Теоретический блок.

Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем : «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Признаки сравнения	Чистое вещество	Смесь
	Постоянный	Непостоянный
Вещества	Одно и то же	Различные
Физические свойства	Постоянные	Непостоянные
Изменение энергии при образовании	Происходит	Не происходит
Разделение	С помощью химических реакций	Физическими методами

Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.

Классификация смесей показана в таблице:

Приведём примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсий (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей

Выпаривание - выделение растворенных в жидкости твердых веществ способом ее превращения в пар.

Дистилляция- перегонка, разделение содержащихся в жидких смесях веществ по температурам кипения с последующим охлаждением пара.

В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, а способ ее получения – дистилляцией.

Фильтрование- процеживание жидкостей (газов) через фильтр с целью их очистки от твердых примесей.

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей .

Пример смеси	Способ разделения
Суспензия – смесь речного песка с водой	Отстаивание Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке. Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием
Смесь песка и поваренной соли в воде	Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования ?На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники , например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»). Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием
Смесь порошка железа и серы	Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно. Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды
Раствор соли в воде – гомогенная смесь	Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества. Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара. Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой . В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей. В домашних условиях можно сконструировать такой дистиллятор: Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с tкип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти. Разделение однородных смесей

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография .

С помощью хроматографии русский ботаник впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности.

Способы выражения состава смесей.

· Массовая доля компонента в смеси - отношение массы компонента к массе всей смеси. Обычно массовую долю выражают в %, но не обязательно.

ω [«омега»] = mкомпонента / mсмеси

· Мольная доля компонента в смеси - отношение числа моль (количества вещества) компонента к суммарному числу моль всех веществ в смеси. Например, если в смесь входят вещества А, В и С, то:

χ [«хи»] компонента А = nкомпонента А / (n(A) + n(B) + n(С))

· Мольное соотношение компонентов. Иногда в задачах для смеси указывается мольное соотношение её составляющих. Например:

nкомпонента А: nкомпонента В = 2: 3

· Объёмная доля компонента в смеси (только для газов) - отношение объёма вещества А к общему объёму всей газовой смеси.

φ [«фи»] = Vкомпонента / Vсмеси

Практический блок.

Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной кислотой:

Пример 1. При действии на смесь меди и железа массой 20 г избытком соляной кислоты выделилось 5,6 л газа (н. у.). Определить массовые доли металлов в смеси.

В первом примере медь не реагирует с соляной кислотой, то есть водород выделяется при реакции кислоты с железом. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу железа. И, соответственно, массовые доли веществ в смеси.

Решение примера 1.

n = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.

2. По уравнению реакции:

3. Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:
mFe = 0,25 56 = 14 г.

Ответ: 70% железа, 30% меди.

Пример 2. При действии на смесь алюминия и железа массой 11 г избытком соляной кислоты выделилось 8,96 л газа (н. у.). Определить массовые доли металлов в смеси.

Во втором примере в реакцию вступают оба металла. Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за х - число моль одного из металлов, а за у - количество вещества второго.

Решение примера 2.

1. Находим количество водорода:
n = V / Vm = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.

2. Пусть количество алюминия - х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:

	2HCl = FeCl2 +

4. Нам известно общее количество водорода: 0,4 моль. Значит,
1,5х + у = 0,4 (это первое уравнение в системе).

5. Для смеси металлов нужно выразить массы через количества веществ.
m = M n
Значит, масса алюминия
mAl = 27x,
масса железа
mFe = 56у,
а масса всей смеси
27х + 56у = 11 (это второе уравнение в системе).

6. Итак, мы имеем систему из двух уравнений:

7. Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:
27х + 18у = 7,2
и вычитая первое уравнение из второго:

8. (56 − 18)у = 11 − 7,2
у = 3,8 / 38 = 0,1 моль (Fe)
х = 0,2 моль (Al)

mFe = n M = 0,1 56 = 5,6 г
mAl = 0,2 27 = 5,4 г
ωFe = mFe / mсмеси = 5,6 / 11 = 0,50,91%),

соответственно,
ωAl = 100% − 50,91% = 49,09%

Ответ: 50,91% железа, 49,09% алюминия.

Пример 3. 16 г смеси цинка, алюминия и меди обработали избытком раствора соляной кислоты. При этом выделилось 5,6 л газа (н. у.) и не растворилось 5 г вещества. Определить массовые доли металлов в смеси.

В третьем примере два металла реагируют, а третий металл (медь) не вступает в реакцию. Поэтому остаток 5 г - это масса меди. Количества остальных двух металлов - цинка и алюминия (учтите, что их общая масса 16 − 5 = 11 г) можно найти с помощью системы уравнений, как в примере №2.

Ответ к Примеру 3: 56,25% цинка, 12,5% алюминия, 31,25% меди.

Пример 4. На смесь железа, алюминия и меди подействовали избытком холодной концентрированной серной кислоты. При этом часть смеси растворилась, и выделилось 5,6 л газа (н. у.). Оставшуюся смесь обработали избытком раствора едкого натра. Выделилось 3,36 л газа и осталось 3 г не растворившегося остатка. Определить массу и состав исходной смеси металлов.

В этом примере надо помнить, что холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом и алюминием (пассивация), но реагирует с медью. При этом выделяется оксид серы (IV).
Со щелочью реагирует только алюминий - амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи - ещё можно растворить бериллий).

Решение примера 4.

1. С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа:
nSO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

	2H2SO4 (конц.) = CuSO4 +

2. (не забудьте, что такие реакции надо обязательно уравнивать с помощью электронного баланса)

3. Так как мольное соотношение меди и сернистого газа 1:1, то меди тоже 0,25 моль. Можно найти массу меди:
mCu = n M = 0,25 64 = 16 г.

4. В реакцию с раствором щелочи вступает алюминий, при этом образуется гидроксокомплекс алюминия и водород:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

Al0 − 3e = Al3+

5. Число моль водорода:
nH2 = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль,
мольное соотношение алюминия и водорода 2:3 и, следовательно,
nAl = 0,15 / 1,5 = 0,1 моль.
Масса алюминия:
mAl = n M = 0,1 27= 2,7 г

6. Остаток - это железо, массой 3 г. Можно найти массу смеси:
mсмеси = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 г.

7. Массовые доли металлов:

ωCu = mCu / mсмеси = 16 / 21,7 = 0,7,73%)
ωAl = 2,7 / 21,7 = 0,1,44%)
ωFe = 13,83%

Ответ: 73,73% меди, 12,44% алюминия, 13,83% железа.

Пример 5. 21,1 г смеси цинка и алюминия растворили в 565 мл раствора азотной кислоты, содержащего 20 мас. % НNО3 и имеющего плотность 1,115 г/мл. Объем выделившегося газа, являющегося простым веществом и единственным продуктом восстановления азотной кислоты, составил 2,912 л (н. у.). Определите состав полученного раствора в массовых процентах. (РХТУ)

В тексте этой задачи чётко указан продукт восстановления азота - «простое вещество». Так как азотная кислота с металлами не даёт водорода, то это - азот. Оба металла растворились в кислоте.
В задаче спрашивается не состав исходной смеси металлов, а состав получившегося после реакций раствора. Это делает задачу более сложной.

Решение примера 5.

1. Определяем количество вещества газа:
nN2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.

2. Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной HNO3:

mраствора = ρ V = 1,115 565 = 630,3 г
mHNO3 = ω mраствора = 0,2 630,3 = 126,06 г
nHNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 моль

Обратите внимание, что так как металлы полностью растворились, значит - кислоты точно хватило (с водой эти металлы не реагируют). Соответственно, надо будет проверить, не оказалась ли кислота в избытке , и сколько ее осталось после реакции в полученном растворе.

3. Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс ) и, для удобства расчетов, принимаем за 5х - количество цинка, а за 10у - количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится х моль, а во второй - 3у моль:

	12HNO3 = 5Zn(NO3)2 +

Zn0 − 2e = Zn2+

	36HNO3 = 10Al(NO3)3 +

Al0 − 3e = Al3+

5. Тогда, учитывая, что масса смеси металлов 21,1 г, их молярные массы - 65 г/моль у цинка и 27 г/моль у алюминия, получим следующую систему уравнений:

6. Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.

7. х = 0,04, значит, nZn = 0,04 5 = 0,2 моль
у = 0,03, значит, nAl = 0,03 10 = 0,3 моль

8. Проверим массу смеси:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 г.

9. Теперь переходим к составу раствора. Удобно будет переписать реакции ещё раз и записать над реакциями количества всех прореагировавших и образовавшихся веществ (кроме воды):

10. Следующий вопрос: осталась ли в растворе азотная кислота и сколько её осталось?
По уравнениям реакций, количество кислоты, вступившей в реакцию:
nHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
т. е. кислота была в избытке и можно вычислить её остаток в растворе:
nHNO3ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.

11. Итак, в итоговом растворе содержатся:

нитрат цинка в количестве 0,2 моль:
mZn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 г
нитрат алюминия в количестве 0,3 моль:
mAl(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 г
избыток азотной кислоты в количестве 0,44 моль:
mHNO3ост. = n M = 0,44 63 = 27,72 г

12. Какова масса итогового раствора?
Вспомним, что масса итогового раствора складывается из тех компонентов, которые мы смешивали (растворы и вещества) минус те продукты реакции, которые ушли из раствора (осадки и газы):

13.
Тогда для нашей задачи:

14. mнов. раствора = масса раствора кислоты + масса сплава металлов - масса азота
mN2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
mнов. раствора = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г

ωZn(NO3)2 = mв-ва / mр-ра = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO3)3 = mв-ва / mр-ра = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ωHNO3ост. = mв-ва / mр-ра = 27,72 / 648,04 = 0,0428

Ответ: 5,83% нитрата цинка, 9,86% нитрата алюминия, 4,28% азотной кислоты.

Пример 6. При обработке 17,4 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 4,48 л газа (н. у.), а при действии на эту смесь такой же массы избытка хлороводородной кислоты - 8,96 л газа (н. у.). Определите состав исходной смеси. (РХТУ)

При решении этой задачи надо вспомнить, во-первых, что концентрированная азотная кислота с неактивным металлом (медь) даёт NO2, а железо и алюминий с ней не реагируют. Соляная кислота, напротив, не реагирует с медью.

Ответ к примеру 6: 36,8% меди, 32,2% железа, 31% алюминия.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Несложные задачи с двумя компонентами смеси.

1-1. Смесь меди и алюминия массой 20 г обработали 96 %-ным раствором азотной кислоты, при этом выделилось 8,96 л газа (н. у.). Определить массовую долю алюминия в смеси.

1-2. Смесь меди и цинка массой 10 г обработали концентрированным раствором щелочи. При этом выделилось 2,24 л газа (н. y.). Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.

1-3. Смесь магния и оксида магния массой 6,4 г обработали достаточным количеством разбавленной серной кислоты. При этом выделилось 2,24 л газа (н. у.). Найти массовую долю магния в смеси.

1-4. Смесь цинка и оксида цинка массой 3,08 г растворили в разбавленной серной кислоте. Получили сульфат цинка массой 6,44 г. Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.

1-5. При действии смеси порошков железа и цинка массой 9,3 г на избыток раствора хлорида меди (II) образовалось 9,6 г меди. Определите состав исходной смеси.

1-6. Какая масса 20%-ного раствора соляной кислоты потребуется для полного растворения 20 г смеси цинка с оксидом цинка, если при этом выделился водород объемом 4,48 л (н. у.)?

1-7. При растворении в разбавленной азотной кислоте 3,04 г смеси железа и меди выделяется оксид азота (II) объемом 0,896 л (н. у.). Определите состав исходной смеси.

1-8. При растворении 1,11 г смеси железных и алюминиевых опилок в 16%-ном растворе соляной кислоты (ρ = 1,09 г/мл) выделилось 0,672 л водорода (н. у.). Найдите массовые доли металлов в смеси и определите объем израсходованной соляной кислоты.

2. Задачи более сложные.

2-1. Смесь кальция и алюминия массой 18,8 г прокалили без доступа воздуха с избытком порошка графита. Продукт реакции обработали разбавленной соляной кислотой, при этом выделилось 11,2 л газа (н. у.). Определите массовые доли металлов в смеси.

2-2. Для растворения 1,26 г сплава магния с алюминием использовано 35 мл 19,6%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,1 г/мл). Избыток кислоты вступил в реакцию с 28,6 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 1,4 моль/л. Определите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (н. у.), выделившегося при растворения сплава.

Изучая химию, я узнала, что чистых веществ в природе, технике, быту очень мало. Гораздо чаще встречаются смеси – сочетания двух или более компонентов, химически друг с другом не связанных. Смеси различаются величиной входящих в их состав частиц веществ, а также агрегатным состоянием компонентов. Для химических исследований необходимы чистые вещества. А как же их получить или выделить из смеси? На этот вопрос я и пыталась ответить в своей работе.

В повседневной жизни нас окружают смеси веществ. Воздух, которым мы дышим, пища, которую потребляем, вода – которую пьём, и даже мы сами – всё это с точки зрения химии смеси, содержащие от 2-3 до многих тысяч веществ.

Смеси – это системы, состоящие из нескольких компонентов, химически друг с другом не связанных. Смеси различают величиной входящих в их состав частиц веществ. Иногда эти частицы настолько велики, что их можно видеть невооружённым глазом. К подобным смесям, например, можно отнести стиральный порошок, кулинарные смеси для выпечки, строительные смеси. Порой частицы компонентов в смесях более мелкие, неразличимые глазом. Например, в состав муки входят крупицы крахмала и белка, которые невозможно различить невооружённым глазом. Молоко – это тоже водная смесь, в которой содержатся маленькие капельки жира, белок, лактоза и другие вещества. Увидеть капельки жира в молоке можно, если рассмотреть каплю молока под микроскопом. Агрегатное состояние веществ в смесях может быть различным. Зубная паста, например, - это смесь твёрдых и жидких составляющих. Есть смеси, при образовании которых вещества настолько «проникают друг в друга», что разбиваются на мельчайшие частицы, не различимые даже под микроскопом. Как бы мы не всматривались в воздух, различить составляющие его газы нам не удастся.

Таким образом, смеси классифицируются:

Смеси, в которых частички веществ, составляющие смесь, видны невооружённым глазом или под микроскопом, называются неоднородными или гетерогенными.

Смеси, в которых даже с помощью микроскопа нельзя увидеть частицы веществ, составляющих смесь, называются однородными или гомогенными.

Однородные смеси по агрегатному состоянию делятся: на газообразные, жидкие и твёрдые. Смесь любых газов гомогенна. Например, чистый воздух – это гомогенная смесь азота, кислорода, углекислого и благородных газов. А вот пыльный воздух – это уже гетерогенная смесь тех же газов, только содержащая ещё и частицы пыли. К жидким природным смесям относится нефть. В её состав входят сотни различных компонентов. Безусловно, самой распространённой жидкой смесью, а точнее раствором, является вода морей и океанов. В 1 литре морской воды содержится в среднем 35 грамм различных солей. С жидкими смесями в повседневной жизни мы встречаемся постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии – всё это смеси веществ. Даже воду из-под крана нельзя считать чистым веществом: в ней содержатся растворённые соли, мельчайшие нерастворимые примеси, а также микроорганизмы, которые обеззараживают хлорированием. Широко распространены и твёрдые смеси. Горные породы представляют собой смесь нескольких веществ. Почва, песок, глина – это твёрдые смеси. К твёрдым смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы.

Химики составляют смеси простым перемешиванием различных веществ – составных частей, свойства которых могут быть различны. Важно, что в смесях сохраняются свойства их составных частей. Так, например, серая краска получается при смешивании чёрной и белой. Хотя мы и видим серый цвет, это не означает, что все частицы такой серой краски имеют серый цвет. Под микроскопом обязательно обнаружатся частицы чёрного и белого цветов, из которых состояли чёрная и белая краски.

Разделение смесей на составные части (индивидуальные вещества) – задача более сложная, чем приготовление смесей, но не менее важная. Важнейшие способы разделения смесей могут быть отражены схемой:

Применяя различные способы разделения смесей (отстаивание, фильтрование, перегонку, вымораживание и другие), получают масло из молока, золото – из речного песка, спирт – из браги, очищают воду от нерастворимых и растворимых примесей.

Для химических лабораторий и промышленности часто требуются чистые вещества. Чистыми называют вещества, которые обладают постоянными физическими свойствами, например дистиллированная вода. (Практически абсолютно чистые вещества не получены.)

Существуют различные способы разделения смесей. Ознакомимся более подробно с этими способами.

Выделение из неоднородной смеси.

1. Отстаивание.

а) Выделение веществ неоднородной смеси, образованной нерастворимыми в воде веществами с различной плотностью. Например, железные опилки от древесных можно отделить, взбалтывая эту смесь с водой, а затем отстаивая. Железные опилки опускаются на дно сосуда, а древесные всплывают, и их вместе с водой можно слить.

б) Некоторые вещества осаждаются в воде с различной скоростью. Если взболтать с водой глину с примесью песка, то песок оседает значительно быстрее. Этот способ используется в керамическом производстве для отделения песка от глины (производство красных кирпичей, глиняной посуды и др.) в) Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки или колонки. Иногда жидкости с различной плотностью отделяют центрифугированием, например сливки от молока.

2. Фильтрование.

Выделение веществ из неоднородной смеси, образованной растворимыми в воде веществами.

Для выделения поваренной соли смесь её с песком взбалтывают в воде. Поваренная соль растворяется, а песок оседает.

Чтобы ускорить отделение нерастворимых частиц из раствора, смесь фильтруют. Песок остается на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр.

3. Действие магнитом.

Выделение из неоднородной смеси веществ, способных к намагничиванию. Если имеется, например, смесь порошков железы и серы, то их можно разделить при помощи магнита.

Выделение веществ из однородной смеси.

4. Выпаривание. Кристаллизация.

Чтобы растворенное вещество, например, поваренную соль, выделить из раствора, последний выпаривают. Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остается поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное вещество выделяется в виде кристаллов. Этот способ очистки веществ называют кристаллизацией.

5. Дистилляция.

Это способ разделения смесей основан на различии в температурах кипения растворимых друг в друге компонентов.

Дистилляция (перегонка) – прием разделения однородных смесей путем испарения летучих жидкостей с последующей конденсацией их паров. Например, получение дистиллированной воды.

Для этого воду с растворенными в ней веществами кипятят в одном сосуде. Образующиеся водяные пары конденсируются в другом сосуде в виде дистиллированной воды.

6. Хроматография.

Этот способ основан на том, что отдельные вещества с различной скоростью поглощаются (связываются) поверхностью другого вещества.

С сущностью этого способа можно познакомиться на следующем опыте.

Если полоску из фильтровальной бумаги подвесить над сосудом с красными чернилами и погрузить в них лишь конец полоски, то можно заметить, что раствор будет впитываться бумагой и подниматься по ней. Однако граница подъема краски будет отставать от границы подъема воды. Таким образом, происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества, придающего раствору красный цвет.

Экспериментальная часть.

Правила техники безопасности в домашней лаборатории.

Представить себе химию без химических опытов невозможно. Поэтому изучить эту науку, понять её законы и, конечно, полюбить её можно только через эксперимент. Сложилось мнение, что химический эксперимент – это сложное оборудование и недоступные реактивы, ядовитые соединения и страшные взрывы и для занятий химией необходимы особые условия. Тем не менее, более 300 химических опытов с самыми различными веществами можно выполнить в домашних условиях. В связи с тем, что в домашней лаборатории нет вытяжного шкафа и других специальных устройств, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:

2. Нельзя накапливать и хранить дома большие количества реактивов.

3. Химические реактивы и вещества должны иметь этикетки с названиями, концентрацией и сроком изготовления.

4. Химические вещества нельзя пробовать на вкус.

5. Для определения запаха нельзя сосуд с веществом близко подносить к лицу. Нужно ладонью руки сделать несколько плавных взмахов от отверстия сосуда к носу.

6. Если пролилась кислота или щелочь, то вещество предварительно нейтрализуют или засыпают песком и удаляют тряпкой или собирают в совок.

7. Перед проведением эксперимента, каким бы простым он ни казался, нужно внимательно прочесть описание опыта и понять свойства применяемых веществ. Для этого есть учебники, справочники и другая литература.

Опыт №1. Разделение гетерогенных смесей.

А) Приготовить гетерогенную смесь песка и железного порошка.

Цель эксперимента: научиться разделять гетерогенные смеси разными способами.

Оборудование: речной песок, железный порошок, магнит, два химических стакана.

В химический стакан внести по одной столовой ложке железного порошка и речного песка, осторожно перемешать смесь до равномерно окрашенного продукта. Отметить его цвет и испытать его магнитные свойства, поднося магнит к внешней стороне стакана. Определить какие вещества придают смеси цвет и магнитные свойства. Разделим приготовленную гетерогенную смесь с помощью магнита. Для этого поднесём к внешней стенке стакана магнит, и слегка постукивая магнитом по внешней стенке, соберём железный порошок на внутренней стенке стакана. Удерживая железо магнитом на внутренней стенке стакана, пересыпаем песок в другой стакан. Данные опыта заносим в таблицу.

Б) Приготовить смесь поваренной соли, земли и стружек, образующихся после заточки карандаша.

Оборудование: поваренная соль, земля, стружки после заточки карандаша, стакан, вода, фильтр, ложка, сковорода.

Методика проведения эксперимента:

Приготовьте смесь, перемешав по одной чайной ложке поваренной соли, земли и карандашных стружек. Растворите полученную смесь в стакане воды, всплывшие стружки удалите шумовкой и положите для сушки на лист бумаги. Изготовьте фильтр из бинта или марли, сложив 3-4 слоя, и не туго натяните его на другой стакан. Профильтруйте смесь. Фильтр с оставшейся землёй высушите, затем счистите её с фильтра. Отфильтрованную жидкость (фильтрат) перелейте из стакана в эмалированную миску или сковороду и выпарьте. Выделившиеся кристаллики соли соберите. Сравните количества веществ до и после проделанных опытов.

Опыт №2. Разделение гомогенных смесей методом бумажной хроматографии.

А) Разделить гомогенную смесь красного и зелёного красителя.

Оборудование: полоска фильтровальной бумаги, химический стакан, пробка на стакан, фломастеры красный и зелёный, спирт (70% водный раствор).

Методика проведения эксперимента:

Взять полоску фильтровальной бумаги, длина которой на 2-3 см больше высоты химического стакана. На середине этой полоски отметить простым карандашом точку, отступив от края 1. 5 см. В отмеченную точку нанести фломастерами пятна красителей диаметром не более 5 мм. Сначала сделать точку размером 1-2 мм красным фломастером, а затем поверх красного пятнышка нанести зелёное так, чтобы зелёное пятнышко выступало за границу красного примерно на 1 мм. Дать пятну смеси просохнуть (1-2 минуты) и затем осторожно, чтобы не повредить бумагу, обвести его простым карандашом по контуру.

В химический стакан налить спирт слоем 0,5-1 см. Поместить вертикально бумажную полоску с пятном смеси красителей в стакан и отогнуть выступающую часть полоски к наружной поверхности стакана. Пятно красителей должно быть над жидкостью на расстоянии 0,5 см. Накрыть стакан перевёрнутой пробкой. Наблюдать смачивание полоски бумаги и движение окрашенного пятна вверх с разделением его на два пятна. Для полного разделения смеси красителей потребуется около 20 минут. После того, как бумага полностью пропитается спиртом, вынуть её и дать просохнуть 5-10 минут. Отметить цвета разделения пятен. Результаты наблюдений занести в таблицу.

Б) Разделите методом хроматографии на бумаге следующие смеси: спиртовой раствор «зелёнки»; водный раствор чёрной туши для чертёжных работ.

Цель эксперимента: освоить метод бумажной хроматографии, научиться определять разницу между чистыми веществами и смесями.

Оборудование: химический стакан, полоска фильтровальной или промокательной бумаги, спиртовой раствор «зелёнки», водный раствор туши для чертёжных работ.

Методика проведения эксперимента:

Полоску из фильтровальной бумаги необходимо подвесить над сосудом с раствором «зелёнки» и чёрной туши так, чтобы бумага только касалась раствора.

Граница подъёма «зелёнки» и красящего вещества будут отставать от границы подъёма спирта и воды соответственно. Таким образом, происходит разделение двух веществ в составе однородных смесей: а) спирта и бриллиантового зелёного, б) воды и красящего вещества.

Опыт №3. Диффузия.

Цель эксперимента: изучить на практике процесс диффузии.

Оборудование: желатин пищевой, марганцовка, медный купорос, вода, кастрюля, ложечка из нержавеющей стали для перемешивания, электрическая или газовая плитка, пинцет, два прозрачных пузырька.

Методика проведения эксперимента:

Чайную ложечку желатина опустите в стакан с холодной водой и оставьте на час-другой, чтобы порошок успел набухнуть. Перелейте смесь в маленькую кастрюльку. Нагревайте смесь на слабом огне; следите, чтобы она ни в коем случае не закипела! Размешивайте содержимое кастрюльки до тех пор, пока желатин полностью не растворится. Горячий раствор перелейте в два пузырька. Когда он остынет, в середину одного из пузырьков быстрым и осторожным движением введите пинцет, в котором зажат кристаллик марганцовки. Слегка разожмите пинцет и быстро выньте его. В другой пузырёк внесите кристаллик медного купороса. Желатин замедляет процесс диффузии, и несколько часов подряд вы сможете наблюдать очень интересную картину: вокруг кристалликов будет расти окрашенный шар.

Опыт №4. Разделение гомогенных смесей методом кристаллизации.

Вырастить кристалл или кристаллы из насыщенного раствора поваренной соли, медного купороса или алюмокалиевых квасцов.

Цель эксперимента: научиться приготавливать насыщенный раствор поваренной соли или других веществ, выращивать кристаллы различных размеров, закрепить умения и навыки при работе с веществами и химическим оборудованием.

Оборудование: стакан и литровая банка для приготовления раствора, деревянная ложка или палочка для перемешивания, соль для эксперимента – поваренная соль, медный купорос или квасцы, горячая вода, затравка – кристаллик соли, подвешенный на нитке, воронка и фильтровальная бумага.

Методика проведения эксперимента:

Приготовьте насыщенный раствор соли. Для этого сначала налейте в банку горячей воды до половины её объёма, затем порциями добавляйте соответствующую соль, постоянно перемешивая. Добавляйте соли до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Отфильтруйте полученный раствор в стакан через воронку с фильтровальной бумагой или ватой и оставьте раствор остывать на 2-3 часа. Внесите в остывший раствор затравку – кристаллик соли, подвешенный на нити, осторожно накройте раствор крышкой и оставьте на продолжительное время (2-3 дня и более).

Результаты работы и выводы:

Изучите свой кристалл и ответьте на вопросы:

Сколько дней вы выращивали кристалл?

Какова его форма?

Какого цвета кристалл?

Прозрачный он или нет?

Каковы размеры кристалла: высота, ширина, толщина?

Какова масса кристалла?

Зарисуйте или сфотографируйте свой кристалл.

Опыт №5. Разделение гомогенных смесей методом дистилляции.

Получить в домашних условиях 50 мл дистиллированной воды.

Цель эксперимента: научиться разделять однородные смеси методом дистилляции.

Оборудование: эмалированный чайник, две стеклянные банки.

Методика проведения эксперимента:

Налейте в эмалированный чайник на 1/3 объёма воды и поставьте на газовую плиту так, чтобы носик чайника выступал за край плиты. Когда вода закипит, нацепите на носик чайника стеклянную банку-холодильник, под которую приспособьте вторую банку для сбора конденсата. Для того чтобы банка-холодильник не перегревалась, на неё можно класть смоченную холодной водой салфетку.

Результаты работы и выводы:

Ответьте на поставленные вопросы:

Что представляет собой водопроводная вода?

Какими способами разделяют однородные смеси?

Что представляет собой дистиллированная вода? Где и в каких целях она используется?

Зарисуйте проделанный вами опыт.

Опыт №6. Извлечение крахмала из картофеля.

Получить в домашних условиях небольшое количество крахмала.

Оборудование: 2-3 картофелины, тёрка, марля, небольшая кастрюлька, вода.

Методика проведения эксперимента:

Очищенный картофель натрите на мелкой тёрке и полученную массу размешайте в воде. Затем профильтруйте её через марлю и отожмите. Остаток массы в марле вновь перемешайте с водой. Дайте жидкости отстояться. Крахмал осядет на дно посуды. Слейте жидкость, а осевший крахмал вновь размешайте. Повторите операцию несколько раз, пока крахмал не станет совершенно чистым и белым. Профильтруйте и просушите получившийся крахмал.

Как вы думаете, из какого картофеля больше получится крахмала: из молодого (который недавно выкопали) или старого (который всю зиму находился в овощехранилище)?

Опыт №7. Извлечение сахара из сахарной свёклы.

Получить в домашних условиях небольшое количество сахара.

Цель эксперимента: научиться извлекать вещества из растительного сырья.

Оборудование: большая сахарная свёкла, активированный уголь, речной песок, кастрюлька, две банки, вата, ложка, воронка, марля.

Методика проведения эксперимента:

Разрежьте на небольшие кусочки свёклу, положите их в кастрюльку, налейте в неё стакан воды и кипятите 15-20 минут. Ломтики сваренной свёклы тщательно разотрите ложкой или пестиком. Эту массу тёмного цвета профильтруйте через воронку, в которой находится вата. Затем полученный раствор отфильтруйте через воронку, подготовленную специальным образом. В неё положите кусочек марли, на марлю – тонкий слой ваты, потом измельчённый активированный уголь (4-5 таблеток) и тонкий слой (1 см) чистого речного песка (речной песок заранее промыть и высушить). Полученный раствор (фильтрат) поместите в кастрюльку. Нужно выпарить его часть до появления прозрачных кристаллов. Это и есть сахар. Попробуйте его на вкус!

Как вы думаете, зачем нужна фильтрация жидкости через слой активированного угля?

Опыт №8. Извлечение творога из молока.

Получите несколько грамм творога в домашних условиях.

Цель эксперимента: научиться изготавливать творог в домашних условиях.

Оборудование: молоко, уксус, кастрюлька, марля, газовая плита.

Методика проведения эксперимента:

В молоке есть белок. Если молоко закипает, «убегает» через край, то при этом сразу же распространяется характерный для жжёного белка запах. Появление характерного запаха жжёного молока свидетельствует о том, что произошло явление денатурации (сворачивание белка и переход его в нерастворимую форму). Денатурация белка происходит не только из-за нагревания.

Проведём следующий опыт. Подогреем полстакана молока так, чтобы оно стало чуть тёплым, и добавим уксус. Молоко тот час же свернётся, образуя большие хлопья. (Если молоко оставить в тёплом месте, то белок тоже сворачивается, но уже по другой причине – это «работают» молочно-кислые бактерии). Содержимое кастрюльки отфильтровывают через марлю, придерживая её за края. Если потом соединить края марли, приподнять над стаканом и отжать, то на ней останется густая масса – творог.

Опыт №9. Получение сливочного масла.

Получить в домашних условиях небольшое количество сливочного масла.

Цель эксперимента: научиться в домашних условиях извлекать сливочное масло из молока.

Оборудование: молоко, стеклянная банка, небольшой прозрачный пузырёк с пробкой или плотно закрывающейся крышкой.

Методика проведения эксперимента:

Налейте в стеклянную банку свежего молока, поставьте её в холодильник. Через несколько часов, а лучше на следующий день посмотрите внимательно: что произошло с молоком? Объясните наблюдаемое.

Маленькой ложечкой осторожно соберите сливки (верхний слой молока) и перенесите их в пузырёк. Если необходимо сделать масло из сливок, то придётся долго и терпеливо встряхивать их в течение хотя бы получаса в пузырьке, закрытом крышкой, пока не образуется масляный комочек.

Опыт №10. Экстракция.

Провести на практике процесс экстракции.

Цель эксперимента: осуществить практически процесс экстракции.

А) Оборудование: семечки подсолнуха, бензин, пробирка, блюдце, ступка с пестиком.

Методика проведения эксперимента:

Измельчите в ступке несколько штук семечек подсолнуха. Измельчённые семечки переложите в пробирку, и залейте небольшим количеством бензина, хорошо встряхните несколько раз. Дадим пробирке постоять часа два (подальше от огня), не забывая время от времени её встряхивать. Слейте бензин на блюдце и выставьте на балкон. Когда бензин испарится, на дне останется немного масла, которое растворилось в бензине.

Б) Оборудование: йодная настойка, вода, бензин, пробирка.

Методика проведения эксперимента:

Бензином можно извлечь также йод из аптечной йодной настойки. Для этого налейте в пробирку воды на треть, добавьте примерно 1мл йодной настойки и к образовавшемуся буроватому раствору прилейте столько же бензина. Встряхните пробирку и оставьте её в покое. Когда смесь расслоится, то верхний бензиновый слой станет тёмно-бурым, а нижний, водный, - почти бесцветным: ведь йод в воде растворяется плохо, а в бензине – хорошо.

Что такое – экстракция? Процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью экстрагирования – избирательного растворения в определённых жидкостях (экстрагентах) того или иного компонента смеси. Чаще всего экстрагируют вещества из водных растворов органическими растворителями, обычно не смешивающимися с водой. Главные требования к экстрагентам: селективность (избирательность действия), нетоксичность, возможно малая летучесть, химическая инертность и низкая стоимость. Экстракцией пользуются в химической промышленности, нефтепереработке, производстве лекарств и особенно широко в цветной металлургии

Заключение.

Выводы по работе.

При выполнении этой работы я научилась готовить гетерогенные и гомогенные смеси, проводила исследование свойств веществ и выяснила, что при простом составлении смеси из двух компонентов эти вещества не передают своих свойств друг другу, а сохраняют их при себе. На свойствах исходных компонентов (таких как: летучесть, агрегатное состояние, способность к намагничиванию, растворимость в воде, размер частиц и другие) основаны и способы их разделения. При выполнении учебного исследования, я освоила следующие методики разделения гетерогенных смесей: действие магнитом, отстаивание, фильтрование и гомогенных смесей: выпаривания, кристаллизации, дистилляции, хроматографии, экстракции. Мне удалось выделить из пищевых продуктов чистые вещества: сахар из сахарной свёклы, крахмал из картофеля, творог и сливочное масло из молока. Я поняла, что химия – это очень интересная и познавательная наука, и что знания, полученные на уроках химии и во внеурочное время очень пригодятся мне в жизни.

Результаты разделения смеси железа и песка.

опыт №1 №1 №1 №2 №2

вещество железо песок смесь часть 1 часть 2

цвет серый жёлтый серо-жёлтая серый жёлтый притяжение к магниту есть нет есть есть нет вывод свойства железа и свойства железа и смеси присущи выделенное вещество - выделенное вещество -

песка различны песка различны свойства и железа, и железо песок песка

Результаты разделения красителей на бумаге.

опыт №1 №2 вещество смесь красителей до разделения смесь красителей после разделения цвет чёрный краситель №1 – красный краситель №2 - зелёный вывод данная смесь является гомогенной. смесь разделена на два исходных вещества; это красный и зелёный красители.

Учебный эксперимент
в начале курса химии

Разделение смесей и очистка веществ

Продолжение. Начало см. в № 19/2007

В природе чистые вещества встречаются редко, чаще всего они входят в состав смесей . И в быту мы имеем дело в основном не с индивидуальными (отдельными) веществами, а со смесями или материалами сложного состава. Предметом же изучения науки химии является вещество и его превращения. Следовательно, учащиеся должны усвоить, что одной из важнейших задач химии является получение индивидуальных (чистых) веществ. Эта проблема имеет два решения:

синтез веществ в лабораториях, на заводах, фабриках и комбинатах из других веществ и материалов;

разделение смесей (природных или искусственных) на отдельные компоненты – индивидуальные вещества.

Напоминаем, что задания для углубления и систематизации знаний учащихся напечатаны курсивом.

Опыты по разделению смесей
и очистке веществ физическими методами

В зависимости от агрегатного состояния и свойств составляющих их компонентов смеси бывают однородными и неоднородными . В любом случае вещества в смеси сохраняют свои свойства.

Разделение смеси физическими или химическими методами возможно тогда, когда вещества (компоненты), их составляющие, обладают резко различными свойствами. Выбор метода разделения смесей зависит не только от типа смеси (однородные или неоднородные) и индивидуальных свойств компонентов, но и от того, какое вещество или вещества необходимо выделить в чистом виде. При этом надо учитывать, что полученные в результате разделения смеси вещества не будут абсолютно чистыми веществами , а будут содержать определенную долю примеси.

Изучите этикетки на упаковках различных веществ (химических реактивов) в химическом кабинете. Обратите внимание на цветовые и вербальные обозначения различной чистоты веществ и содержание в них примесей в соответствии со стандартом или техническим условием каждого реактива.

ОПЫТ 1. Вещества в смеси сохраняют свои индивидуальные свойства

Оборудование и материалы. Магнит, ступка с пестиком, стаканы, бумага; вода, сера, железо (порошок).

Проведение. Разотрите серу в ступке и высыпьте (2–3 г) на лист белой бумаги. На другой лист бумаги насыпьте порошок железа (2–3 г). Рассмотрите внешние признаки этих веществ. Здесь и далее в этом опыте обратите внимание на сходство и различие индивидуальных свойств железа и серы (агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, смачиваемость водой, плотность, действие магнита и т.д.). Добавьте по щепотке серы и железа в стаканчики с водой. Накройте порции веществ на листках бумаги другими листками и прикоснитесь к ним сверху магнитом.

Разотрите в ступке порошок железа (2 г) с серой (2 г) и рассмотрите смесь. Бросьте щепотку полученной смеси в стаканчик с водой. Другую порцию смеси насыпьте на лист бумаги, накройте другим листом и поднесите магнит. Подробно опишите ваши наблюдения. Ответьте на вопросы.

1. Почему тонко измельченный порошок серы не тонет в воде? Обусловлено ли это свойство плотностью серы или здесь другая причина?

2. Какие свойства серы и железа вы установили в этом опыте?

3. Сохранились ли данные индивидуальные свойства компонентов в смеси?

4. Какие свойства серы и железа были использованы в этом опыте для разделения смеси железа с серой?

ОПЫТ Ы 2–3. Неоднородные смеси можно разделить отстаиванием

Оборудование и материалы. Штатив, стаканы, цилиндры, делительные воронки; мутная (глина и песок) вода, смесь растительного масла и воды.

Проведение. Взболтайте мутную воду в стакане и вылейте суспензию в цилиндр. Перемешайте тщательно смесь масла с водой и перелейте эмульсию в делительную воронку, закрепленную в штативе.

Отметьте ваши наблюдения через 1, 2, 5 мин. Декантируйте жидкость из цилиндра в чистый стакан. Рассмотрите остаток в цилиндре и воду в стакане.

Повернув кран делительной воронки, слейте из нее нижний слой жидкости в стакан.

1. Какие свойства компонентов позволили разделить данные смеси?

2. Можно ли утверждать, что выделенные из смеси вещества (какие?) являются чистыми?

3. Приведите примеры разделения смесей методом отстаивания, применяемые на практике. На различии каких свойств веществ основан этот метод?

ОПЫТ 4. Разделение неоднородных смесей
можно ускорить центрифугированием

Оборудование и материалы. Центрифуга; мутная (глина) вода.

Проведение. Налейте суспензию в центрифужные пробирки, установите их в гнезда центрифуги и включите прибор в соответствии с инструкцией (или используйте ручную центрифугу) на 3–5 мин. Слейте воду в чистый стакан.

ОПЫТ Ы 5–6. Суспензии можно разделить
на компоненты фильтрованием

Оборудование и материалы. Штатив с кольцом, воронка для фильтрования, стаканы, стеклянные палочки, фильтровальная бумага, вата, марля; мутная вода, 3%-й раствор сульфата меди(II).

Проведение. Соберите установку для фильтрования и проведите фильтрование мутной воды сначала через слой марли, затем – ваты и, наконец, используя фильтровальную бумагу с достаточно мелкими порами. Аналогичный опыт проведите с раствором сульфата меди(II).

Отметьте ваши наблюдения, сравните чистоту фильтрата при использовании различных фильтрующих материалов и применении различных методов для разделения смесей. Сделайте соответствующие выводы.

1. Можно ли разделить фильтрованием смесь воды и растительного масла или другие эмульсии?

2. Приведите примеры практического разделения смесей с помощью фильтрования. На чем основан этот метод разделения смесей?

3. Какие смеси можно разделить фильтрованием, а какие смеси невозможно разделить этим методом?

ОПЫТ 7. Некоторые смеси можно разделить с помощью магнита

Оборудование и материалы. Магнит, листочки бумаги 10х10 см; смесь порошка железа с песком, набор (смесь) монет различного достоинства, смесь магнетита с пустой породой .

Проведение. Смесь помещают на лист бумаги, накрывают другим листком, подносят магнит и, не убирая его, переворачивают верхний листок с веществом, притягивающимся к магниту.

Опишите ваши наблюдения. Проверьте, какие еще вещества и материалы притягиваются магнитом.

1. Какие вещества или материалы выделились из смесей с помощью магнита?

2. На чем основан метод магнитного разделения смесей? Приведите примеры использования этого метода на практике.

ОПЫТ 8. Флотация применяется
для обогащения полезных ископаемых

Оборудование и материалы. Высокий химический стакан, шпатель; смесь тонко измельченной серы с песком, вода.

Проведение. С помощью шпателя подсыпайте небольшими порциями смесь серы с песком в стакан с водой, каждый раз хорошо перемешивая содержимое стакана.

Опишите ваши наблюдения. Уточните по справочнику плотность песка, серы и воды и запишите их значения в тетрадь.

1. Заметили ли вы какие-либо противоречия между свойствами серы и плотностью этого вещества?

2. Приведите примеры практического применения флотации как метода разделения веществ при обогащении полезных ископаемых. На чем основан этот метод?

ОПЫТ Ы 9–10. Можно ли выпариванием растворов
получить соль и сахарный песок?

Оборудование и материалы. Штатив с кольцом, сетка, фарфоровые чашки для выпаривания, спиртовка (горелка); 30%-й раствор поваренной соли, 40%-й раствор сахара.

Проведение. Соберите установку для выпаривания. Налейте 3–4 мл раствора поваренной соли в чашку и проведите выпаривание жидкости почти досуха. Тигельными щипцами снимите чашку с огня и убедитесь, что вода полностью выпарилась. В противном случае осторожно доведите опыт до конца, не допуская излишнего перегрева соли. (О с т о р о ж н о! Возможно разбрызгивание горячего концентрированного раствора.) После того как чашка с солью остынет, соберите сухой остаток на чистый лист бумаги. Аналогично (о с т о р о ж н о!) проведите выпаривание 3–4 мл раствора сахара. Попытайтесь и в этом случае собрать сухой остаток.

Опишите ваши наблюдения и сравните результаты выпаривания растворов поваренной соли и сахара. Обратите внимание на внешний вид полученных веществ. П о м н и т е, что пробовать вещества на вкус в лаборатории категорически запрещается!

1. Все ли твердые вещества, растворенные в воде, можно получить в чистом виде путем выпаривания раствора при обычных условиях?

2. Приведите примеры получения веществ в чистом виде методом выпаривания на практике. На чем основан этот метод?

ОПЫТ 11. Можно ли морскую воду превратить в пресную воду?

Оборудование и материалы. Установка для дистилляции воды, битый фаянс, предметные стекла, пипетки, тигельные щипцы; 3%-й раствор поваренной соли (имитация морской воды).

Проведение. Выпарьте каплю «морской воды» на предметном стекле и докажите, что данный образец жидкости является раствором. (На месте выпаренной капли останется «пятно» соли.) Соберите установку для дистилляции воды или ее упрощенный вариант, поместив предварительно в колбу для дистилляции кусочки битого фаянса (для равномерного кипения жидкости) и отгоните
2–3 мл дистиллята . Проверьте на чистоту пробу полученной порции дистиллированной воды путем выпаривания на предметном стекле.

Опишите наблюдения, сравните результаты выпаривания капель «морской» и дистиллированной воды, оцените эффективность данного метода очистки веществ.

1. Какие смеси (однородные или неоднородные) можно разделять методом дистилляции?

2. Какие компоненты смесей можно, а какие нельзя выделять путем дистилляции?

3. Приведите примеры практического применения дистилляции (перегонки). На чем основан этот способ очистки веществ?

ОПЫТ 12. Красивые кристаллы можно «вырастить» дома

Оборудование и материалы. Стаканы, нагревательный прибор, капроновая нить, стеклянная палочка; медный купорос, поваренная соль и другие соли, вода.

Проведение. Приготовьте 250–300 мл насыщенного при 30 °С раствора cоли (из имеющейся в наличии). Если раствор содержит видимые примеси, профильтруйте его в большой стакан.

К середине стеклянной палочки привяжите тонкую капроновую нить. Положите палочку на верх стакана, а свободный конец нити опустите в раствор почти до дна сосуда. Через 1–2 дня осмотрите нить и снимите с нее все кристаллики, кроме одного – самого крупного и самой правильной формы. Раствор можно вновь нагреть до растворения выпавших кристаллов и после охлаждения повторно опустить в него нить с кристаллом. Операцию проводят до получения крупного кристалла. Выращенные кристаллы лучше хранить в прозрачных закрытых сосудах, снабдив их этикетками.

Зарисуйте полученные кристаллы, сравните формы крупных и мелких кристаллов одного и того же вещества и формы кристаллов различных веществ. Сделайте соответствующие выводы.

Приведите примеры практического применения кристаллизации и перекристаллизации в качестве способа очистки веществ. На чем основан этот метод?

ОПЫТ 13. Растворимость йода в гексане выше, чем в воде

Оборудование и материалы. Делительная воронка, стакан; йодная вода, гексан (можно взять неокрашенный бензин или керосин прямой перегонки).

Проведение. Налейте в делительную воронку 5–10 мл йодной воды и осторожно по стенке сосуда добавьте 2–3 мл растворителя. Обратите внимание, что растворитель легче воды. Закройте воронку пробкой и осторожно, придерживая пробку, перемешайте смесь. Обратите внимание, что йод перешел из водного слоя в слой растворителя.

Опишите ваши наблюдения, сравните окраски исходных и полученных растворов. Объясните эти изменения. По словарю найдите толкование понятия «экстракция».

Приведите примеры практического применения экстракции как способа очистки и выделения веществ. На чем основан этот метод?

ОПЫТ 14. Черный уголь обесцвечивает чернила

Оборудование и материалы. Коническая колба, принадлежности для фильтрования; вода, чернила, таблетки активированного угля.

Проведение. Налейте в колбу 40–50 мл воды и добавьте 1–3 капли чернил, чтобы получился слабо окрашенный раствор. В колбу добавьте 3–5 таблеток активированного угля и круговыми движениями колбы интенсивно перемешайте смесь. Дайте смеси отстояться. Если обесцвечивания не произошло, добавьте еще несколько таблеток угля и повторите перемешивание. Убедившись, что адсорбция произошла полностью, профильтруйте смесь.

На чем основано явление адсорбции и где оно находит практическое применение?

ОПЫТ 15. Мы «пишем» красками

Оборудование и материалы. Фильтровальная бумага, пипетки, вода, фломастеры различных цветов.

Проведение. Несколькими прикосновениями цветного фломастера в одну и ту же точку получите на фильтровальной бумаге небольшое, но интенсивно окрашенное пятно. Капните каплю спирта или воды в центр пятна и по мере его расплывания добавляйте следующие капли растворителя. Если краситель однороден, то и цветное кольцо получится однородным. Если же краситель фломастера состоит из смеси нескольких красок, то вы получите хроматограмму из нескольких цветов, соответствующих составу красителя. Метод разделения сложных окрашенных смесей на составные части в данном случае называется бумажной хроматографией . Окрашенное пятно можно получить на бумаге также с помощью двух или более фломастеров и повторить опыт.

Опишите ваши наблюдения в эксперименте по разделению смеси методом хроматографии. Метод основан на различной степени адсорбции веществ специальными адсорбентами.

Приведите примеры разделения веществ методом хроматографии с помощью различных адсорбентов. На чем основан этот метод?

Вопросы и задания для систематизации
и обобщения понятий темы

1. Составьте план разделения следующих смесей:

а) песок, соль;

б) песок, глина, древесные опилки;

в) песок, йод, поваренная соль;

г) мелкие железные гвозди, бытовой мусор;

д) железные опилки, поваренная соль, сера.

2. Если повар пересолил суп, то рекомендуется опустить в кастрюлю небольшой полотняный мешочек с рисом (20–30 г) на 10–15 мин. На чем основано действие этого «бабушкиного секрета»? Можете ли вы предложить другой способ, как исправить дело?

3. Муку перед приготовлением теста просеивают через сито. Можно ли просеивание отнести к одному из методов очистки веществ? Если да, то на чем основан этот метод?

4. В известных сказках мачеха или другие злыдни заставляли героиню разделять некоторые смеси на отдельные компоненты. Вспомните, какие это были смеси и на основе какого метода они были разделены?

Г.И.ШТРЕМПЛЕР,
профессор кафедры химии
и методики обучения
Саратовского государственного
университета

Печатается с продолжением

Смеси можно разделять разными способа-ми, среди которых наиболее распространён-ными являются отстаивание, фильтрование, выпаривание.

Отстаивание. Отстаиванием разделяют сме-си, компоненты которых легко отделяются, например смесь крахмала и воды (рис. 25, а).

Вскоре после приготовления смеси мы видим, что крахмал оседает на дно (рис. 25, б), поскольку он нерастворим и тяжелее воды. Слой воды располагается над крахмалом. На рис. 25, в показано, как эту смесь разделяют, аккуратно сливая воду.

Однако полного разделения компонентов смеси отстаиванием не произойдёт. Часть воды остаётся с крахмалом либо часть крах-мала вместе с водой отделяется от смеси.

Проведём разделение смеси растительно-го масла и воды (рис. 26). Для разделения ис-пользуем лабораторное оборудование, которое называется делительная воронка. Как и в пер-вом случае, эти вещества не растворяются друг в друге, но растительное масло легче воды.

Смесь поместим в делительную воронку. Вскоре слой растительного масла располо-жится сверху над водой. Чётко видна линия раздела двух жидкостей. Поворотом крани-ка открывают в воронке отверстие, через ко-торое в стакан выливается вода. После выли-вания воды кран закрывают. Через верхнее отверстие воронки растительное масло сли-вают в отдельную посуду.

Отстаивание — один из способов разделения сме-сей. Компоненты смеси в результате отстаивания расслаиваются, поэтому их легко разделить.

Фильтрование. Для разделения смеси жидкости и нерастворимого в ней твёрдого вещества лучше использовать способ фильтрования.

Для проведения фильтрования понадобится до-полнительное оборудование — обычная воронка, фильтр, стеклянная палочка. Фильтры — это не-плотные пористые материалы, через которые про-сачивается жидкость, но не проникают частицы твёрдого компонента смеси. Такими свойствами обладают бумага, ткань, слой песка, вата.

Фильтрование — это способ разделения смеси пропусканием её через фильтры, способные задер-живать частицы одного из её компонентов.

На рис. 27 показано, как разделить смесь желез-ных опилок и воды фильтрованием. Смесь воды и опилок осторожно по стеклянной палочке, пристав-ленной сбоку воронки, как показано на рисунке, выливают на фильтр. Вода быстро проникает через имеющиеся в фильтре поры и стекает в посудину-приёмник. Видим, как в посудину-приёмник посту-пает прозрачная чистая вода. Размеры железных опилок больше, чем поры фильтра, поэтому оседают на нём.

Как и в предыдущих двух опытах, смеси удалось разделить, поскольку один компонент смеси не рас-творялся в другом.

Выпаривание. В природе и быту довольно много смесей, в которых частицы веществ настолько пере-мешаны и малых размеров, что ни отстаиванием, ни фильтрованием их не разделить. Например, смесь воды и поваренной соли проходит через фильтр полностью, ни один из её компонентов не остаётся на фильтре. Как разделить эту смесь? В данном слу-чае используют другой способ — выпаривание.

Выпаривание — это удаление при нагревании жидкого компонента смеси.

На рис. 28, а показано приготовление смеси по-варенной соли и воды, а также её разделение вы-париванием. Материал с сайта

При выпаривании вода испаряется и превраща-ется в водяной пар (рис. 28, б). На дне посудины, в которой проходило выпаривание, остаётся твёрдое вещество — поваренная соль (рис. 28, в).

Кроме рассмотренных, имеются и другие способы раз-деления смесей . Например, свойство веществ притяги-ваться к магниту. Этот способ разделения смесей можно использовать, если одно из веществ реагирует на действие магнита, а другое — нет.

Намагничивание свойственно железу и отсутствует у серы. Если к смеси этих веществ поднести магнит (это можно сделать через тонкий лист бумаги), то смесь разде-лится, железные опилки притянутся к магниту, потом его легко можно очистить от них.

Используя большие магниты на заводах по переработке металлов, железный лом отделяют от других компонентов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

• способы разделения смесей реферат
• способы разделения смесей отстаивание