Où les méthodes de séparation des mélanges sont utilisées dans la pratique. Pour purifier les substances, diverses méthodes de séparation des mélanges sont utilisées. Évaporation ou cristallisation

Substances pures et mélanges. Méthodes de séparation des mélanges.

Afin d’établir les propriétés d’une substance, il est nécessaire de l’avoir sous sa forme pure, mais les substances n’existent pas dans la nature sous leur forme pure. Chaque substance contient toujours une certaine quantité d'impuretés. Une substance dans laquelle il n'y a presque pas d'impuretés est dite pure. Ils travaillent avec de telles substances dans un laboratoire scientifique ou un laboratoire de chimie scolaire. Notez qu’il n’existe pas de substances absolument pures.

Les mélanges comprennent presque toutes les substances naturelles, les produits alimentaires (à l'exception du sel, du sucre et quelques autres), les matériaux de construction, les produits chimiques ménagers et de nombreux médicaments et cosmétiques.

Les substances naturelles sont des mélanges, parfois constitués d’un très grand nombre de substances différentes. Par exemple, l’eau naturelle contient toujours des sels et des gaz dissous. Parfois, une très petite quantité d’une impureté peut entraîner une modification très importante de certaines propriétés de la substance. Par exemple, la teneur en fer ou en cuivre de seulement quelques centièmes du zinc accélère des centaines de fois son interaction avec l'acide chlorhydrique. Lorsqu’une des substances est présente en quantité prédominante dans un mélange, l’ensemble du mélange porte généralement son nom.

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  Un composant est chaque substance contenue dans un mélange.

Une substance pure est toujours homogène, mais les mélanges peuvent être homogène et hétérogène.

Mélanges homogènes.

Ajoutez une petite portion de sucre dans un verre d'eau et remuez jusqu'à ce que tout le sucre soit dissous. Le liquide aura un goût sucré. Ainsi, le sucre n’a pas disparu mais est resté dans le mélange. Mais nous ne verrons pas ses cristaux, même en examinant une goutte de liquide à l'aide d'un puissant microscope.

Riz. 3. Mélange homogène (solution aqueuse sucrée)

Le mélange préparé de sucre et d'eau est homogène (Fig. 3) ; les plus petites particules de ces substances y sont uniformément mélangées.

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  Les mélanges dans lesquels les composants ne peuvent pas être détectés à l'œil nu sont dits homogènes.

La plupart des alliages métalliques sont également des mélanges homogènes. Par exemple, dans un alliage d’or et de cuivre (utilisé pour fabriquer des bijoux), il n’y a pas de particules de cuivre rouge ni de particules d’or jaune.

L'eau mélangée à du sable, de la craie ou de l'argile gèle à une température de O 0 C et bout à 100 0 C.

Certains types de mélanges hétérogènes portent des noms particuliers : mousse (par exemple mousse de polystyrène, mousse de savon), suspension (un mélange d'eau avec une petite quantité de farine), émulsion (lait, huile végétale bien secouée et eau), aérosol ( fumée, brouillard).

Riz. 5. Mélanges hétérogènes :
a - un mélange d'eau et de soufre ;
b - un mélange d'huile végétale et d'eau ;
c - un mélange d'air et d'eau

Il existe différentes manières de séparer les mélanges. Le choix de la méthode de séparation d'un mélange est influencé par les propriétés des substances constituant le mélange.

Examinons de plus près chaque méthode :

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  Plaidoyer- une méthode courante de purification des liquides des impuretés mécaniques insolubles dans l'eau, ou substances liquides insolubles les unes dans les autres et ayant des densités différentes.

Imaginez que vous ayez devant vous un mélange d’huile végétale et d’eau. Déterminez le type de mélange. ( hétérogène). Comparez les propriétés physiques de l’huile et de l’eau. (Ce sont des substances liquides insolubles les unes dans les autres et ayant des densités différentes). Proposer une méthode pour séparer ce mélange ( maintenir). Cette opération s'effectue à l'aide d'une ampoule à décanter.

La sédimentation est utilisée dans la préparation de l'eau pour les besoins technologiques et domestiques, le traitement des eaux usées, la déshydratation et le dessalage du pétrole brut, ainsi que dans de nombreux processus de technologie chimique. C'est une étape importante dans l'auto-épuration naturelle des réservoirs naturels et artificiels.

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  Filtration– séparation du liquide des impuretés solides insolubles ; Les molécules liquides traversent les pores du filtre et les grosses particules d'impuretés sont retenues.

La filtration peut être effectuée non seulement à l'aide d'un filtre en papier. D'autres matériaux en vrac ou poreux peuvent également être utilisés pour le filtrage. Les matériaux en vrac utilisés dans cette méthode comprennent, par exemple, le sable de quartz. Et pour les poreux - terre cuite et laine de verre.

Imaginez que devant vous se trouve un mélange de sable de rivière et d'eau. Déterminez le type de mélange. ( hétérogène). Comparez les propriétés physiques du sable de rivière et de l'eau. (Ce sont des substances insolubles les unes dans les autres et ayant des densités différentes). Proposer une méthode pour séparer ce mélange ( filtration).

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  Action par aimant est une méthode de séparation de mélanges hétérogènes lorsqu'une des substances du mélange est capable d'être attirée par un aimant

Imaginez que devant vous se trouve un mélange de fer et de soufre. Déterminez le type de mélange. ( hétérogène). Comparez les propriétés physiques du fer et du soufre. Ce mélange peut être séparé défendre, puisque le soufre et le fer sont des substances solides insolubles dans l’eau. Si vous versez ce mélange dans l’eau, le soufre flottera à la surface et le fer coulera. Ce mélange peut également être séparé avec en utilisant un aimant, puisque le fer est attiré par un aimant, mais pas le soufre.

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  Évaporation – il s'agit d'une méthode de séparation de mélanges homogènes, dans laquelle une substance solide soluble est libérée d'une solution lorsqu'elle est chauffée, l'eau s'évapore et des cristaux de la substance solide restent.

Imaginez que devant vous se trouve un mélange de sel de table et d'eau. Déterminez le type de mélange. ( homogène). Ce mélange peut être séparé évaporation, car lors de l'ébullition, l'eau s'évapore et le sel de table reste dans la tasse.

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  Distillation (latin pour « descendre ») – Il s'agit d'une méthode de séparation de mélanges homogènes, dans laquelle les mélanges liquides sont séparés en fractions de composition différente. Elle est réalisée par évaporation partielle d'un liquide suivie d'une condensation de vapeur. La fraction distillée (distillat) est enrichie de substances relativement plus volatiles (à bas point d'ébullition), et le liquide non distillé (fond) est enrichi de substances relativement moins volatiles (à point d'ébullition élevé).

La distillation vous permet de purifier l'eau naturelle des impuretés. L'eau pure (distillée) qui en résulte est utilisée dans les laboratoires de recherche, dans la production de substances destinées à la technologie moderne et en médecine pour la préparation de médicaments.

En laboratoire, la distillation est réalisée à l'aide d'une installation spéciale (Fig. 6). Lorsqu’un mélange de liquides est chauffé, la substance ayant le point d’ébullition le plus bas bout en premier. Sa vapeur quitte le récipient, se refroidit, se condense1 et le liquide résultant s'écoule dans le récepteur. Lorsque cette substance n'est plus dans le mélange, la température commence à augmenter et, avec le temps, un autre composant liquide bout. Les liquides non volatils restent dans le récipient.

Riz. 6. Installation de laboratoire pour la distillation : a - conventionnelle ; b - simplifié
1 - un mélange de liquides avec différents points d'ébullition ;
2 - thermomètre;
3 - réfrigérateur à eau ;
4 - récepteur

Voyons comment certains utilisent méthodes séparation des mélanges.

Le processus de filtration est à la base du fonctionnement d'un respirateur, un appareil qui protège les poumons d'une personne travaillant dans une pièce très poussiéreuse. Le respirateur est doté de filtres qui empêchent la poussière de pénétrer dans les poumons (Fig. 7). Le respirateur le plus simple est un bandage composé de plusieurs couches de gaze. Un aspirateur dispose également d'un filtre qui élimine la poussière de l'air.

Riz. 7. Travailleur dans un respirateur

Concluez par quelles méthodes vous pouvez séparer un mélange de substances solubles et insolubles dans l'eau.

Substance purecontient uniquement des particules un type. Les exemples incluent l'argent (ne contient que des atomes d'argent), l'acide sulfurique et le monoxyde de carbone ( IV ) (contiennent uniquement des molécules des substances correspondantes). Toutes les substances pures ont des propriétés physiques constantes, par exemple un point de fusion (T pl) et le point d'ébullition ( ).

Balle en TUne substance n’est pas pure si elle contient une quantité quelconque d’une ou plusieurs autres substances –.

impuretés

Les contaminants abaissent le point de congélation et augmentent le point d'ébullition d'un liquide pur. Par exemple, si vous ajoutez du sel à l’eau, le point de congélation de la solution diminuera. Mélanges se composent de deux ou plusieurs substances. Le sol, l’eau de mer, l’air sont autant d’exemples de mélanges différents. De nombreux mélanges peuvent être séparés en leurs composants - Composants

– en fonction de la différence de leurs propriétés physiques. Traditionnel

les méthodes utilisées dans la pratique en laboratoire pour séparer les mélanges en composants individuels sont :

filtration,

débourbage suivi d'une décantation,

séparation à l'aide d'une ampoule à décanter,

centrifugation,

évaporation,

cristallisation,

distillation (y compris distillation fractionnée),

chromatographie,

sublimation et autres. Filtration.La filtration est utilisée pour séparer les liquides des petites particules solides en suspension. (Fig. 37), c'est à dire. filtrer le liquide à travers des matériaux finement poreux – filtres.

, qui laissent passer le liquide et retiennent les particules solides à leur surface. Un liquide qui a traversé un filtre et qui est débarrassé de ses impuretés solides est appeléfiltrer , c'est à dire.Dans la pratique de laboratoire, il est souvent utilisé papier lisse et plié

(Fig. 38), fabriqué à partir de papier filtre non collé.Pour filtrer des solutions chaudes (par exemple, dans le but de recristalliser des sels), utilisez un filtre spécial entonnoir à filtre chaud

(Fig.39)avec chauffage électrique ou à eau).. La filtration sous vide permet d'accélérer la filtration et de libérer plus complètement le précipité de la solution. A cet effet, un dispositif de filtration sous vide est assemblé. (Fig.40) . Cela consiste enFiole Bunsen, entonnoir Buchner en porcelaine, flacon de sécurité et pompe à vide(généralement au jet d'eau).

Dans le cas de la filtration d'une suspension d'un sel peu soluble, les cristaux de ce dernier peuvent être lavés à l'eau distillée sur un entonnoir Büchner pour éliminer la solution originelle de leur surface. A cet effet, ils utilisent machine à laver(Fig.41) .

Décantation. Les liquides peuvent être séparés des solides insolublesen décantant(Fig.42) . Cette méthode peut être utilisée si le solide a une densité supérieure à celle du liquide. Par exemple, si du sable de rivière est ajouté à un verre d'eau, lorsqu'il se déposera, il se déposera au fond du verre, car la densité du sable est supérieure à celle de l'eau. Ensuite, l'eau peut être séparée du sable simplement par égouttage. Cette méthode de décantation puis d’égouttage du filtrat est appelée décantation.

Centrifugation.D Pour accélérer le processus de séparation de très petites particules qui forment des suspensions ou des émulsions stables dans un liquide, la méthode est utilisée centrifugation. Cette méthode peut être utilisée pour séparer des mélanges de substances liquides et solides de densité différente. La division s'effectue en centrifugeuses manuelles ou électriques(Fig.43) .

Séparation de deux liquides non miscibles, ayant des densités différentes et ne formant pas d'émulsions stables,peut être effectué à l'aide d'une ampoule à décanter (Fig.44) . De cette façon, vous pouvez séparer, par exemple, un mélange de benzène et d'eau. Couche de benzène (densité = 0,879 g/cm 3 ) est situé au-dessus d'une couche d'eau qui a une densité élevée ( = 1,0 g/cm 3 ). En ouvrant le robinet de l'entonnoir séparateur, vous pouvez soigneusement égoutter la couche inférieure et séparer un liquide d'un autre.

Évaporation(Fig.45) – cette méthode consiste à éliminer un solvant, par exemple l’eau, d’une solution en la chauffant dans un plat d’évaporation en porcelaine. Dans ce cas, le liquide évaporé est éliminé et la substance dissoute reste dans la coupelle d'évaporation.

Cristallisation est le processus de libération de cristaux d'une substance solide lorsqu'une solution est refroidie, par exemple après son évaporation. Il convient de garder à l’esprit que lorsque la solution est lentement refroidie, de gros cristaux se forment. Lorsqu'il est refroidi rapidement (par exemple, par refroidissement à l'eau courante), de petits cristaux se forment.

Distillation- une méthode de purification d'une substance basée sur l'évaporation d'un liquide lorsqu'il est chauffé, suivie de la condensation des vapeurs résultantes. La purification de l'eau des sels dissous (ou d'autres substances, telles que des colorants) par distillation est appelée distillation, et l'eau purifiée elle-même est distillée.

Distillation fractionnée(Fig.46) utilisé pour séparer des mélanges de liquides avec des points d’ébullition différents. Un liquide avec un point d'ébullition plus bas bout plus vite et traverse le colonne fractionnaire(oucondenseur à reflux). Lorsque ce liquide atteint le sommet de la colonne de fractionnement, il entreréfrigérateur, refroidi avec de l'eau et à traversensemblealler àdestinataire(flacon ou tube à essai).

La distillation fractionnée peut être utilisée pour séparer, par exemple, un mélange d'éthanol et d'eau. Point d'ébullition de l'éthanol 78 0 C, et l'eau est à 100 0 C. L'éthanol s'évapore plus facilement et est le premier à passer du réfrigérateur jusqu'au récepteur.

Sublimation – La méthode est utilisée pour purifier des substances qui, lorsqu'elles sont chauffées, peuvent passer de l'état solide à l'état gazeux, en contournant l'état liquide. Ensuite, les vapeurs de la substance à purifier sont condensées et les impuretés qui ne peuvent pas se sublimer sont séparées.

Thème : « Méthodes de séparation des mélanges » (8e année)

Bloc théorique.

La définition du concept « mélange » a été donnée au XVIIe siècle. Le scientifique anglais Robert Boyle: « Un mélange est un système intégral composé de composants hétérogènes. »

Caractéristiques comparatives du mélange et de la substance pure

Signes de comparaison	Substance pure	Mélange
	Constante	Inconstant
Substances	Même	Divers
Propriétés physiques	Permanent	Inconstant
Changement d'énergie pendant la formation	Événement	N'arrive pas
Séparation	Par des réactions chimiques	Par des méthodes physiques

Les mélanges diffèrent les uns des autres par leur apparence.

La classification des mélanges est indiquée dans le tableau :

Donnons des exemples de suspensions (sable de rivière + eau), d'émulsions (huile végétale + eau) et de solutions (air dans un ballon, sel de table + eau, petite monnaie : aluminium + cuivre ou nickel + cuivre).

Méthodes de séparation des mélanges

Dans la nature, les substances existent sous forme de mélanges. Pour la recherche en laboratoire, la production industrielle ainsi que pour les besoins de la pharmacologie et de la médecine, des substances pures sont nécessaires.

Diverses méthodes de séparation des mélanges sont utilisées pour purifier les substances.

L'évaporation est la séparation des solides dissous dans un liquide en les transformant en vapeur.

Distillation- distillation, séparation des substances contenues dans des mélanges liquides selon les points d'ébullition, suivie d'un refroidissement de la vapeur.

Dans la nature, l’eau n’existe pas sous sa forme pure (sans sels). L’eau de mer, d’océan, de rivière, de puits et de source est un type de solution de sels dans l’eau. Cependant, les gens ont souvent besoin d'eau propre qui ne contient pas de sels (utilisée dans les moteurs de voitures ; dans la production chimique pour obtenir diverses solutions et substances ; pour faire des photographies). Une telle eau est appelée distillée et la méthode pour l'obtenir est appelée distillation.

Filtration - filtrer les liquides (gaz) à travers un filtre afin de les nettoyer des impuretés solides.

Ces méthodes sont basées sur les différences dans les propriétés physiques des composants du mélange.

Envisagez les méthodes de séparation hétérogène et mélanges homogènes.

Exemple de mélange	Méthode de séparation
Suspension - un mélange de sable de rivière et d'eau	Plaidoyer Séparation défendre basé sur différentes densités de substances. Le sable plus lourd se dépose au fond. Vous pouvez également séparer l'émulsion : séparez l'huile ou l'huile végétale de l'eau. En laboratoire, cela peut être fait à l’aide d’un entonnoir à décantation. Le pétrole ou l’huile végétale forme la couche supérieure, plus légère. À la suite de la décantation, la rosée tombe du brouillard, la suie se dépose de la fumée et la crème se dépose dans le lait. Séparation d'un mélange d'eau et d'huile végétale par décantation
Un mélange de sable et de sel de table dans de l'eau	Filtration Quelle est la base de la séparation de mélanges hétérogènes à l'aide filtration?Sur différentes solubilités des substances dans l'eau et sur différentes tailles de particules. Seules les particules de substances comparables passent à travers les pores du filtre, tandis que les particules plus grosses sont retenues sur le filtre. De cette façon, vous pouvez séparer un mélange hétérogène de sel de table et de sable de rivière. Diverses substances poreuses peuvent être utilisées comme filtres : coton, charbon, terre cuite, verre pressé et autres. La méthode de filtration constitue la base du fonctionnement des appareils électroménagers, tels que les aspirateurs. Il est utilisé par les chirurgiens - bandages de gaze ; foreurs et ouvriers d'ascenseurs - masques respiratoires. À l'aide d'une passoire à thé pour filtrer les feuilles de thé, Ostap Bender, le héros de l'œuvre d'Ilf et Petrov, a réussi à prendre une des chaises d'Ellochka l'Ogresse (« Douze chaises »). Séparation d'un mélange d'amidon et d'eau par filtration
Mélange de poudre de fer et de soufre	Action par aimant ou eau La poudre de fer était attirée par un aimant, mais pas la poudre de soufre. De la poudre de soufre non mouillable flottait à la surface de l'eau et une lourde poudre de fer mouillable se déposait au fond. Séparer un mélange de soufre et de fer à l'aide d'un aimant et d'eau
Une solution de sel dans l'eau est un mélange homogène	Évaporation ou cristallisation L'eau s'évapore, laissant des cristaux de sel dans la tasse en porcelaine. Lorsque l'eau s'évapore des lacs Elton et Baskunchak, on obtient du sel de table. Cette méthode de séparation est basée sur la différence des points d'ébullition du solvant et du soluté. Si une substance, par exemple le sucre, se décompose lorsqu'elle est chauffée, l'eau ne s'évapore pas complètement - la solution s'évapore, puis des cristaux de sucre sont précipités. la solution saturée. Parfois, il est nécessaire d'éliminer les impuretés des solvants à température d'ébullition plus basse, par exemple l'eau du sel. Dans ce cas, les vapeurs de la substance doivent être collectées puis condensées lors du refroidissement. Cette méthode de séparation d'un mélange homogène est appelée distillation ou distillation. Dans des appareils spéciaux - distillateurs, on obtient de l'eau distillée, qui est utilisée pour les besoins de la pharmacologie, des laboratoires et des systèmes de refroidissement des voitures. À la maison, vous pouvez construire un tel distillateur : Si vous séparez un mélange d'alcool et d'eau, l'alcool ayant un point d'ébullition = 78 °C sera d'abord distillé (recueilli dans un tube à essai récepteur) et l'eau restera dans le tube à essai. La distillation est utilisée pour produire de l’essence, du kérosène et du gazole à partir du pétrole. Séparation de mélanges homogènes

Une méthode spéciale pour séparer les composants, basée sur leur absorption différente par une certaine substance, est chromatographie.

Grâce à la chromatographie, le botaniste russe M. S. Tsvet fut le premier à isoler la chlorophylle des parties vertes des plantes. Dans l'industrie et les laboratoires, l'amidon, le charbon, le calcaire et l'oxyde d'aluminium sont utilisés à la place du papier filtre pour la chromatographie. Faut-il toujours des substances ayant le même degré de purification ?

À des fins différentes, des substances plus ou moins purifiées sont nécessaires. L’eau de cuisson doit être laissée suffisamment reposer pour éliminer les impuretés et le chlore utilisé pour la désinfecter. L'eau potable doit d'abord être bouillie. Et dans les laboratoires chimiques, pour préparer des solutions et mener des expériences, en médecine, il faut de l'eau distillée, purifiée autant que possible des substances qui y sont dissoutes. Des substances particulièrement pures, dont la teneur en impuretés ne dépasse pas un millionième de pour cent, sont utilisées dans l'électronique, les semi-conducteurs, la technologie nucléaire et d'autres industries de précision.

Méthodes d'expression de la composition des mélanges.

Fraction massique du composant dans le mélange- le rapport entre la masse du composant et la masse de l'ensemble du mélange. Habituellement, la fraction massique est exprimée en %, mais pas nécessairement.

ω ["oméga"] = m composant / m mélange

Fraction molaire du composant dans le mélange- le rapport entre le nombre de moles (quantité de substance) d'un composant et le nombre total de moles de toutes les substances contenues dans le mélange. Par exemple, si le mélange contient les substances A, B et C, alors :

χ ["chi"] composant A = n composant A / (n(A) + n(B) + n(C))

Rapport molaire des composants. Parfois, les problèmes d'un mélange indiquent le rapport molaire de ses composants. Par exemple:

n composant A : n composant B = 2 : 3

Fraction volumique du composant dans le mélange (uniquement pour les gaz)- le rapport du volume de la substance A au volume total de l'ensemble du mélange gazeux.

φ ["phi"] = composant V / mélange V

Bloc pratique.

Examinons trois exemples de problèmes dans lesquels des mélanges de métaux réagissent avec sel acide:

Exemple 1.Lorsqu'un mélange de cuivre et de fer pesant 20 g a été exposé à un excès d'acide chlorhydrique, 5,6 litres de gaz (n.s.) ont été libérés. Déterminez les fractions massiques de métaux dans le mélange.

Dans le premier exemple, le cuivre ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique, c’est-à-dire que de l’hydrogène est libéré lorsque l’acide réagit avec le fer. Ainsi, connaissant le volume d’hydrogène, on peut immédiatement trouver la quantité et la masse de fer. Et, par conséquent, les fractions massiques des substances contenues dans le mélange.

Exemple 1 solution.

Trouver la quantité d'hydrogène :
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.

D'après l'équation de réaction :

La quantité de fer est également de 0,25 mole. Vous pouvez trouver sa masse :
mFe = 0,25 56 = 14 g.

Réponse : 70 % de fer, 30 % de cuivre.

Exemple 2.Lorsqu'un mélange d'aluminium et de fer pesant 11 g a été exposé à un excès d'acide chlorhydrique, 8,96 litres de gaz (n.s.) ont été libérés. Déterminez les fractions massiques de métaux dans le mélange.

Dans le deuxième exemple, ils réagissent les deux métal Ici, l'hydrogène est déjà libéré de l'acide dans les deux réactions. Le calcul direct ne peut donc pas être utilisé ici. Dans de tels cas, il est pratique de résoudre en utilisant un système d’équations très simple, en prenant x comme le nombre de moles de l’un des métaux et y comme la quantité de substance du second.

Solution à l'exemple 2.

Trouver la quantité d'hydrogène :
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.

Soit la quantité d'aluminium de x moles et la quantité de fer de x moles. Nous pouvons alors exprimer la quantité d’hydrogène libérée en termes de x et y :

1. 	2HCl = FeCl2 +

On connaît la quantité totale d'hydrogène : 0,4 mole. Moyens,
1,5x + y = 0,4 (c'est la première équation du système).

Pour un mélange de métaux il faut exprimer massesà travers la quantité de substances.
m = Mn
Donc la masse d'aluminium
m Al = 27x,
masse de fer
m Fe = 56у,
et la masse de tout le mélange
27x + 56y = 11 (c'est la deuxième équation du système).

Nous avons donc un système de deux équations :

2. Il est beaucoup plus pratique de résoudre de tels systèmes en utilisant la méthode de soustraction, en multipliant la première équation par 18 :
   27x + 18 ans = 7,2
   et soustraire la première équation de la seconde :

   (56 − 18)y = 11 − 7,2
   y = 3,8 / 38 = 0,1 mole (Fe)
   x = 0,2 mole (Al)

m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
mAl = 0,2 27 = 5,4 g
ω Fe = m Mélange Fe/m = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),

respectivement,
ω Al = 100 % − 50,91 % = 49,09 %

Réponse : 50,91 % de fer, 49,09 % d'aluminium.

Exemple 3.16 g d'un mélange de zinc, d'aluminium et de cuivre ont été traités avec un excès de solution d'acide chlorhydrique. Dans ce cas, 5,6 litres de gaz (n.s.) ont été libérés et 5 g de la substance ne se sont pas dissous. Déterminez les fractions massiques de métaux dans le mélange.

Dans le troisième exemple, deux métaux réagissent, mais le troisième métal (le cuivre) ne réagit pas. Par conséquent, le reste de 5 g correspond à la masse de cuivre. Les quantités des deux métaux restants - le zinc et l'aluminium (notez que leur masse totale est de 16 − 5 = 11 g) peuvent être trouvées à l'aide d'un système d'équations, comme dans l'exemple n° 2.

Réponse à l'exemple 3 : 56,25% de zinc, 12,5% d'aluminium, 31,25% de cuivre.

Exemple 4.Un mélange de fer, d'aluminium et de cuivre a été traité avec un excès d'acide sulfurique concentré froid. Dans ce cas, une partie du mélange s'est dissoute et 5,6 litres de gaz (n.s.) ont été libérés. Le mélange restant a été traité avec un excès de solution d'hydroxyde de sodium. 3,36 litres de gaz ont été libérés et il reste 3 g de résidus non dissous. Déterminez la masse et la composition du mélange initial de métaux.

Dans cet exemple, il faut rappeler que concentré à froid l'acide sulfurique ne réagit pas avec le fer et l'aluminium (passivation), mais réagit avec le cuivre. Cela libère de l'oxyde de soufre (IV).
Avec alcali réagit uniquement de l'aluminium- métal amphotère (en plus de l'aluminium, le zinc et l'étain se dissolvent également dans les alcalis, et le béryllium peut également être dissous dans les alcalis concentrés chauds).

Solution à l'exemple 4.

Seul le cuivre réagit avec l'acide sulfurique concentré, le nombre de moles de gaz est :
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mole

	2H 2 SO 4 (conc.) = CuSO 4 +

1. (n'oubliez pas que ces réactions doivent être égalisées à l'aide d'une balance électronique)

   Puisque le rapport molaire du cuivre et du dioxyde de soufre est de 1:1, le cuivre est également de 0,25 mole. Vous pouvez trouver un amas de cuivre :
   m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.

   L'aluminium réagit avec une solution alcaline, entraînant la formation d'un complexe hydroxo d'aluminium et d'hydrogène :
   2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

   Al 0 − 3e = Al 3+
   2H + + 2e = H2

2. Nombre de moles d'hydrogène :
   nH3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mole,
   le rapport molaire de l'aluminium et de l'hydrogène est de 2:3 et, par conséquent,
   nAl = 0,15 / 1,5 = 0,1 mole.
   Poids de l'aluminium :
   m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 g

   Le reste est du fer, pesant 3 g. Vous pouvez trouver la masse du mélange :
   m mélange = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.

   Fractions massiques des métaux :

ω Cu = m Mélange Cu/m = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73 %)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44 %)
ωFe = 13,83%

Réponse : 73,73 % de cuivre, 12,44 % d'aluminium, 13,83 % de fer.

Exemple 5.21,1 g d'un mélange de zinc et d'aluminium ont été dissous dans 565 ml d'une solution d'acide nitrique contenant 20 % en poids d'acide nitrique. %HNO 3 et ayant une densité de 1,115 g/ml. Le volume du gaz libéré, qui est une substance simple et le seul produit de la réduction de l'acide nitrique, était de 2,912 l (n.s.). Déterminez la composition de la solution résultante en pourcentage en masse. (RHTU)

Le texte de ce problème indique clairement le produit de la réduction de l'azote - une « substance simple ». Puisque l’acide nitrique avec les métaux ne produit pas d’hydrogène, c’est de l’azote. Les deux métaux se dissolvent dans l'acide.
Le problème ne porte pas sur la composition du mélange initial de métaux, mais sur la composition de la solution résultante après les réactions. Cela rend la tâche plus difficile.

Solution à l'exemple 5.

Déterminez la quantité de substance gazeuse :
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.

Nous déterminons la masse de la solution d'acide nitrique, la masse et la quantité de HNO3 dissous :

m solution = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m solution = 0,2 630,3 = 126,06 g
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 moles

Veuillez noter que puisque les métaux sont complètement dissous, cela signifie : il y avait définitivement assez d'acide(ces métaux ne réagissent pas avec l'eau). Il faudra donc vérifier Y a-t-il trop d'acide ?, et quelle quantité en reste après la réaction dans la solution résultante.

Nous composons des équations de réaction ( n'oubliez pas votre balance électronique) et, pour faciliter les calculs, nous prenons 5x comme quantité de zinc et 10y comme quantité d'aluminium. Ensuite, conformément aux coefficients des équations, l'azote dans la première réaction sera x mol, et dans la seconde - 3y mol :

	12HNO 3 = 5Zn(NON 3) 2 +

Zn 0 − 2e = Zn 2+
2N +5 + 10e = N2

	36HNO3 = 10Al(NO3)3 +

Il est pratique de résoudre ce système en multipliant la première équation par 90 et en soustrayant la première équation de la seconde.

x = 0,04, ce qui signifie n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, ce qui signifie n Al = 0,03 10 = 0,3 mol

Vérifions la masse du mélange :
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.

Passons maintenant à la composition de la solution. Il sera pratique de réécrire les réactions et d'écrire au-dessus des réactions les quantités de toutes les substances ayant réagi et formées (sauf l'eau) :

La question suivante est : reste-t-il de l’acide nitrique dans la solution et quelle quantité en reste-t-il ?
D’après les équations de réaction, la quantité d’acide qui a réagi :
nHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mole,
ceux. l'acide était en excès et vous pouvez calculer son reste dans la solution :
n HNO3 reste. = 2 − 1,56 = 0,44 mole.

Alors, dans solution finale contient:

nitrate de zinc à raison de 0,2 mol :
mZn(NO3)2 = nM = 0,2 189 = 37,8 g
nitrate d'aluminium à raison de 0,3 mol :
mAl(NO3)3 = nM = 0,3 213 = 63,9 g
excès d'acide nitrique à raison de 0,44 mol :
m HNO3 reste. = n M = 0,44 63 = 27,72 g

Quelle est la masse de la solution finale ?
Rappelons que la masse de la solution finale est constituée des composants que nous avons mélangés (solutions et substances) moins les produits de réaction qui ont quitté la solution (précipités et gaz) :

Alors pour notre tâche :

je suis nouveau solution = masse de solution acide + masse d'alliage métallique - masse d'azote
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
je suis nouveau solution = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g

ωZn(NO 3) 2 = m quantité / m solution = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m volume / m solution = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 reste. = m d'eau / m de solution = 27,72 / 648,04 = 0,0428

Réponse : 5,83 % de nitrate de zinc, 9,86 % de nitrate d'aluminium, 4,28 % d'acide nitrique.

Exemple 6.Lorsque 17,4 g d'un mélange de cuivre, de fer et d'aluminium ont été traités avec un excès d'acide nitrique concentré, 4,48 litres de gaz (n.o.) ont été libérés, et lorsque ce mélange a été exposé à la même masse d'acide chlorhydrique en excès, 8,96 litres de du gaz (n.o.) ont été libérés y.). Déterminez la composition du mélange initial. (RHTU)

Pour résoudre ce problème, il faut d'abord se rappeler que l'acide nitrique concentré avec un métal inactif (cuivre) produit du NO 2 et que le fer et l'aluminium ne réagissent pas avec lui. L’acide chlorhydrique, au contraire, ne réagit pas avec le cuivre.

Réponse par exemple 6 : 36,8% de cuivre, 32,2% de fer, 31% d'aluminium.

Note explicative

Substances pures et mélanges. Façons séparation mélanges. Développer une compréhension des substances pures et mélanges. Façons purification de substances : ... substances à divers Des classes composés organiques. Caractériser : basique Des classes composés organiques...

Arrêté de 2013 N° Programme de travail pour la matière académique « Chimie » 8e année (niveau de base 2 heures)

Programme de travail

Évaluer les connaissances des étudiants sur les opportunités et façons séparation mélanges substances; formation de compétences expérimentales appropriées... classification et propriétés chimiques des substances de base Des classes composés inorganiques, la formation d'idées sur...

Document

... mélanges, façons séparation mélanges. Objectifs : Donner la notion de substances pures et mélanges; Envisager la classification mélanges; Présenter aux étudiants façons séparation mélanges... élève et relance devant classe carte avec la formule d'une substance inorganique...

Voici les noms de divers systèmes chimiques. Répartissez-les en : mélanges ; substances pures et vraies solutions.

Eau distillée

Eau de mer
Oxygène
Argent

Solution injectable de chlorure de sodium

Hydrogène
Fonte
Gaz carbonique
Air

Basalte
Verre

Émulsion huile dans eau
Plomb

Suggérez des façons de séparer les mélanges : a) de l'eau et du sable ; b) la limaille de bois et de fer ; c) eau et encre ; d) eau et huile.

Substances pures et mélanges.

Dans la vie quotidienne, chacun de nous est confronté à de nombreux mélanges de substances, non seulement des substances pures, mais aussi des substances contaminées. Il est important de pouvoir distinguer ces notions et de pouvoir déterminer par des caractéristiques précises à quoi l'on a affaire : une substance pure ou contaminée, une substance individuelle ou un mélange de substances. Après tout, une personne veut boire uniquement de l'eau qui ne contient pas d'impuretés nocives. Nous voulons respirer un air qui n'est pas pollué par des gaz nocifs pour la santé. En médecine et dans la production de produits pharmaceutiques, le problème de l'obtention et de l'utilisation de substances pures est particulièrement pertinent.

Faisons connaissance avec les termes de base de la leçon.

Mélange- c'est ce qui se forme lorsque deux ou plusieurs substances aux propriétés différentes sont mélangées.

Les substances qui composent le mélange sont appelées Composants. Par exemple, l'air est un mélange de gaz : azote, oxygène, dioxyde de carbone et autres.

Si la masse d'un composant est des dizaines de fois inférieure à la masse d'un autre composant du mélange, alors on l'appelle mélange. La substance serait contaminée. Par exemple, l’air peut être pollué par du monoxyde de carbone, produit d’une combustion incomplète de composés organiques, notamment de l’essence. À propos, l'essence est un mélange de substances organiques - des hydrocarbures.

CLASSIFICATION DES MÉLANGES

Les mélanges diffèrent les uns des autres par leur apparence. Par exemple, de l'eau salée (un mélange de sel de table et d'eau) et un mélange de sable de rivière et d'eau. Dans le premier cas, il est impossible de voir l’interface solide-liquide. Un tel mélange est dit homogène (ou homogène). D'autres exemples de mélanges homogènes sont le vinaigre (un mélange d'acide acétique et d'eau), l'air et le sirop de sucre.

Un mélange de sable de rivière et d'eau est classé comme mélange hétérogène (ou hétérogène), car la composition d'un tel mélange n'est pas la même en différents points du volume. Les mélanges d'argile et d'eau, d'essence et d'eau sont hétérogènes.

Fondamentalement, tout ce qui nous entoure est un mélange de substances. De plus, aucune substance n’est absolument exempte d’impuretés.

Mais il est d'usage de parler de la pureté relative d'une substance, c'est-à-dire les substances ont différents degrés de pureté.

Pureté de la substance

Si des impuretés ne sont pas détectées lorsqu'une substance est utilisée à des fins techniques, la substance est alors appelée techniquement propre. Par exemple, la substance à partir de laquelle l’encre violette est fabriquée peut contenir des impuretés. Mais si ces impuretés n’affectent en rien la qualité de l’encre, alors elle est techniquement pure.

Si les impuretés ne sont pas détectées par des réactions chimiques, la substance est alors classée comme chimiquement pur. Par exemple, c'est de l'eau distillée.

Signes de l’individualité d’une substance

Une substance pure est parfois appelée substance individuelle, car il a des propriétés strictement définies. Par exemple, seule l’eau distillée a un point de fusion de 0°C, un point d’ébullition de 100°C et est insipide et inodore.

Les propriétés des substances contenues dans un mélange changent-elles ? Pour répondre à cette question, menons une expérience simple. Mélangez les poudres de soufre et de fer. Nous savons que le fer est attiré par un aimant, mais pas le soufre. Le fer a-t-il conservé ses propriétés après mélange avec le soufre ?

CONCLUSION : Les propriétés des substances contenues dans le mélange ne changent pas. La connaissance des propriétés des composants d'un mélange est utilisée pour séparer les mélanges et purifier les substances.

Méthodes de séparation des mélanges et de purification des substances

Définissons la différence entre les « méthodes de séparation des mélanges » et les « méthodes de purification des substances ». Dans le premier cas, il est important d'obtenir tous les composants qui composent le mélange sous forme pure. Lors de la purification d'une substance, l'obtention d'impuretés sous forme pure est généralement négligée.

RÈGLEMENT

Comment séparer un mélange de sable et d'argile ? C'est l'une des étapes de la production de céramique (par exemple dans la production de briques). Pour séparer un tel mélange, la méthode de décantation est utilisée. Le mélange est placé dans l'eau et agité. L'argile et le sable se déposent dans l'eau à des rythmes différents. Par conséquent, le sable se déposera beaucoup plus rapidement que l'argile (Fig. 1).

Riz. 1. Séparation d'un mélange d'argile et de sable par décantation

La méthode de décantation est également utilisée pour séparer des mélanges de solides insolubles dans l’eau de différentes densités. Par exemple, c'est ainsi que vous pouvez séparer un mélange de limaille de fer et de limaille de bois (les limaille de bois flotteront dans l'eau, tandis que la limaille de fer se déposera).

Un mélange d'huile végétale et d'eau peut également être séparé par décantation, car l'huile ne se dissout pas dans l'eau et a une densité plus faible (Fig. 2). Ainsi, par décantation, il est possible de séparer des mélanges de liquides insolubles les uns dans les autres et ayant des densités différentes.

Riz. 2. Séparation d'un mélange d'huile végétale et d'eau par décantation

Filtration

Pour séparer un mélange de sel de table et de sable de rivière, vous pouvez utiliser la méthode de décantation (lorsqu'il est mélangé avec de l'eau, le sel se dissoudra et le sable se déposera), mais il sera plus fiable de séparer le sable de la solution saline en utilisant un autre méthode - la méthode de filtration.

La filtration de ce mélange peut se faire à l'aide d'un filtre en papier et d'un entonnoir descendu dans un verre. Des grains de sable restent sur le papier filtre et une solution claire de sel de table traverse le filtre. Dans ce cas, le sable de la rivière est le sédiment et la solution saline est le filtrat (Fig. 3).

Riz. 3. Utiliser la méthode de filtration pour séparer le sable de rivière de la solution saline

La filtration peut être réalisée non seulement à l'aide de papier filtre, mais également à l'aide d'autres matériaux poreux ou en vrac. Par exemple, les matériaux en vrac comprennent le sable de quartz et les matériaux poreux comprennent la laine de verre et l'argile cuite.

Certains mélanges peuvent être séparés par la méthode de « filtration à chaud ». Par exemple, un mélange de poudres de soufre et de fer. Le fer fond à des températures supérieures à 1 500 °C et le soufre à environ 120 °C. Le soufre fondu peut être séparé de la poudre de fer à l'aide de laine de verre chauffée.

1. Remplissez les espaces vides du texte en utilisant les mots « composants », « différences », « deux », « physique ».

Un mélange peut être préparé en mélangeant au moins deux substances. Les mélanges peuvent être séparés en leurs composants individuels à l'aide de méthodes physiques basées sur les différences dans les propriétés physiques des composants.

2. Complétez les phrases.

a) La méthode de règlement est basée sur Le fait est que les particules de substance solide sont assez grosses; elles se déposent rapidement au fond et le liquide peut être soigneusement drainé des sédiments.

b) La méthode de centrifugation est basée sur l'action de la force centrifuge - les particules les plus lourdes se déposent et les plus légères se retrouvent dessus.

c) La méthode de filtrage est basée sur faire passer une solution d'un solide à travers un filtre où les particules solides sont retenues sur le filtre.

3. Remplissez le mot manquant :

a) farine et sucre cristallisé - un tamis ; limaille de soufre et de fer - aimant.

b) eau et huile de tournesol - entonnoir à séparation ; eau et sable de rivière - filtre.

c) air et poussière - respirateur ; air et gaz toxiques - absorbant.

4. Faites une liste des équipements de filtration nécessaires.

a) filtre en papier
b) un verre avec une solution
c) entonnoir en verre
d) verre propre
d) tige de verre
e) trépied avec pied

5. Expérience en laboratoire. Fabrication de filtres réguliers et plissés à partir de papier filtre ou de serviette en papier.

Selon vous, quel filtre la solution passera plus rapidement : un filtre ordinaire ou un filtre plié ? Pourquoi?

Grâce à son pliage - la zone de contact de filtration est plus grande que celle d'un filtre conventionnel.

6. Suggérez des façons de séparer les mélanges présentés dans le tableau 16.

Méthodes de séparation de certains mélanges

7. Expérience à domicile. Adsorption des colorants Pepsi-Cola par le charbon actif.

Réactifs et équipements : boisson gazeuse, charbon actif; casserole, entonnoir, papier filtre, cuisinière électrique (à gaz).

Progrès. Versez une demi-tasse (100 ml) de boisson gazeuse dans la casserole. Ajoutez-y 5 comprimés de charbon actif. Faites chauffer la poêle 10 minutes sur le feu. Filtrez le charbon. Expliquez les résultats de l’expérience.

La solution s'est décolorée en raison de l'absorption des colorants par le charbon actif.

8. Expérience à domicile. Adsorption des vapeurs odorantes par les bâtonnets de maïs.

Réactifs et équipements: bâtonnets de maïs, parfum ou eau de Cologne ; 2 bocaux en verre identiques avec couvercles.

Progrès. Placez une goutte de parfum dans deux bocaux en verre. Placez 4 à 5 bâtonnets de maïs dans l'un des bocaux. Fermez les deux pots avec des couvercles. Secouez un peu le pot contenant les bâtonnets de maïs. Pour quoi?

Pour augmenter le taux d’adsorption.

Ouvrez les deux pots. Expliquez les résultats de l’expérience.

Il n'y a aucune odeur dans le pot où se trouvaient les bâtonnets de maïs, car il absorbait l'odeur du parfum.