Dónde se utilizan en la práctica métodos de separación de mezclas. Para purificar sustancias se utilizan varios métodos de separación de mezclas. Evaporación o cristalización
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Para establecer las propiedades de una sustancia es necesario tenerla en forma pura, pero las sustancias no se encuentran en la naturaleza en forma pura. Cada sustancia siempre contiene una cierta cantidad de impurezas. Una sustancia en la que casi no hay impurezas se llama pura. Trabajan con estas sustancias en un laboratorio científico o en un laboratorio de química escolar. Tenga en cuenta que no existen sustancias absolutamente puras.
Las mezclas incluyen casi todas las sustancias naturales, alimentos (excepto sal, azúcar y algunos otros), materiales de construcción, productos químicos domésticos y muchos medicamentos y cosméticos.
Las sustancias naturales son mezclas, que a veces constan de una gran cantidad de sustancias diferentes. Por ejemplo, el agua natural siempre contiene sales y gases disueltos. A veces, una cantidad muy pequeña de una impureza puede provocar un cambio muy fuerte en algunas propiedades de la sustancia. Por ejemplo, el contenido de sólo centésimas de hierro o cobre en el zinc acelera cientos de veces su interacción con el ácido clorhídrico. Cuando una de las sustancias se encuentra en cantidad predominante en una mezcla, la mezcla entera suele llevar su nombre.
Un componente es cada sustancia contenida en una mezcla.
Mezclas homogéneas.
Agrega una pequeña porción de azúcar a un vaso de agua y revuelve hasta que todo el azúcar se haya disuelto. El líquido tendrá un sabor dulce. Así, el azúcar no desapareció, sino que permaneció en la mezcla. Pero no veremos sus cristales, ni siquiera examinando una gota de líquido a través de un potente microscopio.
Arroz. 3. Mezcla homogénea (solución acuosa de azúcar)
La mezcla preparada de azúcar y agua es homogénea (Fig. 3); En él se mezclan uniformemente las partículas más pequeñas de estas sustancias.
Las mezclas en las que los componentes no se pueden detectar a simple vista se denominan homogéneas.
El agua mezclada con arena, tiza o arcilla se congela a una temperatura de O 0 C y hierve a 100 0 C.
Algunos tipos de mezclas heterogéneas tienen nombres especiales: espuma (por ejemplo, espuma de poliestireno, espuma de jabón), suspensión (una mezcla de agua con una pequeña cantidad de harina), emulsión (leche, aceite vegetal bien batido y agua), aerosol ( humo, niebla).
Arroz. 5. Mezclas heterogéneas:
a - una mezcla de agua y azufre;
b - una mezcla de aceite vegetal y agua;
c - una mezcla de aire y agua
Hay diferentes formas de separar mezclas. La elección del método para separar una mezcla está influenciada por las propiedades de las sustancias que la forman.
Echemos un vistazo más de cerca a cada método:
Abogacía- un método común para purificar líquidos de impurezas mecánicas insolubles en agua, o Sustancias líquidas que son insolubles entre sí y tienen diferentes densidades.
La sedimentación se utiliza en la preparación de agua para necesidades tecnológicas y domésticas, tratamiento de aguas residuales, deshidratación y desalinización de petróleo crudo y en muchos procesos de tecnología química. Es una etapa importante en la autodepuración natural de embalses naturales y artificiales.
Filtración– separación de líquido de impurezas sólidas insolubles; Las moléculas de líquido pasan a través de los poros del filtro y quedan retenidas grandes partículas de impurezas.
Imagina que frente a ti hay una mezcla de arena de río y agua. Determinar el tipo de mezcla. ( heterogéneo). Compara las propiedades físicas de la arena de río y el agua. (Se trata de sustancias que son insolubles entre sí y tienen diferentes densidades). Sugiera un método para separar esta mezcla ( filtración).
Acción por imán Es un método de separación de mezclas heterogéneas cuando una de las sustancias de la mezcla es capaz de ser atraída por un imán.
Evaporación - este es un método para separar mezclas homogéneas, en el que una sustancia sólida soluble se libera de una solución cuando se calienta, el agua se evapora y quedan cristales de la sustancia sólida;
Destilación (en latín, "dejar caer") – Este es un método de separación de mezclas homogéneas, en el que las mezclas líquidas se separan en fracciones que difieren en composición. Se lleva a cabo por evaporación parcial de un líquido seguida de condensación de vapor. La fracción destilada (destilado) se enriquece con sustancias relativamente más volátiles (de bajo punto de ebullición), y el líquido no destilado (fondos) se enriquece con sustancias relativamente menos volátiles (de alto punto de ebullición).
En el laboratorio, la destilación se realiza mediante una instalación especial (Fig. 6). Cuando se calienta una mezcla de líquidos, la sustancia con el punto de ebullición más bajo hierve primero. Su vapor sale del recipiente, se enfría, se condensa1 y el líquido resultante fluye hacia el receptor. Cuando esta sustancia ya no esté en la mezcla, la temperatura comenzará a subir y, con el tiempo, otro componente líquido hervirá. Los líquidos no volátiles permanecen en el recipiente.
Arroz. 6. Instalación de laboratorio para destilación: a - convencional; b - simplificado
1 - una mezcla de líquidos con diferentes puntos de ebullición;
2 - termómetro;
3 - refrigerador de agua;
4 - receptor
Veamos cómo algunos usan métodos separación de mezclas.
El proceso de filtración es la base del funcionamiento de un respirador, un dispositivo que protege los pulmones de una persona que trabaja en una habitación con mucho polvo. El respirador tiene filtros que evitan que el polvo entre a los pulmones (Fig. 7). El respirador más simple es un vendaje hecho de varias capas de gasa. Una aspiradora también tiene un filtro que elimina el polvo del aire.
Arroz. 7. Trabajador en un respirador.
Concluye con qué métodos se puede separar una mezcla de sustancias solubles e insolubles en agua.
Sustancia puracontiene solo partículas un tipo. Los ejemplos incluyen plata (contiene solo átomos de plata), ácido sulfúrico y monóxido de carbono ( IV ) (contienen solo moléculas de las sustancias correspondientes). Todas las sustancias puras tienen propiedades físicas constantes, por ejemplo, punto de fusión (T pl) y punto de ebullición ( ).
bala en TUna sustancia no es pura si contiene cualquier cantidad de una o más sustancias:.
impurezas
Los contaminantes reducen el punto de congelación y aumentan el punto de ebullición de un líquido puro. Por ejemplo, si agrega sal al agua, el punto de congelación de la solución disminuirá. Mezclas constan de dos o más sustancias. El suelo, el agua de mar y el aire son ejemplos de mezclas diferentes. Muchas mezclas se pueden separar en sus componentes: Componentes
– basado en la diferencia en sus propiedades físicas. Tradicional
Los métodos que se utilizan en la práctica de laboratorio para separar mezclas en componentes individuales son:
filtración,
decantación seguida de decantación,
separación mediante embudo de decantación,
centrifugación,
evaporación,
cristalización,
destilación (incluida la destilación fraccionada),
cromatografía,
sublimación y otros. Filtración.La filtración se utiliza para separar líquidos de pequeñas partículas sólidas suspendidas en él. (Figura 37), es decir. Filtrar líquido a través de materiales finamente porosos. filtros.
, que dejan pasar el líquido y retienen las partículas sólidas en su superficie. Un líquido que ha pasado por un filtro y está libre de impurezas sólidas se llamafiltrar , es decir.En la práctica de laboratorio se utiliza a menudo. papel liso y doblado
(Figura 38)hecho de papel de filtro sin pegar.Para filtrar soluciones calientes (por ejemplo, para recristalizar sales), utilice un especial embudo de filtro caliente
(Figura 39)con calentamiento eléctrico o de agua).. La filtración al vacío se utiliza para acelerar la filtración y liberar más completamente el precipitado de la solución. Para ello se monta un dispositivo de filtración al vacío. (Figura 40) . Consiste enMatraz Bunsen, embudo Buchner de porcelana, botella de seguridad y bomba de vacío.(normalmente chorro de agua).
En el caso de filtrar una suspensión de una sal ligeramente soluble, los cristales de esta última pueden lavarse con agua destilada en un embudo Buchner para eliminar la solución original de su superficie. Para ello utilizan lavadora(Figura 41) .
Decantación. Los líquidos se pueden separar de los sólidos insolubles.decantando(Figura 42) . Este método se puede utilizar si el sólido tiene una densidad mayor que el líquido. Por ejemplo, si se agrega arena de río a un vaso de agua, cuando se asiente, se depositará en el fondo del vaso, porque la densidad de la arena es mayor que la del agua. Luego se puede separar el agua de la arena simplemente escurriendo. Este método de sedimentar y luego drenar el filtrado se llama decantación.
Centrifugación.D Para acelerar el proceso de separación de partículas muy pequeñas que forman suspensiones o emulsiones estables en un líquido, se utiliza el método. centrifugación. Este método se puede utilizar para separar mezclas de sustancias líquidas y sólidas que difieren en densidad. La división se realiza en centrífugas manuales o eléctricas(Figura 43) .
Separación de dos líquidos inmiscibles, tener diferentes densidades y no formar emulsiones estables,se puede hacer usando un embudo de decantación (Figura 44) . De esta forma se puede separar, por ejemplo, una mezcla de benceno y agua. Capa de benceno (densidad = 0,879 gramos/cm 3 ) se encuentra sobre una capa de agua, que tiene una alta densidad ( = 1,0 g/cm 3 ). Al abrir el grifo del embudo de decantación, podrá drenar con cuidado la capa inferior y separar un líquido de otro.
Evaporación(Figura 45) – este método consiste en eliminar un disolvente, por ejemplo agua, de una solución calentándola en un recipiente de porcelana que se evapora. En este caso, el líquido evaporado se elimina y la sustancia disuelta permanece en la copa de evaporación.
Cristalización es el proceso de liberación de cristales de una sustancia sólida cuando una solución se enfría, por ejemplo, después de evaporarse. Hay que tener en cuenta que cuando la solución se enfría lentamente se forman grandes cristales. Cuando se enfría rápidamente (por ejemplo, enfriando con agua corriente), se forman pequeños cristales.
Destilación- un método para purificar una sustancia basado en la evaporación de un líquido cuando se calienta, seguida de la condensación de los vapores resultantes. La purificación del agua a partir de sales (u otras sustancias, como colorantes) disueltas en ella se llama destilación. destilación, y el agua purificada se destila.
Destilación fraccionada(Figura 46) Se utiliza para separar mezclas de líquidos con diferentes puntos de ebullición. Un líquido con un punto de ebullición más bajo hierve más rápido y pasa a través del columna fraccionaria(ocondensador de reflujo). Cuando este líquido llega a la parte superior de la columna de fraccionamiento, ingresarefrigerador, enfriado con agua y a travésjuntosir areceptor(matraz o tubo de ensayo).
La destilación fraccionada se puede utilizar para separar, por ejemplo, una mezcla de etanol y agua. Punto de ebullición del etanol 78. 0 C, y el agua es 100 0 C. El etanol se evapora más fácilmente y es el primero en pasar del frigorífico al receptor.
Sublimación – El método se utiliza para purificar sustancias que, cuando se calientan, pueden transformarse de un estado sólido a un estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido. A continuación, los vapores de la sustancia que se está purificando se condensan y las impurezas que no pueden sublimar se separan.
Tema: “Métodos de separación de mezclas” (8vo grado)
Bloque teórico.
La definición del concepto "mezcla" se dio en el siglo XVII. El científico inglés Robert Boyle: "Una mezcla es un sistema integral que consta de componentes heterogéneos".
Características comparativas de la mezcla y sustancia pura.
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Signos de comparación |
Sustancia pura |
Mezcla |
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Constante |
Voluble |
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Sustancias |
Mismo |
Varios |
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Propiedades físicas |
Permanente |
Voluble |
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Cambio de energía durante la formación. |
Sucediendo |
No esta pasando |
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Separación |
A través de reacciones químicas |
Por métodos físicos |
Las mezclas se diferencian entre sí por su apariencia.
La clasificación de mezclas se muestra en la tabla:
Pongamos ejemplos de suspensiones (arena de río + agua), emulsiones (aceite vegetal + agua) y soluciones (aire en un matraz, sal de mesa + agua, calderilla: aluminio + cobre o níquel + cobre).
Métodos para separar mezclas.
En la naturaleza las sustancias existen en forma de mezclas. Para la investigación de laboratorio, la producción industrial y para las necesidades de la farmacología y la medicina, se necesitan sustancias puras.
Se utilizan varios métodos de separación de mezclas para purificar sustancias.
La evaporación es la separación de sólidos disueltos en un líquido convirtiéndolo en vapor.
Destilación- destilación, separación de sustancias contenidas en mezclas líquidas según los puntos de ebullición, seguida de enfriamiento del vapor.
En la naturaleza, el agua no se encuentra en forma pura (sin sales). El agua de océano, mar, río, pozo y manantial son tipos de soluciones de sales en agua. Sin embargo, las personas a menudo necesitan agua limpia que no contenga sales (utilizada en motores de automóviles; en la producción química para obtener diversas soluciones y sustancias; en la toma de fotografías). Esta agua se llama destilada y el método para obtenerla se llama destilación.
Filtración: colar líquidos (gases) a través de un filtro para limpiarlos de impurezas sólidas.
Estos métodos se basan en diferencias en las propiedades físicas de los componentes de la mezcla.
Considere los métodos de separación heterogéneo y mezclas homogéneas.
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Ejemplo de mezcla |
Método de separación |
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Suspensión: una mezcla de arena de río y agua. |
Abogacía Separación defendiendo basado en diferentes densidades de sustancias. La arena más pesada se deposita en el fondo. También puedes separar la emulsión: separa el aceite o aceite vegetal del agua. En el laboratorio, esto se puede hacer usando un embudo de decantación. El petróleo o el aceite vegetal forman la capa superior y más ligera. Como resultado de la sedimentación, el rocío cae de la niebla, el hollín se deposita en el humo y la crema se deposita en la leche. Separación de una mezcla de agua y aceite vegetal mediante sedimentación. |
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Una mezcla de arena y sal de mesa en agua. |
Filtración ¿Cuál es la base para la separación de mezclas heterogéneas utilizando filtración?Sobre la diferente solubilidad de las sustancias en agua y sobre los diferentes tamaños de partículas. A través de los poros del filtro sólo pasan partículas de sustancias comparables a ellas, mientras que las partículas más grandes quedan retenidas en el filtro. De esta forma se puede separar una mezcla heterogénea de sal de mesa y arena de río. Como filtros se pueden utilizar diversas sustancias porosas: algodón, carbón, arcilla cocida, vidrio prensado y otros. El método de filtración es la base para el funcionamiento de electrodomésticos, como por ejemplo las aspiradoras. Lo utilizan los cirujanos: vendas de gasa; perforadores y ascensoristas - mascarillas respiratorias. Usando un colador para filtrar las hojas de té, Ostap Bender, el héroe de la obra de Ilf y Petrov, logró quitarle una de las sillas a Ellochka la Ogresa (“Doce Sillas”). Separación de una mezcla de almidón y agua por filtración. |
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Mezcla de hierro y azufre en polvo. |
Acción por imán o agua. El polvo de hierro fue atraído por un imán, pero el polvo de azufre no. El polvo de azufre no humectable flotó hacia la superficie del agua y el polvo de hierro humectable pesado se depositó en el fondo. Separar una mezcla de azufre y hierro mediante un imán y agua.
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Una solución de sal en agua es una mezcla homogénea. |
Evaporación o cristalización El agua se evapora dejando cristales de sal en la taza de porcelana. Cuando el agua se evapora de los lagos Elton y Baskunchak, se obtiene sal de mesa. Este método de separación se basa en la diferencia en los puntos de ebullición del disolvente y el soluto. Si una sustancia, por ejemplo el azúcar, se descompone cuando se calienta, entonces el agua no se evapora por completo: la solución se evapora y luego se precipitan los cristales de azúcar. la solución saturada es necesario a veces quitar las impurezas de los disolventes con la temperatura de ebullición más baja, por ejemplo el agua de la sal. En este caso, los vapores de la sustancia deben recogerse y luego condensarse al enfriarse. Este método de separar una mezcla homogénea se llama destilación o destilación. En dispositivos especiales, destiladores, se obtiene agua destilada, que se utiliza para las necesidades de farmacología, laboratorios y sistemas de refrigeración de automóviles. En casa, puedes construir un destilador de este tipo: Si se separa una mezcla de alcohol y agua, primero se destilará el alcohol con punto de ebullición = 78 °C (se recogerá en un tubo de ensayo receptor) y quedará agua en el tubo de ensayo. La destilación se utiliza para producir gasolina, queroseno y gasóleo a partir del petróleo. Separación de mezclas homogéneas. |
Un método especial para separar componentes, basado en su diferente absorción por una determinada sustancia, es cromatografía.
Utilizando la cromatografía, el botánico ruso M. S. Tsvet fue el primero en aislar la clorofila de las partes verdes de las plantas. En la industria y los laboratorios se utilizan almidón, carbón, piedra caliza y óxido de aluminio en lugar de papel de filtro para la cromatografía. ¿Se requieren siempre sustancias con el mismo grado de purificación?
Para distintos fines se necesitan sustancias con distintos grados de purificación. El agua de cocción debe dejarse reposar lo suficiente para eliminar impurezas y el cloro utilizado para desinfectarla. Primero se debe hervir el agua para beber. Y en los laboratorios químicos, para preparar soluciones y realizar experimentos, en medicina, se necesita agua destilada, lo más limpia posible de las sustancias disueltas en ella. Las sustancias especialmente puras, cuyo contenido de impurezas no supera la millonésima parte por ciento, se utilizan en la electrónica, los semiconductores, la tecnología nuclear y otras industrias de precisión.
Métodos de expresión de la composición de mezclas.
Fracción de masa del componente en la mezcla.- la relación entre la masa del componente y la masa de toda la mezcla. Normalmente la fracción de masa se expresa como %, pero no necesariamente.
ω ["omega"] = m componente / m mezcla
Fracción molar del componente en la mezcla.- la relación entre el número de moles (cantidad de sustancia) de un componente y el número total de moles de todas las sustancias de la mezcla. Por ejemplo, si la mezcla contiene sustancias A, B y C, entonces:
χ ["chi"] componente A = n componente A / (n(A) + n(B) + n(C))
Relación molar de componentes. A veces los problemas de una mezcla indican la proporción molar de sus componentes. Por ejemplo:
n componente A: n componente B = 2: 3
Fracción en volumen del componente en la mezcla. (sólo para gases)- la relación entre el volumen de la sustancia A y el volumen total de toda la mezcla de gases.
φ ["phi"] = V componente / V mezcla
Bloque práctico.
Veamos tres ejemplos de problemas en los que mezclas de metales reaccionan con salácido:
Ejemplo 1.Cuando una mezcla de cobre y hierro que pesaba 20 g se expuso a un exceso de ácido clorhídrico, se liberaron 5,6 litros de gas (nº). Determine las fracciones masivas de metales en la mezcla.
En el primer ejemplo, el cobre no reacciona con el ácido clorhídrico, es decir, se libera hidrógeno cuando el ácido reacciona con el hierro. Así, conociendo el volumen de hidrógeno, podemos encontrar inmediatamente la cantidad y masa de hierro. Y, en consecuencia, las fracciones masivas de sustancias en la mezcla.
Solución del ejemplo 1.
Encontrar la cantidad de hidrógeno:
norte = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Según la ecuación de reacción:
La cantidad de hierro también es de 0,25 moles. Puedes encontrar su masa:
mFe = 0,25·56 = 14 g.
Respuesta: 70% hierro, 30% cobre.
Ejemplo 2.Cuando una mezcla de aluminio y hierro que pesaba 11 g se expuso a un exceso de ácido clorhídrico, se liberaron 8,96 litros de gas (n.s.). Determine las fracciones masivas de metales en la mezcla.
En el segundo ejemplo, la reacción es ambos metal En ambas reacciones ya se libera hidrógeno del ácido. Por lo tanto, aquí no se puede utilizar el cálculo directo. En tales casos, es conveniente resolver utilizando un sistema de ecuaciones muy simple, tomando x como el número de moles de uno de los metales, y como la cantidad de sustancia del segundo.
Solución al ejemplo 2.
2HCl = FeCl2 +
Es mucho más conveniente resolver este tipo de sistemas mediante el método de resta, multiplicando la primera ecuación por 18:
27x + 18y = 7,2
y restando la primera ecuación de la segunda:(56 − 18)y = 11 − 7,2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 moles (Al)
Encontrar la cantidad de hidrógeno:
norte = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Sea la cantidad de aluminio x moles y la cantidad de hierro x moles. Entonces podemos expresar la cantidad de hidrógeno liberado en términos de xey:
Sabemos la cantidad total de hidrógeno: 0,4 mol. Medio,
1,5x + y = 0,4 (esta es la primera ecuación del sistema).
Para una mezcla de metales necesitamos expresar masas a través de la cantidad de sustancias.
metro = manganeso
Entonces, la masa del aluminio.
metro Al = 27x,
masa de hierro
m Fe = 56у,
y la masa de toda la mezcla
27x + 56y = 11 (esta es la segunda ecuación del sistema).
Entonces tenemos un sistema de dos ecuaciones:
m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
mAl = 0,2 27 = 5,4 g
ω Fe = m mezcla Fe/m = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),
respectivamente,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Respuesta: 50,91% hierro, 49,09% aluminio.
Ejemplo 3.Se trataron 16 g de una mezcla de zinc, aluminio y cobre con un exceso de solución de ácido clorhídrico. En este caso se liberaron 5,6 litros de gas (n.s.) y 5 g de sustancia no se disolvieron. Determine las fracciones masivas de metales en la mezcla.
En el tercer ejemplo, dos metales reaccionan, pero el tercer metal (cobre) no reacciona. Por tanto, el resto de 5 g es la masa de cobre. Las cantidades de los dos metales restantes: zinc y aluminio (tenga en cuenta que su masa total es 16 − 5 = 11 g) se pueden encontrar usando un sistema de ecuaciones, como en el ejemplo No. 2.
Respuesta al Ejemplo 3: 56,25% zinc, 12,5% aluminio, 31,25% cobre.
Ejemplo 4.Se trató una mezcla de hierro, aluminio y cobre con un exceso de ácido sulfúrico concentrado en frío. En este caso se disolvió parte de la mezcla y se liberaron 5,6 litros de gas (n.s.). La mezcla restante se trató con un exceso de solución de hidróxido de sodio. Se liberaron 3,36 litros de gas y quedaron 3 g de residuo sin disolver. Determine la masa y composición de la mezcla inicial de metales.
En este ejemplo debemos recordar que frio concentrado El ácido sulfúrico no reacciona con el hierro y el aluminio (pasivación), pero sí con el cobre. Esto libera óxido de azufre (IV).
Con álcali reacciona solo aluminio- metal anfótero (además del aluminio, el zinc y el estaño también se disuelven en álcalis, y el berilio también se puede disolver en álcalis concentrados calientes).
Solución al ejemplo 4.
(no olvide que dichas reacciones deben equilibrarse mediante una balanza electrónica)
Dado que la proporción molar de cobre y dióxido de azufre es 1:1, entonces el cobre también es 0,25 mol. Puedes encontrar una masa de cobre:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.El aluminio reacciona con una solución alcalina, lo que da como resultado la formación de un hidroxocomplejo de aluminio e hidrógeno:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2Al 0 − 3e = Al 3+
2H + + 2e = H 2
Número de moles de hidrógeno:
norte H3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 moles,
la relación molar de aluminio e hidrógeno es 2:3 y, por lo tanto,
norteAl = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Peso de aluminio:
m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 gEl resto es hierro y pesa 3 g. Puedes encontrar la masa de la mezcla:
m mezcla = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.Fracciones masivas de metales:
Sólo el cobre reacciona con el ácido sulfúrico concentrado, el número de moles de gas es:
nSO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
|
2H 2 SO 4 (conc.) = CuSO 4 + |
ω Cu = m Cu/m mezcla = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73%)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ωFe = 13,83%
Respuesta: 73,73% cobre, 12,44% aluminio, 13,83% hierro.
Ejemplo 5.Se disolvieron 21,1 g de una mezcla de zinc y aluminio en 565 ml de una solución de ácido nítrico que contenía 20 % en peso. %HNO 3 y que tiene una densidad de 1,115 g/ml. El volumen del gas liberado, que es una sustancia simple y único producto de la reducción del ácido nítrico, fue de 2,912 l (n.s.). Determine la composición de la solución resultante en porcentaje en masa. (RHTU)
El texto de este problema indica claramente el producto de la reducción del nitrógeno: una "sustancia simple". Dado que el ácido nítrico con metales no produce hidrógeno, es nitrógeno. Ambos metales se disolvieron en el ácido.
El problema no es la composición de la mezcla inicial de metales, sino la composición de la solución resultante después de las reacciones. Esto hace que la tarea sea más difícil.
Solución al ejemplo 5.
Determine la cantidad de sustancia gaseosa:
nN2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.
Determinamos la masa de la solución de ácido nítrico, la masa y cantidad de HNO3 disuelto:
solución m = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m solución = 0,2 630,3 = 126,06 g
nHNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 moles
Tenga en cuenta que dado que los metales se han disuelto por completo, significa: definitivamente había suficiente ácido(estos metales no reaccionan con el agua). En consecuencia, será necesario comprobar ¿Hay demasiado ácido? y cuánto queda después de la reacción en la solución resultante.
Redactamos ecuaciones de reacción ( no te olvides de tu saldo electrónico) y, para facilitar los cálculos, tomamos 5x como la cantidad de zinc y 10y como la cantidad de aluminio. Luego, de acuerdo con los coeficientes de las ecuaciones, el nitrógeno en la primera reacción será x mol, y en la segunda, 3y mol:
|
12HNO3 = 5Zn(NO3)2 + |
|
Zn0 − 2e = Zn2+ |
||
|
2norte +5 + 10e = norte 2 |
|
36HNO3 = 10Al(NO3)3 + |
Es conveniente resolver este sistema multiplicando la primera ecuación por 90 y restando la primera ecuación de la segunda.
x = 0,04, lo que significa n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, lo que significa n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Comprobemos la masa de la mezcla:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Pasemos ahora a la composición de la solución. Será conveniente volver a escribir las reacciones y anotar encima de las reacciones las cantidades de todas las sustancias que reaccionaron y formaron (excepto el agua):
La siguiente pregunta es: ¿queda algo de ácido nítrico en la solución y cuánto queda?
Según las ecuaciones de reacción, la cantidad de ácido que reaccionó:
norteHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 moles,
aquellos. el ácido estaba en exceso y se puede calcular su resto en la solución:
n HNO3 resto. = 2 − 1,56 = 0,44 moles.
Entonces, en solución final contiene:
nitrato de zinc en una cantidad de 0,2 mol:
mZn(NO3)2 = nM = 0,2 189 = 37,8 g
nitrato de aluminio en una cantidad de 0,3 mol:
mAl(NO3)3 = nM = 0,3 213 = 63,9 g
exceso de ácido nítrico en una cantidad de 0,44 mol:
m HNO3 resto. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
¿Cuál es la masa de la solución final?
Recordemos que la masa de la solución final está formada por aquellos componentes que mezclamos (soluciones y sustancias) menos aquellos productos de reacción que salieron de la solución (precipitados y gases):
Entonces para nuestra tarea:
soy nuevo solución = masa de solución ácida + masa de aleación metálica - masa de nitrógeno
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
soy nuevo solución = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO 3) 2 = m cantidad / m solución = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m volumen / m solución = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 resto. = m agua / m solución = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Respuesta: 5,83% nitrato de zinc, 9,86% nitrato de aluminio, 4,28% ácido nítrico.
Ejemplo 6.Cuando se trataron 17,4 g de una mezcla de cobre, hierro y aluminio con un exceso de ácido nítrico concentrado, se liberaron 4,48 litros de gas (n.o.), y cuando esta mezcla se expuso a la misma masa de ácido clorhídrico en exceso, se liberaron 8,96 litros de se liberaron gases (n.o.) y.). Determinar la composición de la mezcla inicial. (RHTU)
A la hora de solucionar este problema hay que recordar, en primer lugar, que el ácido nítrico concentrado con un metal inactivo (cobre) produce NO 2, y el hierro y el aluminio no reaccionan con él. El ácido clorhídrico, por el contrario, no reacciona con el cobre.
Respuesta por ejemplo 6: 36,8% cobre, 32,2% hierro, 31% aluminio.
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Agua destilada
Agua de mar
Oxígeno
Plata
Solución inyectable de cloruro de sodio.
Hidrógeno
Hierro fundido
Dióxido de carbono
Aire
Basalto
Vaso
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Sugiera formas de separar mezclas: a) agua y arena; b) limaduras de madera y hierro; c) agua y tinta; d) agua y aceite.
Sustancias puras y mezclas.
En la vida cotidiana, cada uno de nosotros nos enfrentamos a muchas mezclas de sustancias, y no sólo se trata de sustancias puras, sino también de sustancias contaminadas. Es importante poder distinguir entre estos conceptos y poder determinar por características específicas de qué se trata: una sustancia pura o contaminada, una sustancia individual o una mezcla de sustancias. Después de todo, una persona quiere beber sólo agua que no contenga impurezas nocivas. Queremos respirar aire no contaminado por gases nocivos para la salud. En medicina y producción de productos farmacéuticos, el problema de la obtención y utilización de sustancias puras es especialmente relevante.
Conozcamos los términos básicos de la lección.
Mezcla- es lo que se forma cuando se mezclan dos o más sustancias con propiedades diferentes.
Las sustancias que forman la mezcla se llaman componentes. Por ejemplo, el aire es una mezcla de gases: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y otros.
Si la masa de un componente es decenas de veces menor que la masa de otro componente de la mezcla, entonces se llama mezcla. Se dice que la sustancia está contaminada. Por ejemplo, el aire puede estar contaminado con monóxido de carbono, producto de la combustión incompleta de compuestos orgánicos, en particular gasolina. Por cierto, la gasolina es una mezcla de sustancias orgánicas: hidrocarburos.
CLASIFICACIÓN DE MEZCLAS
Las mezclas se diferencian entre sí por su apariencia. Por ejemplo, agua salada (una mezcla de sal de mesa y agua) y una mezcla de arena de río y agua. En el primer caso, es imposible ver la interfaz sólido-líquido. Esta mezcla se llama homogénea (u homogénea). Otros ejemplos de mezclas homogéneas son el vinagre (una mezcla de ácido acético y agua), el aire y el jarabe de azúcar.
Una mezcla de arena de río y agua se clasifica como mezclas heterogéneas (o heterogéneas), porque la composición de dicha mezcla no es la misma en diferentes puntos del volumen. Las mezclas de arcilla y agua, gasolina y agua son heterogéneas.
Básicamente, todo lo que nos rodea es una mezcla de sustancias. Además, no existen sustancias que estén absolutamente libres de impurezas.
Pero se acostumbra hablar de la pureza relativa de una sustancia, es decir. Las sustancias tienen diferentes grados de pureza.
Pureza de la sustancia
Si no se detectan impurezas cuando una sustancia se utiliza con fines técnicos, entonces la sustancia se denomina técnicamente limpio. Por ejemplo, la sustancia a partir de la cual se elabora la tinta violeta puede contener impurezas. Pero si estas impurezas no afectan de ninguna manera la calidad de la tinta, entonces es técnicamente pura.
Si las impurezas no se detectan mediante reacciones químicas, entonces la sustancia se clasifica como químicamente puro. Por ejemplo, esto es agua destilada.
Signos de la individualidad de una sustancia.
A una sustancia pura a veces se le llama sustancia individual, porque tiene propiedades estrictamente definidas. Por ejemplo, sólo el agua destilada tiene un punto de fusión de 0 C, un punto de ebullición de 100 C y es insípida e inodoro.
¿Cambian las propiedades de las sustancias en una mezcla? Para responder a esta pregunta, realicemos un experimento sencillo. Mezclar polvos de azufre y hierro. Sabemos que el hierro es atraído por un imán, pero el azufre no. ¿Conservó el hierro sus propiedades después de mezclarlo con azufre?
CONCLUSIÓN: Las propiedades de las sustancias en la mezcla no cambian.. El conocimiento sobre las propiedades de los componentes de una mezcla se utiliza para separar mezclas y purificar sustancias.
Métodos para separar mezclas y purificar sustancias.
Definamos la diferencia entre "métodos para separar mezclas" y "métodos para purificar sustancias". En el primer caso, es importante obtener todos los componentes que componen la mezcla en forma pura. Al purificar una sustancia, generalmente se descuida la obtención de impurezas en forma pura.
ASENTAMIENTO
¿Cómo separar una mezcla de arena y arcilla? Esta es una de las etapas de la producción cerámica (por ejemplo, en la producción de ladrillos). Para separar dicha mezcla, se utiliza el método de sedimentación. La mezcla se coloca en agua y se agita. La arcilla y la arena se depositan en el agua a diferentes velocidades. Por tanto, la arena se asentará mucho más rápido que la arcilla (Fig. 1).
Arroz. 1. Separación de una mezcla de arcilla y arena mediante decantación.
El método de sedimentación también se utiliza para separar mezclas de sólidos insolubles en agua con diferentes densidades. Por ejemplo, así es como se puede separar una mezcla de limaduras de hierro y madera (las limaduras de madera flotarán en el agua, mientras que las limaduras de hierro se asentarán).
Una mezcla de aceite vegetal y agua también se puede separar mediante decantación, ya que el aceite no se disuelve en agua y tiene menor densidad (Fig. 2). Así, mediante decantación es posible separar mezclas de líquidos que son insolubles entre sí y tienen diferentes densidades.
Arroz. 2. Separación de una mezcla de aceite vegetal y agua por sedimentación.
Filtración
Para separar una mezcla de sal de mesa y arena de río, puede utilizar el método de sedimentación (cuando se mezcla con agua, la sal se disolverá y la arena se asentará), pero será más confiable separar la arena de la solución salina usando otro método: el método de filtración.
Se puede filtrar esta mezcla usando un filtro de papel y un embudo sumergido en un vaso. Los granos de arena permanecen en el papel de filtro y una solución clara de sal de mesa pasa a través del filtro. En este caso, la arena del río es el sedimento y la solución salina es el filtrado (Fig. 3).
Arroz. 3. Usar el método de filtración para separar la arena del río de la solución salina.
La filtración se puede realizar no sólo con papel de filtro, sino también con otros materiales porosos o a granel. Por ejemplo, los materiales a granel incluyen arena de cuarzo y los materiales porosos incluyen lana de vidrio y arcilla cocida.
Algunas mezclas se pueden separar mediante el método de "filtración en caliente". Por ejemplo, una mezcla de azufre y polvos de hierro. El hierro se funde a temperaturas superiores a 1500 C y el azufre a aproximadamente 120 C. El azufre fundido se puede separar del polvo de hierro utilizando lana de vidrio calentada.
1. Complete los espacios en blanco del texto usando las palabras “componentes”, “diferencias”, “dos”, “físicos”.
Se puede preparar una mezcla mezclando al menos dos sustancias. Las mezclas se pueden separar en sus componentes individuales utilizando métodos físicos basados en diferencias en las propiedades físicas de los componentes.
2. Completa las oraciones.
a) El método de liquidación se basa en El hecho es que las partículas de una sustancia sólida son bastante grandes, se depositan rápidamente en el fondo y el líquido se puede drenar con cuidado del sedimento.
b) El método de centrifugación se basa en la acción de la fuerza centrífuga: las partículas más pesadas se depositan y las ligeras terminan encima.
c) El método de filtrado se basa en pasar una solución de un sólido a través de un filtro donde las partículas sólidas quedan retenidas en el filtro.
3. Complete la palabra que falta:
a) harina y azúcar granulada - un colador; limaduras de azufre y hierro - imán.
b) agua y aceite de girasol - embudo de decantación; agua y arena de río - filtro.
c) aire y polvo - respirador; aire y gas venenoso - absorbente.
4. Haga una lista del equipo de filtración necesario.
a) filtro de papel
b) un vaso con una solución
c) embudo de vidrio
d) vidrio limpio
d) varilla de vidrio
e) trípode con pie
5. Experiencia de laboratorio. Fabricación de filtros regulares y plisados con papel de filtro o servilleta de papel.
¿Por qué filtro crees que pasará la solución más rápido: uno normal o uno plegado? ¿Por qué?
Plegado: el área de contacto de filtración es mayor que la de un filtro convencional.
6. Sugiera formas de separar las mezclas que se muestran en la Tabla 16.
Métodos para separar algunas mezclas.
7. Experiencia en casa. Adsorción de colorantes de Pepsi-Cola por carbón activado.
Reactivos y equipos: bebida carbonatada, carbón activado; cacerola, embudo, papel de filtro, cocina eléctrica (gas).
Progreso. Vierte media taza (100 ml) de bebida carbonatada en la sartén. Agrega allí 5 tabletas de carbón activado. Calienta la sartén durante 10 minutos en la estufa. Filtrar el carbón. Explique los resultados del experimento.
La solución se decoloró debido a la absorción de colorantes por el carbón activado.
8. Experiencia en casa. Adsorción de vapores olorosos por palitos de maíz.
Reactivos y equipos.: palitos de maíz, perfume o colonia; 2 tarros de cristal idénticos con tapa.
Progreso. Coloca una gota de perfume en dos frascos de vidrio. Coloque 4-5 palitos de maíz en uno de los frascos. Cierre ambos frascos con tapas. Agite un poco el frasco que contiene los palitos de maíz. ¿Para qué?
Para aumentar la tasa de adsorción.
Abre ambos frascos. Explique los resultados del experimento.
No hay olor en el frasco donde estaban los palitos de maíz, ya que absorbió el olor del perfume.