Gdje se metode razdvajanja smjesa koriste u praksi. Za pročišćavanje tvari koriste se različite metode odvajanja smjesa. Isparavanje ili kristalizacija
Pročitajte također
Da bi se utvrdila svojstva neke supstance, neophodno je da ona bude u čistom obliku, ali supstance se u prirodi ne javljaju u svom čistom obliku. Svaka tvar uvijek sadrži određenu količinu nečistoća. Supstanca u kojoj gotovo da nema nečistoća naziva se čistom. Oni rade sa takvim supstancama u naučnoj laboratoriji ili školskoj hemijskoj laboratoriji. Imajte na umu da apsolutno čiste supstance ne postoje.
Smjese uključuju gotovo sve prirodne tvari, prehrambene proizvode (osim soli, šećera i nekih drugih), građevinske materijale, kućnu hemiju, te mnoge lijekove i kozmetiku.
Prirodne tvari su mješavine, koje se ponekad sastoje od vrlo velikog broja različitih tvari. Na primjer, prirodna voda uvijek sadrži soli i plinove otopljene u njoj. Ponekad vrlo mala količina nečistoće može dovesti do vrlo jake promjene u nekim svojstvima tvari. Na primjer, sadržaj samo stotih dijelova željeza ili bakra u cinku ubrzava njegovu interakciju sa hlorovodoničnom kiselinom stotinama puta. Kada je jedna od supstanci u preovladavajućoj količini u smeši, cijela smeša obično nosi njeno ime.
Komponenta je svaka tvar sadržana u mješavini.
Homogene smjese.
Dodajte mali dio šećera u čašu vode i miješajte dok se sav šećer ne otopi. Tečnost će biti slatkastog ukusa. Tako šećer nije nestao, već je ostao u smjesi. Ali nećemo vidjeti njegove kristale, čak ni kada ispitujemo kap tečnosti kroz moćan mikroskop.
Rice. 3. Homogena smjesa (vodeni rastvor šećera)
Pripremljena mešavina šećera i vode je homogena (slika 3); u njemu su ravnomjerno pomiješane najmanje čestice ovih tvari.
Smjese u kojima se komponente ne mogu otkriti golim okom nazivaju se homogene.
Voda pomešana sa peskom, kredom ili glinom smrzava se na temperaturi od O 0 C i ključa na 100 0 C.
Neke vrste heterogenih mješavina imaju posebne nazive: pjena (na primjer, polistirenska pjena, sapunska pjena), suspenzija (mješavina vode s malom količinom brašna), emulzija (mlijeko, dobro promućkano biljno ulje i voda), aerosol ( dim, magla).
Rice. 5. Heterogene smjese:
a - mješavina vode i sumpora;
b - mješavina biljnog ulja i vode;
c - mješavina zraka i vode
Postoje različiti načini razdvajanja mješavina. Na izbor metode odvajanja smjese utječu svojstva tvari koje formiraju smjesu.
Pogledajmo detaljnije svaku metodu:
Zagovaranje- uobičajena metoda prečišćavanja tečnosti od mehaničkih nečistoća nerastvorljivih u vodi, ili tečne supstance koje su međusobno nerastvorljive i različite gustine.
Sedimentacija se koristi u pripremi vode za tehnološke i kućne potrebe, tretmanu kanalizacije, dehidraciji i odsoljavanju sirove nafte, te u mnogim hemijsko-tehnološkim procesima. To je važna faza u prirodnom samopročišćenju prirodnih i umjetnih rezervoara.
Filtracija– odvajanje tečnosti od čvrstih nerastvorljivih nečistoća; Molekuli tekućine prolaze kroz pore filtera, a zadržavaju se velike čestice nečistoća.
Zamislite da je ispred vas mješavina riječnog pijeska i vode. Odredite vrstu mješavine. ( heterogena). Uporedite fizička svojstva riječnog pijeska i vode. (To su supstance koje su nerastvorljive jedna u drugoj i imaju različite gustine). Predložite metodu za odvajanje ove smjese ( filtriranje).
Djelovanje magnetom je metoda odvajanja heterogenih smjesa kada je jedna od tvari u smjesi sposobna da bude privučena magnetom
isparavanje – ovo je metoda odvajanja homogenih smjesa, u kojoj se čvrsta topiva tvar oslobađa iz otopine kada se zagrije, voda isparava, a kristali čvrste tvari ostaju.
Destilacija (latinski za "padanje") – Ovo je metoda odvajanja homogenih smjesa, u kojoj se tečne smjese razdvajaju na frakcije koje se razlikuju po sastavu. Izvodi se djelomičnim isparavanjem tekućine nakon čega slijedi kondenzacija pare. Destilirana frakcija (destilat) obogaćena je relativno hlapljivim (nisko ključajućim) supstancama, a nedestilirana tekućina (dno) obogaćena je relativno manje hlapljivim (visokim ključanjem) tvarima.
U laboratoriju se destilacija vrši pomoću posebne instalacije (slika 6). Kada se mješavina tekućina zagrije, prvo proključa supstanca s najnižom tačkom ključanja. Njena para napušta posudu, hladi se, kondenzuje1, a nastala tečnost teče u prijemnik. Kada ove tvari više nema u smjesi, temperatura će početi rasti, a s vremenom će još jedna tečna komponenta ključati. Neisparljive tečnosti ostaju u posudi.
Rice. 6. Laboratorijska instalacija za destilaciju: a - konvencionalna; b - pojednostavljeno
1 - mješavina tečnosti sa različitim tačkama ključanja;
2 - termometar;
3 - frižider za vodu;
4 - prijemnik
Pogledajmo kako neki koriste metode razdvajanje smjesa.
Proces filtracije je u osnovi rada respiratora - uređaja koji štiti pluća osobe koja radi u vrlo prašnjavoj prostoriji. Respirator ima filtere koji sprečavaju ulazak prašine u pluća (slika 7). Najjednostavniji respirator je zavoj od nekoliko slojeva gaze. Usisivač takođe ima filter koji uklanja prašinu iz vazduha.
Rice. 7. Radnik na respiratoru
Zaključite kojim metodama možete odvojiti mješavinu topivih i nerastvorljivih tvari u vodi.
Čista supstancasadrži samo čestice jedan tip. Primjeri uključuju srebro (sadrži samo atome srebra), sumpornu kiselinu i ugljični monoksid ( IV) (sadrže samo molekule odgovarajućih supstanci). Sve čiste supstance imaju stalna fizička svojstva, na primjer, tačku topljenja (T pl ) i tačku ključanja ( T bale ).
Supstanca nije čista ako sadrži bilo koju količinu jedne ili više drugih supstanci –nečistoće.
Zagađivači snižavaju tačku smrzavanja i podižu tačku ključanja čiste tečnosti. Na primjer, ako u vodu dodate sol, temperatura smrzavanja otopine će se smanjiti.
Smjese sastoje se od dva ili više supstance. Tlo, morska voda, zrak su primjeri različitih mješavina. Mnoge smjese se mogu razdvojiti na sastavne dijelove - Komponente – na osnovu razlike u njihovim fizičkim svojstvima.
Tradicionalno metode koje se koriste u laboratorijskoj praksi za razdvajanje smjesa na pojedinačne komponente su:
filtracija,
taloženje praćeno dekantiranjem,
odvajanje pomoću lijevka za odvajanje,
centrifugiranje,
isparavanje,
kristalizacija,
destilacija (uključujući frakcijsku destilaciju),
hromatografija,
sublimacija i drugi.
Filtracija. Filtracija se koristi za odvajanje tečnosti od malih čvrstih čestica suspendovanih u njoj.(Sl. 37) , tj. filtriranje tečnosti kroz fino porozne materijale –filteri, koji propuštaju tečnost i zadržavaju čvrste čestice na svojoj površini. Tečnost koja je prošla kroz filter i oslobođena čvrstih nečistoća u njemu naziva se filtrat.
U laboratorijskoj praksi se često koristiglatki i presavijeni papir filteri(Sl. 38) , napravljen od neljepljenog filter papira.
Za filtriranje vrućih otopina (na primjer, u svrhu rekristalizacije soli), koristite posebanlijevak vrućeg filtera(Sl.39) sa grijanjem na struju ili vodu).
Često se koristivakuumska filtracija. Filtracija pod vakuumom koristi se za ubrzavanje filtracije i potpunije oslobađanje taloga iz otopine. U tu svrhu sastavlja se uređaj za vakuumsku filtraciju. (Sl.40) . Sastoji se odBunzenova boca, porculanski Buchnerov lijevak, sigurnosna boca i vakuum pumpa(obično vodeni mlaz).
U slučaju filtriranja suspenzije slabo topljive soli, kristali potonje mogu se isprati destilovanom vodom na Buchnerovom lijevu kako bi se uklonio izvorni rastvor sa njihove površine. U tu svrhu koriste perilica(Sl.41) .
Decantacija. Tečnosti se mogu odvojiti od nerastvorljivih čvrstih materijadekantiranjem(Sl.42) . Ova metoda se može koristiti ako čvrsta materija ima veću gustinu od tečnosti. Na primjer, ako se riječni pijesak doda u čašu vode, onda će se, kada se taloži, taložiti na dno čaše, jer je gustina pijeska veća od vode. Tada se voda može odvojiti od pijeska jednostavnim ispuštanjem. Ova metoda taloženja i zatim odvodnjavanja filtrata naziva se dekantiranje.
Centrifugiranje.D Kako bi se ubrzao proces odvajanja vrlo malih čestica koje formiraju stabilne suspenzije ili emulzije u tekućini, koristi se metoda centrifugiranje. Ova metoda se može koristiti za razdvajanje mješavina tekućih i čvrstih tvari koje se razlikuju po gustoći. Podjela se vrši u ručne ili električne centrifuge(Sl.43) .
Odvajanje dve tečnosti koje se ne mešaju, imaju različite gustine i ne stvaraju stabilne emulzije,može se izvesti pomoću lijevka za odvajanje (Sl.44) . Na ovaj način možete odvojiti, na primjer, mješavinu benzena i vode. Sloj benzena (gustina = 0,879 g/cm 3 ) nalazi se iznad sloja vode, koji ima veliku gustinu ( = 1,0 g/cm 3 ). Otvaranjem slavine levka za odvajanje možete pažljivo isprazniti donji sloj i odvojiti jednu tečnost od druge.
Isparavanje(Sl.45) – ova metoda uključuje uklanjanje rastvarača, na primjer, vode, iz otopine zagrijavanjem u porculanskoj posudi koja isparava. U tom slučaju, isparena tekućina se uklanja, a otopljena tvar ostaje u posudi za isparavanje.
Kristalizacija je proces oslobađanja kristala čvrste tvari kada se otopina ohladi, na primjer, nakon što se ispari. Treba imati na umu da kada se otopina polako hladi, nastaju veliki kristali. Kada se brzo ohlade (na primjer, hlađenjem tekućom vodom), formiraju se mali kristali.
Destilacija- metoda prečišćavanja supstance koja se zasniva na isparavanju tečnosti pri zagrevanju, nakon čega sledi kondenzacija nastalih para. Pročišćavanje vode od otopljenih soli (ili drugih supstanci, kao što su boje) destilacijom se naziva destilacija, a sama pročišćena voda je destilirana.
Frakciona destilacija(Sl.46) koristi se za odvajanje mješavina tekućina s različitim tačkama ključanja. Tečnost sa nižom tačkom ključanja brže ključa i prolazi kroz frakciona kolona(ilirefluks kondenzator). Kada ova tečnost dođe do vrha kolone za frakcionisanje, ona ulazifrižider, ohladiti vodom i procijeditizajednoide naprijemnik(boca ili epruveta).
Frakcijska destilacija se može koristiti za odvajanje, na primjer, mješavine etanola i vode. Tačka ključanja etanola 78 0 C, a voda je 100 0 C. Etanol lakše isparava i prvi prolazi kroz frižider do prijemnika.
sublimacija - Metoda se koristi za pročišćavanje supstanci koje, kada se zagriju, mogu preći iz čvrstog u plinovito stanje, zaobilazeći tekuće stanje. Zatim se pare tvari koja se pročišćava kondenziraju, a nečistoće koje ne mogu sublimirati se odvajaju.
Tema: “Metode odvajanja smjesa” (8. razred)
Teorijski blok.
Definicija pojma "mješavina" data je u 17. vijeku. Engleski naučnik Robert Bojl: “Mješavina je integralni sistem koji se sastoji od heterogenih komponenti.”
Uporedne karakteristike smjese i čiste tvari
|
Znakovi poređenja |
Čista supstanca |
Smjesa |
|
Konstantno |
Nestalan |
|
|
Supstance |
Isto |
Razno |
|
Fizička svojstva |
Trajno |
Nestalan |
|
Promjena energije tokom formiranja |
Dešava se |
Ne dešava se |
|
Odvajanje |
Kroz hemijske reakcije |
Fizičkim metodama |
Smjese se međusobno razlikuju po izgledu.
Klasifikacija smjesa je prikazana u tabeli:
Navedimo primjere suspenzija (riječni pijesak + voda), emulzije (biljno ulje + voda) i rastvora (vazduh u tikvici, kuhinjska so + voda, sitna promena: aluminijum + bakar ili nikal + bakar).
Metode odvajanja smjesa
U prirodi tvari postoje u obliku mješavina. Za laboratorijska istraživanja, industrijsku proizvodnju, te za potrebe farmakologije i medicine potrebne su čiste supstance.
Za prečišćavanje supstanci koriste se različite metode za odvajanje smjesa.
Isparavanje je odvajanje čvrstih tvari otopljenih u tekućini pretvaranjem u paru.
destilacija- destilacija, odvajanje supstanci sadržanih u tečnim smešama prema tačkama ključanja, nakon čega sledi hlađenje pare.
U prirodi se voda ne pojavljuje u svom čistom obliku (bez soli). Okeanska, morska, riječna, bunara i izvorska voda su vrste rastvora soli u vodi. Međutim, ljudima je često potrebna čista voda koja ne sadrži soli (koja se koristi u automobilskim motorima; u hemijskoj proizvodnji za dobijanje različitih rastvora i supstanci; u izradi fotografija). Takva voda se naziva destilovana, a način dobijanja naziva se destilacija.
Filtracija - proceđivanje tečnosti (gasova) kroz filter kako bi se očistile od čvrstih nečistoća.
Ove metode se zasnivaju na razlikama u fizičkim svojstvima komponenti smeše.
Razmotrite metode razdvajanja heterogena i homogene smjese.
|
Primjer mješavine |
Metoda razdvajanja |
|
Suspenzija - mješavina riječnog pijeska i vode |
Zagovaranje Odvajanje braniti na osnovu različitih gustina supstanci. Teži pijesak se taloži na dno. Možete i odvojiti emulziju: odvojite ulje ili biljno ulje od vode. U laboratoriji se to može učiniti pomoću lijevka za odvajanje. Nafta ili biljno ulje formira gornji, lakši sloj. Kao rezultat taloženja, rosa pada iz magle, čađ se taloži iz dima, a kajmak se taloži u mlijeku. Odvajanje mješavine vode i biljnog ulja taloženjem |
|
Mešavina peska i kuhinjske soli u vodi |
Filtracija Koja je osnova za razdvajanje heterogenih smjesa korištenjem filtriranje?O različitoj rastvorljivosti supstanci u vodi i na različitim veličinama čestica. Kroz pore filtera prolaze samo čestice sličnih supstanci, dok se veće čestice zadržavaju na filteru. Na ovaj način možete odvojiti heterogenu mješavinu kuhinjske soli i riječnog pijeska. Kao filteri mogu se koristiti razne porozne materije: vata, ugalj, pečena glina, presovano staklo i dr. Metoda filtracije je osnova za rad kućanskih aparata, kao što su usisivači. Koriste ga kirurzi - zavoji od gaze; bušači i radnici u liftovima - respiratorne maske. Koristeći cediljku za filtriranje listova čaja, Ostap Bender, junak dela Ilfa i Petrova, uspeo je da uzme jednu od stolica od Eločke Ogre („Dvanaest stolica“). Odvajanje mješavine škroba i vode filtracijom |
|
Mešavina gvožđa i sumpora u prahu |
Djelovanje magnetom ili vodom Gvozdeni prah privukao je magnet, ali prah sumpora nije. Prah sumpora koji se ne može kvašiti isplivao je na površinu vode, a prah teškog gvožđa koji se može kvašiti slegao se na dno. Odvajanje mješavine sumpora i željeza pomoću magneta i vode
|
|
Rastvor soli u vodi je homogena smjesa |
Isparavanje ili kristalizacija Voda isparava, ostavljajući kristale soli u porculanskoj šolji. Kada se voda isparava iz jezera Elton i Baskunchak, dobija se kuhinjska so. Ova metoda odvajanja temelji se na razlici u tačkama ključanja otapala i otopljene tvari Ako se neka tvar, na primjer šećer, raspadne kada se zagrije, tada se voda ne isparava u potpunosti - otopina se isparava, a zatim se iz njega talože kristali šećera. zasićeni rastvor ponekad je potrebno ukloniti nečistoće iz rastvarača sa nižom temperaturom ključanja, na primer vode iz soli. U tom slučaju, pare tvari moraju se prikupiti i zatim kondenzirati nakon hlađenja. Ova metoda odvajanja homogene smjese naziva se destilacija ili destilacija. U posebnim uređajima - destilatorima dobija se destilovana voda koja se koristi za potrebe farmakologije, laboratorija, rashladnih sistema automobila. Kod kuće možete napraviti takav destilator: Ako odvojite mješavinu alkohola i vode, tada će se alkohol s tačkom ključanja = 78 °C prvo oddestilirati (sakupiti u prijemnoj epruveti), a voda će ostati u epruveti. Destilacija se koristi za proizvodnju benzina, kerozina i plinskog ulja iz nafte. Odvajanje homogenih smjesa |
Posebna metoda za razdvajanje komponenti, zasnovana na njihovoj različitoj apsorpciji određenom supstancom, je hromatografija.
Pomoću hromatografije ruski botaničar M. S. Cvet je prvi izolovao hlorofil iz zelenih delova biljaka. U industriji i laboratorijama umjesto filter papira za hromatografiju koriste se škrob, ugalj, krečnjak i aluminijev oksid. Da li su uvek potrebne supstance sa istim stepenom prečišćavanja?
Za različite namjene potrebne su tvari s različitim stupnjevima prečišćavanja. Vodu za kuhanje treba ostaviti da odstoji dovoljno da se uklone nečistoće i hlor koji se koristi za dezinfekciju. Voda za piće mora se prvo prokuhati. A u hemijskim laboratorijama, za pripremu otopina i izvođenje eksperimenata, u medicini, potrebna je destilirana voda, pročišćena što je više moguće od tvari otopljenih u njoj. Posebno čiste supstance, u kojima sadržaj nečistoća ne prelazi milioniti deo procenta, koriste se u elektronici, poluprovodnicima, nuklearnoj tehnologiji i drugim preciznim industrijama.
Metode izražavanja sastava smjesa.
Maseni udio komponente u smjesi- odnos mase komponente prema masi cijele smjese. Obično se maseni udio izražava kao %, ali ne nužno.
ω ["omega"] = m komponenta / m smjese
Molni udio komponente u smjesi- odnos broja molova (količine supstance) neke komponente prema ukupnom broju molova svih supstanci u smeši. Na primjer, ako smjesa sadrži tvari A, B i C, tada:
χ ["chi"] komponenta A = n komponenta A / (n(A) + n(B) + n(C))
Molarni odnos komponenti. Ponekad problemi za mješavinu ukazuju na molarni omjer njenih komponenti. Na primjer:
n komponenta A: n komponenta B = 2: 3
Zapreminski udio komponente u smjesi (samo za gasove)- odnos zapremine supstance A prema ukupnoj zapremini celokupne gasne mešavine.
φ ["phi"] = V komponenta / V smjesa
Praktičan blok.
Pogledajmo tri primjera problema u kojima reaguju mješavine metala sol kiselina:
Primjer 1.Kada je mješavina bakra i željeza težine 20 g bila izložena višku hlorovodonične kiseline, oslobođeno je 5,6 litara plina (n.s.). Odrediti masene udjele metala u smjesi.
U prvom primjeru bakar ne reagira sa hlorovodoničnom kiselinom, odnosno oslobađa se vodonik kada kiselina reaguje sa željezom. Tako, znajući zapreminu vodonika, možemo odmah pronaći količinu i masu gvožđa. I, shodno tome, maseni udjeli tvari u smjesi.
Primjer 1 rješenje.
Određivanje količine vodonika:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Prema jednadžbi reakcije:
Količina gvožđa je takođe 0,25 mol. Možete pronaći njegovu masu:
m Fe = 0,25 56 = 14 g.
Odgovor: 70% gvožđa, 30% bakra.
Primjer 2.Kada je mješavina aluminija i željeza težine 11 g bila izložena višku hlorovodonične kiseline, oslobođeno je 8,96 litara gasa (n.s.). Odrediti masene udjele metala u smjesi.
U drugom primjeru reagiraju oboje metal Ovdje se vodik već oslobađa iz kiseline u obje reakcije. Stoga se ovdje ne može koristiti direktni proračun. U takvim slučajevima, zgodno je riješiti korištenjem vrlo jednostavnog sistema jednadžbi, uzimajući x kao broj molova jednog od metala, a y kao količinu supstance drugog.
Rješenje primjera 2.
2HCl = FeCl 2 +
Mnogo je zgodnije riješiti takve sisteme metodom oduzimanja, množenjem prve jednadžbe sa 18:
27x + 18y = 7.2
i oduzimanje prve jednačine od druge:(56 − 18)y = 11 − 7.2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mol (Al)
Određivanje količine vodonika:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Neka je količina aluminijuma x mola, a količina gvožđa x mola. Tada možemo izraziti količinu oslobođenog vodonika u terminima x i y:
Znamo ukupnu količinu vodonika: 0,4 mol. znači,
1,5x + y = 0,4 (ovo je prva jednačina u sistemu).
Za mješavinu metala trebamo izraziti mase kroz količinu supstanci.
m = Mn
Dakle, masa aluminijuma
m Al = 27x,
masa gvožđa
m Fe = 56u,
i masu cijele smjese
27x + 56y = 11 (ovo je druga jednačina u sistemu).
Dakle, imamo sistem od dve jednačine:
m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
m Al = 0,2 27 = 5,4 g
ω Fe = m Fe / m mešavina = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),
odnosno,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Odgovor: 50,91% gvožđa, 49,09% aluminijuma.
Primjer 3.16 g mješavine cinka, aluminija i bakra tretirano je viškom otopine klorovodične kiseline. U ovom slučaju je oslobođeno 5,6 litara gasa (n.s.), a 5 g supstance se nije rastvorilo. Odrediti masene udjele metala u smjesi.
U trećem primjeru, dva metala reagiraju, ali treći metal (bakar) ne reagira. Dakle, ostatak od 5 g je masa bakra. Količine preostala dva metala - cinka i aluminijuma (imajte na umu da je njihova ukupna masa 16 − 5 = 11 g) mogu se naći pomoću sistema jednačina, kao u primeru br. 2.
Odgovor na primjer 3: 56,25% cinka, 12,5% aluminija, 31,25% bakra.
Primjer 4.Smjesa gvožđa, aluminijuma i bakra tretirana je viškom hladne koncentrovane sumporne kiseline. U ovom slučaju, dio smjese se otopio, a ispušteno je 5,6 litara plina (n.s.). Preostala smjesa je tretirana viškom otopine natrijum hidroksida. Ispušteno je 3,36 litara plina i ostalo je 3 g neotopljenog ostatka. Odrediti masu i sastav početne smjese metala.
U ovom primjeru moramo to zapamtiti hladno koncentrisano sumporna kiselina ne reaguje sa gvožđem i aluminijumom (pasivacija), ali reaguje sa bakrom. Ovo oslobađa sumpor (IV) oksid.
Sa alkalijom reaguje samo aluminijum- amfoterni metal (pored aluminijuma, cink i kalaj se takođe rastvaraju u alkalijama, a berilij se takođe može rastvoriti u vrućoj koncentrovanoj lužini).
Rješenje primjera 4.
(ne zaboravite da se takve reakcije moraju izjednačiti pomoću elektronske vage)
Budući da je molarni omjer bakra i sumpordioksida 1:1, tada je i bakar 0,25 mol. Možete pronaći masu bakra:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.Aluminij reagira s alkalnom otopinom, što rezultira stvaranjem hidrokso kompleksa aluminija i vodika:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2Al 0 − 3e = Al 3+
2H + + 2e = H 2
Broj molova vodonika:
n H3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol,
molarni odnos aluminijuma i vodonika je 2:3 i, prema tome,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Težina aluminijuma:
m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 gOstatak je gvožđe, težine 3 g. Možete pronaći masu smeše:
m smjese = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.Maseni udjeli metala:
Samo bakar reaguje sa koncentrovanom sumpornom kiselinom, broj molova gasa je:
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
|
2H 2 SO 4 (konc.) = CuSO 4 + |
ω Cu = m Cu / m mešavina = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73%)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ω Fe = 13,83%
Odgovor: 73,73% bakra, 12,44% aluminijuma, 13,83% gvožđa.
Primjer 5.21,1 g mješavine cinka i aluminijuma rastvoreno je u 565 ml rastvora azotne kiseline koji sadrži 20 mas. %HNO 3 i gustoće od 1,115 g/ml. Zapremina oslobođenog plina, koji je jednostavna tvar i jedini proizvod redukcije dušične kiseline, iznosila je 2,912 l (n.s.). Odredite sastav dobijenog rastvora u masenim procentima. (RHTU)
Tekst ovog problema jasno ukazuje na proizvod redukcije dušika – „jednostavnu tvar“. Pošto dušična kiselina s metalima ne proizvodi vodonik, to je dušik. Oba metala rastvorena u kiselini.
Problem ne postavlja pitanje sastav početne mješavine metala, već sastav rezultirajućeg rastvora nakon reakcija. To otežava zadatak.
Rješenje primjera 5.
Odredite količinu gasovite supstance:
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.
Određujemo masu otopine dušične kiseline, masu i količinu otopljenog HNO3:
m rastvor = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m rastvor = 0,2 630,3 = 126,06 g
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 mol
Imajte na umu da pošto su se metali potpuno rastvorili, to znači - definitivno je bilo dovoljno kiseline(ovi metali ne reaguju sa vodom). Shodno tome, bit će potrebno provjeriti Ima li previše kiseline?, i koliko toga ostaje nakon reakcije u rezultirajućem rastvoru.
Sastavljamo jednadžbe reakcija ( ne zaboravite na svoju elektronsku ravnotežu) i, radi lakšeg izračunavanja, uzimamo 5x kao količinu cinka, a 10y kao količinu aluminijuma. Tada će, u skladu sa koeficijentima u jednadžbama, dušik u prvoj reakciji biti x mol, au drugoj - 3y mol:
|
12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 + |
|
Zn 0 − 2e = Zn 2+ |
||
|
2N +5 + 10e = N 2 |
|
36HNO3 = 10Al(NO3)3 + |
Zgodno je riješiti ovaj sistem množenjem prve jednačine sa 90 i oduzimanjem prve jednačine od druge.
x = 0,04, što znači n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, što znači n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Provjerimo masu smjese:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Sada pređimo na sastav otopine. Biće zgodno ponovo prepisati reakcije i iznad reakcija napisati količine svih reagovanih i formiranih supstanci (osim vode):
Sljedeće pitanje je: da li je u otopini ostalo dušične kiseline i koliko je ostalo?
Prema jednadžbi reakcije, količina kiseline koja je reagirala:
n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mol,
one. kiselina je bila u višku i možete izračunati njen ostatak u otopini:
n HNO3 odmor. = 2 − 1,56 = 0,44 mol.
Dakle, unutra konačno rješenje sadrži:
cink nitrat u količini od 0,2 mola:
m Zn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 g
aluminijum nitrat u količini od 0,3 mola:
m Al(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 g
višak dušične kiseline u količini od 0,44 mola:
m HNO3 odmor. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
Kolika je masa konačnog rješenja?
Podsjetimo da se masa konačnog rastvora sastoji od onih komponenti koje smo pomešali (otopine i supstance) minus oni produkti reakcije koji su napustili rastvor (talog i gasovi):
Zatim za naš zadatak:
m nov rastvor = masa rastvora kiseline + masa metalne legure - masa azota
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
m nov rastvor = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO 3) 2 = m količina / m rastvora = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m zapremine / m rastvora = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 odmor. = m vode / m rastvora = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Odgovor: 5,83% cink nitrata, 9,86% aluminijum nitrata, 4,28% azotne kiseline.
Primjer 6.Kada je 17,4 g mešavine bakra, gvožđa i aluminijuma tretirano viškom koncentrovane azotne kiseline, oslobođeno je 4,48 litara gasa (n.o.), a kada je ova mešavina izložena istoj masi viška hlorovodonične kiseline, 8,96 litara plin (n.o.) su pušteni. Odredite sastav početne smjese. (RHTU)
Prilikom rješavanja ovog problema moramo imati na umu, prije svega, da koncentrirana dušična kiselina sa neaktivnim metalom (bakar) proizvodi NO 2, a željezo i aluminij ne reagiraju s njim. Hlorovodonična kiselina, naprotiv, ne reaguje sa bakrom.
Odgovor na primjer 6: 36,8% bakra, 32,2% gvožđa, 31% aluminijuma.
ObjašnjenjeČiste supstance i mješavine. Načini razdvajanje mješavine. Razviti razumijevanje čistih supstanci i mješavine. Načini pročišćavanje supstanci: ... tvari do raznih casovi organska jedinjenja. Karakterizacija: osnovna casovi organska jedinjenja...
Naredba iz 2013 br. Program rada za nastavni predmet "Hemija" 8. razred (osnovni nivo 2 časa)
Radni programProcjena znanja učenika o mogućnostima i načine razdvajanje mješavine supstance; formiranje odgovarajućih eksperimentalnih veština.. klasifikacija i hemijska svojstva osnovnih supstanci casovi neorganska jedinjenja, formiranje ideja o...
... mješavine, načine razdvajanje mješavine. Ciljevi: Dati pojam čistih supstanci i mješavine; Razmotrite klasifikaciju mješavine; Upoznati učenike sa načine razdvajanje mješavine... student i podiže ispred klasa kartica sa formulom neorganske supstance...
Evo imena raznih hemijskih sistema. Podijelite ih na: mješavine; čiste supstance i prava rešenja.
Destilovana voda
Morska voda
Kiseonik
Srebro
Rastvor natrijum hlorida za injekcije
Vodonik
Liveno gvožde
Ugljen-dioksid
Zrak
Bazalt
Staklo
Emulzija ulje u vodi
Olovo
Predložite načine za odvajanje mješavina: a) voda i pijesak; b) opiljci od drveta i gvožđa; c) voda i mastilo; d) voda i ulje.
Čiste supstance i smeše.
U svakodnevnom životu svako od nas se suočava s mnogim mješavinama supstanci, koje se bave ne samo čistim, već i kontaminiranim supstancama. Važno je da budete u stanju da razlikujete ove koncepte i da prema specifičnim karakteristikama možete da odredite sa čime imate posla: čista ili kontaminirana supstanca, pojedinačna supstanca ili mešavina supstanci. Uostalom, osoba želi piti samo vodu koja ne sadrži štetne nečistoće. Želimo da udišemo vazduh koji nije zagađen gasovima štetnim po zdravlje. U medicini i proizvodnji lijekova posebno je aktualan problem dobivanja i korištenja čistih supstanci.
Hajde da se upoznamo sa osnovnim pojmovima lekcije.
Smjesa- to je ono što nastaje kada se pomiješaju dvije ili više tvari različitih svojstava.
Supstance koje čine mešavinu nazivaju se komponente. Na primjer, zrak je mješavina plinova: dušika, kisika, ugljičnog dioksida i drugih.
Ako je masa jedne komponente desetine puta manja od mase druge komponente smjese, onda se zove primesa. Tvrdi se da je supstanca kontaminirana. Na primjer, zrak može biti zagađen ugljičnim monoksidom, proizvodom nepotpunog sagorijevanja organskih jedinjenja, posebno benzina. Inače, benzin je mješavina organskih tvari - ugljovodonika.
KLASIFIKACIJA SMEŠA
Smjese se međusobno razlikuju po izgledu. Na primjer, slana voda (mješavina kuhinjske soli i vode) i mješavina riječnog pijeska i vode. U prvom slučaju, nemoguće je vidjeti sučelje čvrsto-tečnost. Takva smjesa se naziva homogena (ili homogena). Drugi primjeri homogenih mješavina su ocat (mješavina octene kiseline i vode), zrak i šećerni sirup.
Mješavina riječnog pijeska i vode klasificira se kao heterogene (ili heterogene) mješavine, jer sastav takve mješavine nije isti u različitim tačkama zapremine. Smjese gline i vode, benzina i vode su heterogene.
U osnovi, sve što nas okružuje je mješavina supstanci.Štaviše, ne postoje supstance koje su potpuno slobodne od nečistoća.
Ali uobičajeno je govoriti o relativnoj čistoći neke supstance, tj. supstance imaju različite stepene čistoće.
Čistoća supstance
Ako se nečistoće ne otkriju kada se supstanca koristi u tehničke svrhe, tada se tvar poziva tehnički čista. Na primjer, tvar od koje se pravi ljubičasto mastilo može sadržavati nečistoće. Ali ako ove nečistoće ni na koji način ne utiču na kvalitet tinte, onda je ono tehnički čisto.
Ako se nečistoće ne otkriju kemijskim reakcijama, tada se supstanca klasificira kao hemijski čista. Na primjer, ovo je destilovana voda.
Znakovi individualnosti supstance
Čista supstanca se ponekad naziva individualnom supstancom, jer ima strogo definisana svojstva. Na primjer, samo destilovana voda ima tačku topljenja od 0 C, tačku ključanja od 100 C i nema ukusa i mirisa.
Da li se svojstva tvari u smjesi mijenjaju? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, izvršimo jednostavan eksperiment. Pomiješajte prah sumpora i željeza. Znamo da gvožđe privlači magnet, ali sumpor nije. Da li je željezo zadržalo svoja svojstva nakon miješanja sa sumporom?
ZAKLJUČAK: Svojstva supstanci u smeši se ne menjaju. Znanje o svojstvima komponenti mješavine koristi se za razdvajanje smjesa i prečišćavanje supstanci.
Metode odvajanja smjesa i tvari za prečišćavanje
Hajde da definišemo razliku između "metoda za odvajanje smeša" i "metoda za prečišćavanje supstanci". U prvom slučaju, važno je nabaviti sve komponente koje čine smjesu u čistom obliku. Prilikom pročišćavanja supstance, dobijanje nečistoća u čistom obliku obično se zanemaruje.
NASELJE
Kako odvojiti mješavinu pijeska i gline? Ovo je jedna od faza u proizvodnji keramike (na primjer, u proizvodnji cigle). Za odvajanje takve mješavine koristi se metoda taloženja. Smjesa se stavi u vodu i promiješa. Glina i pijesak talože se u vodi različitom brzinom. Stoga će se pijesak taložiti mnogo brže od gline (slika 1).
Rice. 1. Odvajanje mješavine gline i pijeska taloženjem
Metoda taloženja se također koristi za odvajanje mješavina čvrstih tvari nerastvorljivih u vodi različite gustine. Na primjer, ovako možete odvojiti mješavinu gvožđa i drvenih strugotina (drvene strugotine će plutati u vodi, dok će se gvozdene strugotine taložiti).
Smjesa biljnog ulja i vode može se odvojiti i taloženjem, jer se ulje ne otapa u vodi i ima manju gustinu (slika 2). Dakle, taloženjem je moguće odvojiti mješavine tekućina koje su međusobno nerastvorljive i različite gustine.
Rice. 2. Odvajanje mješavine biljnog ulja i vode taloženjem
Filtracija
Da biste odvojili mješavinu kuhinjske soli i riječnog pijeska, možete koristiti metodu taloženja (kada se pomiješa s vodom, sol će se otopiti i pijesak će se taložiti), ali će biti pouzdanije odvojiti pijesak od otopine soli pomoću drugog metoda - metoda filtracije.
Filtriranje ove mješavine može se obaviti pomoću papirnog filtera i lijevka spuštenog u čašu. Zrnca pijeska ostaju na filter papiru, a bistri rastvor kuhinjske soli prolazi kroz filter. U ovom slučaju riječni pijesak je sediment, a rastvor soli je filtrat (slika 3).
Rice. 3. Korištenje metode filtracije za odvajanje riječnog pijeska od otopine soli
Filtracija se može izvesti ne samo pomoću filter papira, već i pomoću drugih poroznih ili rasutih materijala. Na primjer, rasuti materijali uključuju kvarcni pijesak, a porozni materijali uključuju staklenu vunu i pečenu glinu.
Neke smjese se mogu odvojiti metodom "vruće filtracije". Na primjer, mješavina praha sumpora i željeza. Gvožđe se topi na temperaturama iznad 1500 C, a sumpor na oko 120 C. Rastopljeni sumpor se može odvojiti od željeznog praha pomoću zagrejane staklene vune.
1. Popunite prazna mjesta u tekstu riječima “komponente”, “razlike”, “dva”, “fizički”.
Smjesa se može pripremiti miješanjem najmanje dvije supstance. Smjese se mogu razdvojiti na njihove pojedinačne komponente korištenjem fizičkih metoda zasnovanih na razlikama u fizičkim svojstvima komponenti.
2. Dopuni rečenice.
a) Metoda poravnanja se zasniva naČinjenica je da su čestice čvrste tvari prilično velike, brzo se talože na dno, a tekućina se može pažljivo isušiti iz sedimenta.
b) Metoda centrifugiranja se zasniva na djelovanjem centrifugalne sile - teže se čestice talože, a lake završavaju na vrhu.
c) Metoda filtriranja se zasniva na propuštanje rastvora čvrste supstance kroz filter gde se čvrste čestice zadržavaju na filteru.
3. Upiši riječ koja nedostaje:
a) brašno i granulirani šećer - sito; opiljci sumpora i gvožđa - magnet.
b) voda i suncokretovo ulje - lijevak za odvajanje; voda i riječni pijesak - filter.
c) vazduh i prašina - respirator; vazduh i otrovni gas - upija.
4. Napravite listu potrebne opreme za filtriranje.
a) papirni filter
b) čašu sa rastvorom
c) stakleni lijevak
d) čisto staklo
d) staklena šipka
e) stativ sa nogom
5. Laboratorijsko iskustvo. Izrada običnih i naboranih filtera od filter papira ili papirne salvete.
Što mislite kroz koji filter će rješenje proći brže - običan ili presavijeni? Zašto?
Kroz presavijeni - kontaktna površina filtracije je veća od one kod konvencionalnog filtera.
6. Predložite načine odvajanja mješavina prikazanih u tabeli 16.
Metode za odvajanje nekih smjesa
7. Kućno iskustvo. Adsorpcija boja za Pepsi-Cola aktivnim ugljem.
Reagensi i oprema: gazirano piće, aktivni ugljen; tava, lijevak, filter papir, električni (plinski) štednjak.
Napredak. U šerpu sipajte pola šolje (100 ml) gaziranog pića. Dodajte 5 tableta aktivnog ugljena. Zagrejte tiganj 10 minuta na šporetu. Filtrirajte ugljen. Objasnite rezultate eksperimenta.
Otopina je promijenila boju zbog apsorpcije bojila aktivnim ugljem.
8. Kućno iskustvo. Adsorpcija mirisnih para kukuruznim štapićima.
Reagensi i oprema: kukuruzni štapići, parfem ili kolonjska voda; 2 identične staklene tegle sa poklopcima.
Napredak. Stavite kap parfema u dve staklene tegle. Stavite 4-5 kukuruznih štapića u jednu od tegli. Obe tegle zatvorite poklopcima. Teglu u kojoj se nalaze kukuruzni štapići malo protresite. Za što?
Za povećanje brzine adsorpcije.
Otvorite obe tegle. Objasnite rezultate eksperimenta.
U tegli u kojoj su bili kukuruzni štapići nema mirisa, jer je upijala miris parfema.