉淀析出、挥发、蒸发或质量损失。只有溶质与溶液质量都可相加时,才可直接使用本页公式。不能用体积比替代质量比,除非另有密度条件。本页S班为项目教学编排,不代表已核实的机构官方课纲。

03

为什么交叉:同一目标下的不足与超出

一、先写不依赖口诀的守恒式

设低浓度为 a、高浓度为 b、目标浓度为 c,均写成小数或分数,并且 a<b。分别取 x 克、y 克,两者均为正。混合后溶液为 x+y 克,原有溶质为 ax+by 克,所以:

ax+by = c(x+y)

同时除以 x+y,得到混合浓度 c=(ax+by)/(x+y)。它按质量加权,只有 x=y 时才等于(a+b)/2。

二、移项,把目标浓度看作统一基准

(c−a)x = (b−c)y

左边表示低浓度部分相对目标少的溶质;右边表示高浓度部分相对目标多的溶质。两种都取正量时,少的与多的必须相抵。注意(c−a)、(b−c)是浓度差,乘以对应溶液质量后,才成为溶质质量差。

低浓度的不足

(18%−10%)x = 0.08x

每100克少8克,x克共少0.08x克。

高浓度的超出

(30%−18%)y = 0.12y

每100克多12克,y克共多0.12y克。

三、除出配比,对应到另一端的差

低浓度质量∶高浓度质量
x∶y = (b−c)∶(c−a)

由(c−a)x=(b−c)y,除以正数(c−a)y,即得x/y=(b−c)/(c−a)。这就是交叉法(alligation)。低浓度的质量份数对应“高浓度−目标”,高浓度的质量份数对应“目标−低浓度”。本例12∶8=3∶2;每份不足较少的低浓度,需要的质量反而较多。

四、从配比还原质量,或反推浓度

若总质量为 M 克,则低浓度质量 x=M(b−c)/(b−a),高浓度质量 y=M(c−a)/(b−a)。已知低浓度 x,可用 y=x(c−a)/(b−c)。若已知配比 x∶y=m∶n,则 c=(ma+nb)/(m+n);已知 a、c,可解 b=c+(m/n)(c−a)。所有量都要回到原守恒式验算。

04

完整例题:由和求量,再由比例反推浓度

本页例题与练习均为自拟教学题,浓度均为质量分数。

例题一 · 目标与总量已知

10%与30%的盐水配成500克18%的盐水

求两种盐水各取多少克。混合条件同本页守恒模型。

  1. 判范围:10%<18%<30%,可由两种正量混合得到。
  2. 求配比:低∶高=(30−18)∶(18−10)=12∶8=3∶2。
  3. 分总量:共5份,每份500÷5=100克。10%盐水取300克,30%盐水取200克。
  4. 守恒验算:盐300×10%+200×30%=30+60=90克,90÷500=18%。

误把3∶2倒成2∶3,会得到200克低浓度、300克高浓度,盐20+90=110克,浓度22%,不满足题意。算出比以后必须写清顺序。

例题二 · S班结构变式:反推另一种浓度

8%盐水与未知浓度盐水按质量比2∶3混合,得到20%盐水

未知浓度是多少?若已取400克8%盐水,另一种需取多少克?假定未知盐水充分溶解且满足本页混合条件。

  1. 判断高低:目标20%高于8%,另一种浓度 b 必须高于20%,才能以两种正量配成。
  2. 使用同一比例:低∶高=2∶3=(b−20%)∶(20%−8%)。由3(b−20%)=2×12%,得b−20%=8%,所以 b=28%。
  3. 由份数求质量:400克对应2份,每份200克,28%盐水应取3×200=600克。
  4. 独立验算:盐400×8%+600×28%=32+168=200克;溶液1000克;200÷1000=20%。

也可以设每份1克,列8%×2+b×3=20%×5,直接得到b=28%。交叉法、加权平均与守恒方程描述的是同一个关系。

05

迁移练习:先写低与高的顺序

练习一 · 换一组浓度

5%与25%的同种盐水配成600克17%的盐水。混合无损失,两种各取多少克?

展开完整解析

5%<17%<25%。低∶高=(25−17)∶(17−5)=8∶12=2∶3。共5份,每份600÷5=120克;5%盐水取240克,25%盐水取360克。

验算:240×5%+360×25%=12+90=102克,102÷600=17%。若误取平均值15%,相当于额外假设两种质量相等,与本题配比不符。

练习二 · 把清水作为0%溶液

有450克24%的盐水,只加清水配成15%的盐水,需加多少克水?假定混合无损失。

展开完整解析

清水为0%,高浓度为24%,目标15%。水∶盐水=(24−15)∶(15−0)=9∶15=3∶5。450克对应5份,每份90克,需水3×90=270克。

验算:原盐450×24%=108克,加水后溶液450+270=720克,108÷720=15%。加水不增加溶质;水的质量不能当作最终溶液质量。

06

边界与反例:先判断有没有解

常见误区与纠正
误区守恒检验
两种浓度直接取平均只有两种溶液质量相等才成立。
低∶高写成低端差∶高端差正确为高端差∶低端差;回代盐量检查。
把每100克的8与12当作任意份的盐量差份须等质量;一般差量分别为0.08x、0.12y。
比按体积取,浓度按质量算先统一口径;密度未知时不能直接换用体积比。
存在蒸发、反应仍直接用交叉法另列真实的溶质与总质量变化,不能套用无损混合式。

解题回顾:统一浓度口径 → 判目标范围 → 列溶质守恒 → 求低∶高=(高−目标)∶(目标−低) → 用总量或已知量定尺度 → 回代验算。

07

逐章回看

文字稿默认展开。点击标题可定位对应讲解。

10%和30%的盐水,怎样配成18%?两种都要取正质量。

设低浓度取x克,高浓度取y克。混合前后,盐的总质量不变。

原有盐是0.10x加0.30y;目标盐量是0.18乘以x加y的和。

相对18%的目标,每100克低浓度少8克盐,高浓度多12克盐。

三个不足8克,正好抵消两个超出12克。份的质量必须相同。

移项得0.08x等于0.12y,所以低浓度比高浓度等于12比8,即3比2。

这就是交叉法:低浓度的质量,对应高浓度与目标的差,顺序不能倒。

若要500克,合计五份;低浓度300克,高浓度200克。

验算盐量:30加60等于90克。90除以500,恰好是18%。

一般地,低浓度质量比高浓度质量,等于高端差比低端差。

两种都取正量,目标必须严格在两端之间。超过30%的35%,混合无法得到。