Gdzie w praktyce stosuje się metody rozdzielania mieszanin. Do oczyszczania substancji stosuje się różne metody rozdzielania mieszanin. Parowanie lub krystalizacja
Przeczytaj także
Aby ustalić właściwości substancji, konieczne jest posiadanie jej w czystej postaci, ale substancje w czystej postaci nie występują w przyrodzie. Każda substancja zawsze zawiera pewną ilość zanieczyszczeń. Substancję, w której prawie nie ma zanieczyszczeń, nazywa się czystą. Pracują z takimi substancjami w laboratorium naukowym lub szkolnej pracowni chemicznej. Należy pamiętać, że substancje absolutnie czyste nie istnieją.
W skład mieszanin wchodzą niemal wszystkie substancje naturalne, żywność (z wyjątkiem soli, cukru i niektórych innych), materiały budowlane, chemia gospodarcza oraz wiele leków i kosmetyków.
Substancje naturalne to mieszaniny, czasami składające się z bardzo dużej liczby różnych substancji. Na przykład woda naturalna zawsze zawiera rozpuszczone w niej sole i gazy. Czasem już bardzo mała ilość zanieczyszczenia może spowodować bardzo silną zmianę niektórych właściwości substancji. Na przykład zawartość zaledwie setnych części żelaza lub miedzi w cynku setki razy przyspiesza jego oddziaływanie z kwasem solnym. Gdy jedna z substancji występuje w mieszaninie w przeważającej ilości, wówczas zwykle nosi ona nazwę całej mieszaniny.
Składnik to każda substancja zawarta w mieszaninie.
Mieszanki jednorodne.
Do szklanki wody dodaj niewielką porcję cukru i mieszaj, aż cały cukier się rozpuści. Płyn będzie miał słodki smak. Zatem cukier nie zniknął, ale pozostał w mieszance. Ale jego kryształów nie zobaczymy nawet badając kroplę płynu przez mocny mikroskop.
Ryż. 3. Jednorodna mieszanina (wodny roztwór cukru)
Przygotowana mieszanina cukru i wody jest jednorodna (ryc. 3); najmniejsze cząsteczki tych substancji są w nim równomiernie wymieszane.
Mieszanki, których składników nie można wykryć gołym okiem, nazywane są jednorodnymi.
Woda zmieszana z piaskiem, kredą lub gliną zamarza w temperaturze O 0 C i wrze w temperaturze 100 0 C.
Niektóre rodzaje mieszanin heterogenicznych mają specjalne nazwy: pianka (na przykład styropian, mydliny), zawiesina (mieszanina wody z niewielką ilością mąki), emulsja (mleko, dobrze wstrząśnięty olej roślinny i woda), aerozol ( dym, mgła).
Ryż. 5. Mieszanki heterogeniczne:
a - mieszanina wody i siarki;
b - mieszanina oleju roślinnego i wody;
c - mieszanina powietrza i wody
Istnieją różne sposoby rozdzielania mieszanin. Na wybór metody rozdziału mieszaniny wpływają właściwości substancji tworzących mieszaninę.
Przyjrzyjmy się bliżej każdej metodzie:
Rzecznictwo- powszechna metoda oczyszczania cieczy z zanieczyszczeń mechanicznych nierozpuszczalnych w wodzie, lub substancje ciekłe, które są w sobie nierozpuszczalne i mają różną gęstość.
Sedymentacja stosowana jest przy przygotowaniu wody na potrzeby technologiczne i bytowe, oczyszczaniu ścieków, odwadnianiu i odsalaniu ropy naftowej oraz w wielu procesach technologii chemicznej. Jest to ważny etap naturalnego samooczyszczania zbiorników naturalnych i sztucznych.
Filtrowanie– oddzielenie cieczy od stałych, nierozpuszczalnych zanieczyszczeń; Cząsteczki cieczy przechodzą przez pory filtra, zatrzymując duże cząstki zanieczyszczeń.
Wyobraź sobie, że przed tobą znajduje się mieszanina rzecznego piasku i wody. Określ rodzaj mieszaniny. ( heterogeniczny). Porównaj właściwości fizyczne piasku rzecznego i wody. (Są to substancje, które są w sobie nierozpuszczalne i mają różną gęstość). Zaproponuj metodę rozdzielenia tej mieszaniny ( filtracja).
Działanie za pomocą magnesu to metoda rozdzielania mieszanin heterogenicznych, w której jedna z substancji zawartych w mieszaninie może zostać przyciągnięta przez magnes
Parowanie – jest to metoda rozdzielania mieszanin jednorodnych, w której z roztworu uwalnia się stała rozpuszczalna substancja, woda odparowuje, a pozostają kryształy substancji stałej;
Destylacja (łac. „upuszczanie”) – Jest to metoda rozdzielania mieszanin jednorodnych, w której mieszaniny ciekłe rozdzielane są na frakcje różniące się składem. Odbywa się to poprzez częściowe odparowanie cieczy, a następnie skraplanie pary. Frakcja destylowana (destylat) jest wzbogacana w substancje stosunkowo bardziej lotne (niskowrzące), a ciecz niedestylowana (denna część) jest wzbogacana w substancje stosunkowo mniej lotne (wysokowrzące).
W laboratorium destylację przeprowadza się za pomocą specjalnej instalacji (ryc. 6). Kiedy ogrzewa się mieszaninę cieczy, najpierw wrze substancja o najniższej temperaturze wrzenia. Jego para opuszcza naczynie, schładza się, skrapla1, a powstała ciecz wpływa do odbiornika. Gdy tej substancji nie będzie już w mieszaninie, temperatura zacznie rosnąć, a z biegiem czasu zagotuje się kolejny płynny składnik. W naczyniu pozostają nielotne ciecze.
Ryż. 6. Laboratoryjna instalacja do destylacji: a - konwencjonalna; b - uproszczone
1 - mieszanina cieczy o różnych temperaturach wrzenia;
2 - termometr;
3 - lodówka na wodę;
4 - odbiornik
Przyjrzyjmy się, jak niektórzy korzystają metody rozdzielanie mieszanin.
Proces filtracji leży u podstaw działania respiratora – urządzenia chroniącego płuca osoby pracującej w bardzo zapylonym pomieszczeniu. Respirator posiada filtry zapobiegające przedostawaniu się kurzu do płuc (ryc. 7). Najprostszym respiratorem jest bandaż wykonany z kilku warstw gazy. Odkurzacz posiada również filtr, który usuwa kurz z powietrza.
Ryż. 7. Pracownik w respiratorze
Podsumuj, jakimi metodami można rozdzielić mieszaninę substancji rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie.
Czysta substancjazawiera tylko cząstki jeden typ. Przykładami są srebro (zawiera tylko atomy srebra), kwas siarkowy i tlenek węgla ( IV ) (zawierają tylko cząsteczki odpowiednich substancji). Wszystkie czyste substancje mają stałe właściwości fizyczne, na przykład temperaturę topnienia (T pl) i temperatura wrzenia ( ).
T belaSubstancja nie jest czysta, jeśli zawiera jakąkolwiek ilość jednej lub więcej innych substancji –.
zanieczyszczenia
Zanieczyszczenia obniżają temperaturę zamarzania i podwyższają temperaturę wrzenia czystej cieczy. Na przykład, jeśli dodasz sól do wody, temperatura zamarzania roztworu obniży się. Mieszanki składać się z dwóch lub więcej Substancje. Gleba, woda morska i powietrze to przykłady różnych mieszanin. Wiele mieszanin można rozdzielić na części składowe -
składniki– na podstawie różnicy w ich właściwościach fizycznych.
Tradycyjny
Metody stosowane w praktyce laboratoryjnej do rozdzielania mieszanin na poszczególne składniki to:
filtrowanie,
osadzanie, a następnie dekantacja,
separacja za pomocą rozdzielacza,
wirowanie,
odparowanie,
krystalizacja,
destylacja (w tym destylacja frakcyjna),
chromatografia, sublimacja i inne.Filtrowanie. Filtracja służy do oddzielenia cieczy od zawieszonych w niej drobnych cząstek stałych.(ryc. 37), tj. filtrowanie cieczy przez drobno porowate materiały –.
filtry, które umożliwiają przepływ cieczy i zatrzymują cząstki stałe na swojej powierzchni. Nazywa się ciecz, która przeszła przez filtr i została wolna od znajdujących się w niej zanieczyszczeń stałych (ryc. 37)przesącz W praktyce laboratoryjnej jest często stosowany
gładki i złożony papier(ryc. 38), wykonane z nieklejonej bibuły filtracyjnej. Aby filtrować gorące roztwory (na przykład w celu rekrystalizacji soli), użyj specjalnego
lejek z gorącym filtrem(ryc. 39). Filtrację pod próżnią stosuje się w celu przyspieszenia filtracji i całkowitego uwolnienia osadu z roztworu. W tym celu montowane jest próżniowe urządzenie filtrujące. (ryc. 40) . Składa się ona zKolba Bunsena, porcelanowy lejek Buchnera, butelka bezpieczna i pompka próżniowa(zwykle strumień wody).
W przypadku filtrowania zawiesiny soli słabo rozpuszczalnej kryształy tej ostatniej można przemyć wodą destylowaną na lejku Buchnera w celu usunięcia pierwotnego roztworu z ich powierzchni. W tym celu używają pralka(ryc. 41) .
Dekantacja. Ciecze można oddzielić od nierozpuszczalnych substancji stałychprzez dekantację(ryc. 42) . Tę metodę można zastosować, jeśli ciało stałe ma większą gęstość niż ciecz. Na przykład, jeśli do szklanki wody doda się piasek rzeczny, to gdy opadnie, opadnie na dno szklanki, ponieważ gęstość piasku jest większa niż woda. Następnie wodę można oddzielić od piasku poprzez proste spuszczenie. Ta metoda osadzania, a następnie odsączania filtratu nazywana jest dekantacją.
Wirowanie.D Aby przyspieszyć proces separacji bardzo małych cząstek, które tworzą stabilne zawiesiny lub emulsje w cieczy, stosuje się metodę wirowanie. Metodą tą można rozdzielić mieszaniny substancji ciekłych i stałych różniących się gęstością. Podział odbywa się w wirówki ręczne lub elektryczne(ryc. 43) .
Rozdzielenie dwóch niemieszających się cieczy, posiadające różną gęstość i nie tworzące trwałych emulsji,można wykonać za pomocą rozdzielacza (ryc. 44) . W ten sposób można rozdzielić np. mieszaninę benzenu i wody. Warstwa benzenu (gęstość = 0,879 g/cm2 3 ) znajduje się nad warstwą wody o dużej gęstości ( = 1,0 g/cm2 3 ). Otwierając kurek rozdzielacza, można dokładnie opróżnić dolną warstwę i oddzielić jedną ciecz od drugiej.
Odparowanie(ryc. 45) – metoda ta polega na usunięciu rozpuszczalnika, np. wody, z roztworu poprzez podgrzanie go w parującym naczyniu porcelanowym. W takim przypadku odparowana ciecz jest usuwana, a rozpuszczona substancja pozostaje w naczyniu parującym.
Krystalizacja to proces uwalniania kryształów substancji stałej podczas chłodzenia roztworu, na przykład po jego odparowaniu. Należy pamiętać, że gdy roztwór jest powoli chłodzony, tworzą się duże kryształy. Po szybkim ochłodzeniu (na przykład przez chłodzenie bieżącą wodą) tworzą się małe kryształy.
Destylacja- metoda oczyszczania substancji polegająca na odparowaniu cieczy po podgrzaniu, a następnie kondensacji powstałych oparów. Oczyszczanie wody z rozpuszczonych w niej soli (lub innych substancji, np. barwników) nazywa się destylacją. destylacja, a sama oczyszczona woda jest destylowana.
Destylacja frakcyjna(ryc. 46) służy do rozdzielania mieszanin cieczy o różnych temperaturach wrzenia. Ciecz o niższej temperaturze wrzenia wrze szybciej i przechodzi przez kolumna ułamkowa(Lubchłodnica zwrotna). Kiedy ta ciecz osiągnie szczyt kolumny frakcjonującej, wchodzilodówka, schłodzone wodą i gotowerazemzamierzamodbiorca(kolba lub probówka).
Destylację frakcyjną można zastosować do rozdzielenia np. mieszaniny etanolu i wody. Temperatura wrzenia etanolu 78 0 C, a woda 100 0 C. Etanol łatwiej odparowuje i jako pierwszy przechodzi przez lodówkę do odbiornika.
Sublimacja – Metodę tę stosuje się do oczyszczania substancji, które po podgrzaniu mogą przejść ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego. Następnie pary oczyszczanej substancji ulegają kondensacji i oddzielane są zanieczyszczenia, które nie mogą sublimować.
Temat: „Metody rozdzielania mieszanin” (klasa VIII)
Blok teoretyczny.
Definicja pojęcia „mieszanina” została podana w XVII wieku. Angielski naukowiec Robert Boyle: „Mieszanina jest integralnym systemem składającym się z heterogenicznych składników.”
Charakterystyka porównawcza mieszaniny i czystej substancji
|
Znaki porównania |
Czysta substancja |
Mieszanina |
|
Stały |
Zmienny |
|
|
Substancje |
To samo |
Różny |
|
Właściwości fizyczne |
Stały |
Zmienny |
|
Zmiana energii podczas formowania |
Wydarzenie |
Nie dzieje się |
|
Separacja |
Poprzez reakcje chemiczne |
Metodami fizycznymi |
Mieszanki różnią się między sobą wyglądem.
Klasyfikację mieszanin przedstawiono w tabeli:
Podajmy przykłady zawiesin (piasek rzeczny + woda), emulsji (olej roślinny + woda) i roztworów (powietrze w kolbie, sól kuchenna + woda, drobnostka: aluminium + miedź lub nikiel + miedź).
Metody rozdzielania mieszanin
W naturze substancje występują w postaci mieszanin. Do badań laboratoryjnych, produkcji przemysłowej oraz na potrzeby farmakologii i medycyny potrzebne są czyste substancje.
Do oczyszczania substancji stosuje się różne metody rozdzielania mieszanin.
Parowanie polega na oddzielaniu substancji stałych rozpuszczonych w cieczy poprzez przekształcenie jej w parę.
Destylacja- destylacja, rozdzielanie substancji zawartych w ciekłych mieszaninach według temperatur wrzenia, a następnie chłodzenie pary.
W przyrodzie woda nie występuje w czystej postaci (bez soli). Woda oceaniczna, morska, rzeczna, studniowa i źródlana to rodzaje roztworów soli w wodzie. Jednak ludzie często potrzebują czystej wody, niezawierającej soli (stosowanej w silnikach samochodowych, w produkcji chemicznej do otrzymywania różnych roztworów i substancji, przy robieniu fotografii). Taka woda nazywana jest destylowaną, a sposób jej otrzymywania nazywa się destylacją.
Filtracja - przecedzanie cieczy (gazów) przez filtr w celu oczyszczenia ich z zanieczyszczeń stałych.
Metody te opierają się na różnicach we właściwościach fizycznych składników mieszaniny.
Rozważ metody separacji heterogeniczny i jednorodne mieszaniny.
|
Przykład mieszanki |
Metoda separacji |
|
Zawieszenie - mieszanina piasku rzecznego i wody |
Rzecznictwo Separacja obrona w oparciu o różne gęstości substancji. Cięższy piasek osiada na dnie. Można także oddzielić emulsję: oddzielić olej lub olej roślinny od wody. W laboratorium można to zrobić za pomocą rozdzielacza. Górną, jaśniejszą warstwę tworzy ropa naftowa lub olej roślinny. W wyniku osiadania z mgły wypada rosa, z dymu osadza się sadza, a w mleku osadza się śmietanka. Rozdzielanie mieszaniny wody i oleju roślinnego poprzez osadzanie |
|
Mieszanka piasku i soli kuchennej w wodzie |
Filtrowanie Na jakiej podstawie można rozdzielać mieszaniny heterogeniczne filtracja?O różnej rozpuszczalności substancji w wodzie i o różnej wielkości cząstek. Przez pory filtra przechodzą tylko cząstki substancji porównywalnych z nimi, natomiast większe cząstki zatrzymują się na filtrze. W ten sposób można rozdzielić niejednorodną mieszaninę soli kuchennej i piasku rzecznego. Jako filtry można zastosować różne substancje porowate: watę, węgiel, wypalaną glinę, prasowane szkło i inne. Metoda filtracji jest podstawą działania urządzeń gospodarstwa domowego, takich jak odkurzacze. Jest używany przez chirurgów - bandaże z gazy; wiertnicy i pracownicy wind - maski oddechowe. Za pomocą sitka do filtrowania liści herbaty Ostap Bender, bohater dzieła Ilfa i Pietrowa, zdołał zabrać jedno z krzeseł Ogrzycy Ellochce („Dwanaście Krzeseł”). Oddzielenie mieszaniny skrobi i wody przez filtrację |
|
Mieszanka proszku żelaza i siarki |
Działanie za pomocą magnesu lub wody Proszek żelaza był przyciągany przez magnes, ale proszek siarki nie. Niezwilżalny proszek siarki unosił się na powierzchnię wody, a ciężki zwilżalny proszek żelaza osiadał na dnie. Rozdzielanie mieszaniny siarki i żelaza za pomocą magnesu i wody
|
|
Roztwór soli w wodzie jest mieszaniną jednorodną |
Parowanie lub krystalizacja Woda wyparowuje, pozostawiając kryształki soli w porcelanowej filiżance. Po odparowaniu wody z jezior Elton i Baskunchak otrzymuje się sól kuchenną. Ta metoda separacji opiera się na różnicy temperatur wrzenia rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Jeśli substancja, na przykład cukier, rozkłada się pod wpływem ogrzewania, to woda nie odparowuje całkowicie - roztwór odparowuje, a następnie wytrącają się kryształki cukru. roztwór nasycony Czasami konieczne jest usunięcie zanieczyszczeń z rozpuszczalników o niższej temperaturze wrzenia, np. wody z soli. W takim przypadku pary substancji należy zebrać, a następnie po ochłodzeniu skroplić. Ta metoda rozdzielania jednorodnej mieszaniny nazywa się destylacja lub destylacja. W specjalnych urządzeniach - gorzelnikach uzyskuje się wodę destylowaną, która wykorzystywana jest na potrzeby farmakologii, laboratoriów i układów chłodzenia samochodów. W domu możesz zbudować taki destylator: Jeśli rozdzielisz mieszaninę alkoholu i wody, to najpierw oddestyluje się alkohol o temperaturze wrzenia = 78 °C (zebrany w probówce odbiorczej), a w probówce pozostanie woda. Destylacja służy do produkcji benzyny, nafty i oleju napędowego z ropy naftowej. Rozdzielanie mieszanin jednorodnych |
Specjalną metodą rozdzielania składników, polegającą na różnym ich wchłanianiu przez określoną substancję, jest chromatografia.
Za pomocą chromatografii rosyjski botanik M. S. Tsvet jako pierwszy wyizolował chlorofil z zielonych części roślin. W przemyśle i laboratoriach zamiast bibuły filtracyjnej do chromatografii stosuje się skrobię, węgiel, wapień i tlenek glinu. Czy zawsze wymagane są substancje o tym samym stopniu oczyszczenia?
Do różnych celów wymagane są substancje o różnym stopniu oczyszczenia. Wodę do gotowania należy pozostawić do odstania, aby usunąć zanieczyszczenia i chlor stosowany do jej dezynfekcji. Wodę do picia należy najpierw zagotować. A w laboratoriach chemicznych do przygotowywania roztworów i przeprowadzania eksperymentów, w medycynie potrzebna jest woda destylowana, oczyszczona w jak największym stopniu z rozpuszczonych w niej substancji. Szczególnie czyste substancje, w których zawartość zanieczyszczeń nie przekracza jednej milionowej procenta, znajdują zastosowanie w elektronice, półprzewodnikach, technologii nuklearnej i innych gałęziach przemysłu precyzyjnego.
Metody wyrażania składu mieszanin.
Udział masowy składnika w mieszaninie- stosunek masy składnika do masy całej mieszaniny. Zwykle udział masowy wyraża się w %, ale nie jest to konieczne.
ω ["omega"] = m składnika / m mieszaniny
Udział molowy składnika w mieszaninie- stosunek liczby moli (ilości substancji) składnika do całkowitej liczby moli wszystkich substancji w mieszaninie. Na przykład, jeśli mieszanina zawiera substancje A, B i C, to:
χ [„chi”] składnik A = n składnik A / (n(A) + n(B) + n(C))
Stosunek molowy składników. Czasami problemy związane z mieszaniną wskazują na stosunek molowy jej składników. Na przykład:
n składnik A: n składnik B = 2: 3
Udział objętościowy składnika w mieszaninie (tylko dla gazów)- stosunek objętości substancji A do całkowitej objętości całej mieszaniny gazowej.
φ [„phi”] = składnik V / mieszanina V
Praktyczny blok.
Przyjrzyjmy się trzem przykładom problemów, z którymi reagują mieszaniny metali sól kwas:
Przykład 1.Po wystawieniu mieszaniny miedzi i żelaza o masie 20 g na działanie nadmiaru kwasu solnego uwolniło się 5,6 litra gazu (nr). Określ udziały masowe metali w mieszaninie.
W pierwszym przykładzie miedź nie reaguje z kwasem solnym, to znaczy, gdy kwas reaguje z żelazem, wydziela się wodór. Zatem znając objętość wodoru, możemy od razu znaleźć ilość i masę żelaza. I odpowiednio ułamki masowe substancji w mieszaninie.
Rozwiązanie przykładu 1.
Znalezienie ilości wodoru:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Zgodnie z równaniem reakcji:
Ilość żelaza wynosi również 0,25 mola. Możesz znaleźć jego masę:
m Fe = 0,25 56 = 14 g.
Odpowiedź: 70% żelaza, 30% miedzi.
Przykład 2.Po wystawieniu mieszaniny aluminium i żelaza o masie 11 g na działanie nadmiaru kwasu solnego uwolniło się 8,96 litra gazu (n.s.). Określ udziały masowe metali w mieszaninie.
W drugim przykładzie reagują Zarówno metal Tutaj wodór jest już uwolniony z kwasu w obu reakcjach. Dlatego nie można tu zastosować bezpośrednich obliczeń. W takich przypadkach wygodnie jest rozwiązać problem za pomocą bardzo prostego układu równań, przyjmując x jako liczbę moli jednego z metali, a y jako ilość substancji drugiego.
Rozwiązanie przykładu 2.
2HCl = FeCl2+
O wiele wygodniej jest rozwiązywać takie układy metodą odejmowania, mnożąc pierwsze równanie przez 18:
27x + 18 lat = 7,2
i odejmując pierwsze równanie od drugiego:(56 - 18)y = 11 - 7,2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mola (Al)
Znalezienie ilości wodoru:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Niech ilość glinu będzie wynosić x moli, a ilość żelaza będzie x moli. Następnie możemy wyrazić ilość uwolnionego wodoru w kategoriach x i y:
Znamy całkowitą ilość wodoru: 0,4 mola. Oznacza,
1,5x + y = 0,4 (jest to pierwsze równanie w układzie).
W przypadku mieszaniny metali musimy wyrazić szerokie rzesze poprzez ilość substancji.
m = M n
A więc masa aluminium
m Al = 27x,
masa żelaza
m Fe = 56у,
i masę całej mieszaniny
27x + 56y = 11 (jest to drugie równanie w układzie).
Mamy więc układ dwóch równań:
m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
m Al = 0,2 · 27 = 5,4 g
ω Fe = m Fe/m mieszanina = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),
odpowiednio,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Odpowiedź: 50,91% żelaza, 49,09% aluminium.
Przykład 3.16 g mieszaniny cynku, glinu i miedzi zadano nadmiarem roztworu kwasu solnego. W tym przypadku uwolniło się 5,6 litra gazu (n.s.), a 5 g substancji nie uległo rozpuszczeniu. Określ udziały masowe metali w mieszaninie.
W trzecim przykładzie dwa metale reagują, ale trzeci metal (miedź) nie reaguje. Dlatego pozostała część 5 g to masa miedzi. Ilości pozostałych dwóch metali – cynku i aluminium (należy pamiętać, że ich łączna masa wynosi 16 − 5 = 11 g) można wyznaczyć korzystając z układu równań, jak w przykładzie nr 2.
Odpowiedź na przykład 3: 56,25% cynku, 12,5% aluminium, 31,25% miedzi.
Przykład 4.Mieszaninę żelaza, aluminium i miedzi potraktowano nadmiarem zimnego stężonego kwasu siarkowego. W tym przypadku część mieszaniny uległa rozpuszczeniu i wydzieliło się 5,6 litra gazu (n.s.). Pozostałą mieszaninę potraktowano nadmiarem roztworu wodorotlenku sodu. Wydzieliło się 3,36 litra gazu i pozostało 3 g nierozpuszczonej pozostałości. Określ masę i skład początkowej mieszaniny metali.
W tym przykładzie musimy o tym pamiętać zimny skoncentrowany kwas siarkowy nie reaguje z żelazem i aluminium (pasywacja), ale reaguje z miedzią. Powoduje to uwolnienie tlenku siarki (IV).
Z alkaliami reaguje tylko aluminium- metal amfoteryczny (oprócz aluminium, cynku i cyny rozpuszczają się również w alkaliach, a beryl można również rozpuszczać w gorących stężonych zasadach).
Rozwiązanie przykładu 4.
(pamiętaj, że takie reakcje należy wyrównać za pomocą wagi elektronicznej)
Ponieważ stosunek molowy miedzi i dwutlenku siarki wynosi 1:1, wówczas miedź również wynosi 0,25 mola. Można znaleźć masę miedzi:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.Aluminium reaguje z roztworem alkalicznym, tworząc hydroksykompleks glinu i wodoru:
2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2Na + 3H 2Al 0 - 3e = Al 3+
2H + + 2e = H2
Liczba moli wodoru:
n H3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mola,
stosunek molowy glinu i wodoru wynosi 2:3, a zatem
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Waga aluminium:
m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 gPozostałą część stanowi żelazo o masie 3 g. Masę mieszaniny można obliczyć:
m mieszanina = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.Ułamki masowe metali:
Tylko miedź reaguje ze stężonym kwasem siarkowym, liczba moli gazu wynosi:
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
|
2H2SO4 (stężony) = CuSO4+ |
ω Cu = m Cu / m mieszaniny = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73%)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ω Fe = 13,83%
Odpowiedź: 73,73% miedzi, 12,44% aluminium, 13,83% żelaza.
Przykład 5.21,1 g mieszaniny cynku i glinu rozpuszczono w 565 ml roztworu kwasu azotowego zawierającego 20% wag. %HNO 3 i mający gęstość 1,115 g/ml. Objętość wydzielonego gazu, który jest substancją prostą i jedynym produktem redukcji kwasu azotowego, wynosiła 2,912 l (n.s.). Określ skład powstałego roztworu w procentach masowych. (RHTU)
Tekst tego problemu wyraźnie wskazuje produkt redukcji azotu – „substancję prostą”. Ponieważ kwas azotowy z metalami nie wytwarza wodoru, jest to azot. Obydwa metale rozpuszczone w kwasie.
Problem nie dotyczy składu początkowej mieszaniny metali, ale składu powstałego roztworu po reakcjach. To utrudnia zadanie.
Rozwiązanie przykładu 5.
Określ ilość substancji gazowej:
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.
Określ masę roztworu kwasu azotowego, masę i ilość rozpuszczonego HNO3:
m rozwiązanie = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m roztwór = 0,2 630,3 = 126,06 g
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 mole
Należy pamiętać, że skoro metale całkowicie się rozpuściły, oznacza to - zdecydowanie było dość kwasu(metale te nie reagują z wodą). W związku z tym konieczne będzie sprawdzenie Czy jest za dużo kwasu? i ile go pozostało po reakcji w powstałym roztworze.
Układamy równania reakcji ( nie zapomnij o wadze elektronicznej) i dla wygody obliczeń przyjmujemy, że 5x to ilość cynku, a 10y to ilość aluminium. Następnie, zgodnie ze współczynnikami w równaniach, azot w pierwszej reakcji będzie wynosić x mol, a w drugiej - 3y mol:
|
12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 + |
|
Zn 0 - 2e = Zn 2+ |
||
|
2N +5 + 10e = N2 |
|
36HNO3 = 10Al(NO3)3 + |
Wygodnie jest rozwiązać ten układ, mnożąc pierwsze równanie przez 90 i odejmując pierwsze równanie od drugiego.
x = 0,04, co oznacza n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, co oznacza n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Sprawdźmy masę mieszaniny:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Przejdźmy teraz do składu rozwiązania. Wygodnie będzie ponownie zapisać reakcje i zapisać nad reakcjami ilości wszystkich przereagowanych i powstałych substancji (z wyjątkiem wody):
Kolejne pytanie brzmi: czy w roztworze pozostał kwas azotowy i ile go zostało?
Zgodnie z równaniami reakcji ilość kwasu, która przereagowała:
n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mola,
te. kwasu było w nadmiarze i możesz obliczyć jego pozostałość w roztworze:
n Reszta HNO3. = 2 - 1,56 = 0,44 mola.
Więc w ostateczne rozwiązanie zawiera:
azotan cynku w ilości 0,2 mola:
m Zn(NO3)2 = n M = 0,2 · 189 = 37,8 g
azotan glinu w ilości 0,3 mola:
m Al(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 g
nadmiar kwasu azotowego w ilości 0,44 mola:
m HNO3 reszta. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
Jaka jest masa końcowego roztworu?
Pamiętajmy, że na masę końcowego roztworu składają się składniki, które wymieszaliśmy (roztwory i substancje) minus produkty reakcji, które opuściły roztwór (osady i gazy):
Następnie dla naszego zadania:
nowy roztwór = masa roztworu kwasu + masa stopu metalu - masa azotu
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
nowy roztwór = 630,3 + 21,1 - 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO 3) 2 = m ilość / m roztworu = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m objętość / m roztworu = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 reszta. = m wody / m roztworu = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Odpowiedź: 5,83% azotan cynku, 9,86% azotan glinu, 4,28% kwas azotowy.
Przykład 6.Gdy 17,4 g mieszaniny miedzi, żelaza i aluminium potraktowano nadmiarem stężonego kwasu azotowego, uwolniło się 4,48 litra gazu (n.o), a gdy tę mieszaninę wystawiono na działanie tej samej masy nadmiaru kwasu solnego, wypłynęło 8,96 litra gazu uwolnił się gaz (n.o.). Określ skład mieszaniny początkowej. (RHTU)
Rozwiązując ten problem, musimy po pierwsze pamiętać, że stężony kwas azotowy z nieaktywnym metalem (miedzią) wytwarza NO 2, a żelazo i aluminium nie reagują z nim. Przeciwnie, kwas solny nie reaguje z miedzią.
Odpowiedź na przykład 6: 36,8% miedzi, 32,2% żelaza, 31% aluminium.
Notatka wyjaśniającaCzyste substancje i mieszaniny. Metody separacja mieszaniny. Rozwijaj wiedzę na temat czystych substancji i mieszaniny. Metody oczyszczanie substancji: ...substancje różne zajęcia związki organiczne. Charakterystyka: podstawowa zajęcia związki organiczne...
Zamówienie z 2013 roku Lp. Program zajęć dla przedmiotu akademickiego „Chemia” klasa 8 (poziom podstawowy 2 godziny)
Program roboczyOcena wiedzy uczniów na temat możliwości i sposoby separacja mieszaniny Substancje; wykształcenie odpowiednich umiejętności eksperymentalnych... klasyfikacja i właściwości chemiczne substancji podstawowych zajęcia związki nieorganiczne, powstawanie idei o...
... mieszaniny, sposoby separacja mieszaniny. Cele: Przedstawienie pojęcia czystych substancji i mieszaniny; Rozważ klasyfikację mieszaniny; Przedstaw uczniom sposoby separacja mieszaniny...uczeń i podnosi się z przodu klasa karta ze wzorem substancji nieorganicznej...
Oto nazwy różnych układów chemicznych. Podziel je na: mieszaniny; czyste substancje i prawdziwe rozwiązania.
Woda destylowana
Woda morska
Tlen
Srebro
Roztwór chlorku sodu do wstrzykiwań
Wodór
Żeliwo
Dwutlenek węgla
Powietrze
Bazalt
Szkło
Emulsja olejowo-wodna
Ołów
Zaproponuj sposoby rozdzielenia mieszanin: a) woda i piasek; b) opiłki drewna i żelaza; c) woda i atrament; d) woda i olej.
Czyste substancje i mieszaniny.
W życiu codziennym każdy z nas ma do czynienia z wieloma mieszaninami substancji, mając do czynienia nie tylko z substancjami czystymi, ale także z substancjami zanieczyszczonymi. Ważne jest, aby móc rozróżnić te pojęcia i móc określić na podstawie konkretnych cech, z czym masz do czynienia: substancją czystą lub zanieczyszczoną, pojedynczą substancją lub mieszaniną substancji. W końcu człowiek chce pić tylko wodę niezawierającą szkodliwych zanieczyszczeń. Chcemy oddychać powietrzem niezanieczyszczonym szkodliwymi dla zdrowia gazami. W medycynie i produkcji leków szczególnie istotny jest problem otrzymywania i stosowania czystych substancji.
Zapoznajmy się z podstawowymi terminami lekcji.
Mieszanina- tak powstaje, gdy miesza się dwie lub więcej substancji o różnych właściwościach.
Substancje tworzące mieszaninę nazywane są składniki. Na przykład powietrze jest mieszaniną gazów: azotu, tlenu, dwutlenku węgla i innych.
Jeżeli masa jednego składnika jest dziesiątki razy mniejsza niż masa innego składnika mieszaniny, wówczas nazywa się to domieszka. Mówi się, że substancja jest skażona. Przykładowo powietrze może być zanieczyszczone tlenkiem węgla, produktem niepełnego spalania związków organicznych, w szczególności benzyny. Nawiasem mówiąc, benzyna jest mieszaniną substancji organicznych - węglowodorów.
KLASYFIKACJA MIESZANIN
Mieszanki różnią się między sobą wyglądem. Na przykład słona woda (mieszanina soli kuchennej i wody) oraz mieszanina piasku rzecznego i wody. W pierwszym przypadku nie można dostrzec granicy faz ciało stałe-ciecz. Taka mieszanina nazywana jest jednorodną (lub jednorodną). Innymi przykładami mieszanin jednorodnych są ocet (mieszanina kwasu octowego i wody), powietrze i syrop cukrowy.
Mieszaninę piasku rzecznego i wody klasyfikuje się jako mieszaniny heterogeniczne (lub niejednorodne), ponieważ skład takiej mieszaniny nie jest taki sam w różnych punktach objętości. Mieszaniny gliny i wody, benzyny i wody są niejednorodne.
Zasadniczo wszystko, co nas otacza, jest mieszaniną substancji. Co więcej, nie ma substancji całkowicie pozbawionych zanieczyszczeń.
Ale zwyczajowo mówi się o względnej czystości substancji, tj. substancje mają różny stopień czystości.
Czystość substancji
Jeżeli podczas stosowania substancji do celów technicznych nie zostaną wykryte zanieczyszczenia, wówczas substancję nazywa się technicznie czysty. Na przykład substancja, z której wykonany jest fioletowy atrament, może zawierać zanieczyszczenia. Jeśli jednak te zanieczyszczenia w żaden sposób nie wpływają na jakość atramentu, to jest on technicznie czysty.
Jeżeli zanieczyszczenia nie zostaną wykryte w wyniku reakcji chemicznych, wówczas substancję klasyfikuje się jako chemicznie czysty. Na przykład jest to woda destylowana.
Oznaki indywidualności substancji
Czysta substancja jest czasami nazywana substancją indywidualną, ponieważ ma ściśle określone właściwości. Na przykład tylko woda destylowana ma temperaturę topnienia 0°C, temperaturę wrzenia 100°C i nie ma smaku ani zapachu.
Czy właściwości substancji w mieszaninie zmieniają się? Aby odpowiedzieć na to pytanie, przeprowadźmy prosty eksperyment. Wymieszaj proszki siarki i żelaza. Wiemy, że żelazo przyciąga magnes, ale siarka nie. Czy żelazo zachowało swoje właściwości po zmieszaniu z siarką?
WNIOSEK: Właściwości substancji zawartych w mieszaninie nie ulegają zmianie. Wiedza o właściwościach składników mieszaniny wykorzystywana jest do rozdzielania mieszanin i oczyszczania substancji.
Metody rozdzielania mieszanin i oczyszczania substancji
Zdefiniujmy różnicę pomiędzy „metodami rozdzielania mieszanin” a „metodami oczyszczania substancji”. W pierwszym przypadku ważne jest, aby wszystkie składniki tworzące mieszaninę uzyskać w czystej postaci. Podczas oczyszczania substancji zwykle zaniedbuje się uzyskanie zanieczyszczeń w czystej postaci.
OSADA
Jak rozdzielić mieszaninę piasku i gliny? Jest to jeden z etapów produkcji ceramiki (na przykład produkcji cegieł). Aby oddzielić taką mieszaninę, stosuje się metodę osadzania. Mieszaninę umieszcza się w wodzie i miesza. Glina i piasek osadzają się w wodzie z różną szybkością. Dlatego piasek osiada znacznie szybciej niż glina (ryc. 1).
Ryż. 1. Oddzielenie mieszaniny gliny i piasku przez osadzanie
Metodę sedymentacyjną stosuje się także do rozdzielania mieszanin substancji stałych nierozpuszczalnych w wodzie o różnej gęstości. Na przykład w ten sposób można rozdzielić mieszaninę opiłków żelaza i drewna (opiłki drewna będą pływać w wodzie, a opiłki żelaza opadną).
Mieszaninę oleju roślinnego i wody można również oddzielić przez osadzanie, ponieważ olej nie rozpuszcza się w wodzie i ma mniejszą gęstość (ryc. 2). W ten sposób poprzez osadzanie można oddzielić mieszaniny cieczy, które są w sobie nierozpuszczalne i mają różną gęstość.
Ryż. 2. Rozdzielanie mieszaniny oleju roślinnego i wody poprzez osadzanie
Filtrowanie
Aby oddzielić mieszaninę soli kuchennej i piasku rzecznego, można zastosować metodę osadzania (po zmieszaniu z wodą sól się rozpuści, a piasek opadnie), ale bardziej niezawodne będzie oddzielenie piasku od roztworu soli za pomocą innego metoda - metoda filtracji.
Filtrowanie tej mieszaniny można przeprowadzić za pomocą filtra papierowego i lejka opuszczonego do szklanki. Na bibule filtracyjnej pozostają ziarenka piasku, a przez filtr przechodzi klarowny roztwór soli kuchennej. W tym przypadku osadem jest piasek rzeczny, a filtratem roztwór soli (ryc. 3).
Ryż. 3. Zastosowanie metody filtracyjnej do oddzielenia piasku rzecznego od roztworu soli
Filtrację można przeprowadzić nie tylko przy użyciu bibuły filtracyjnej, ale także przy użyciu innych materiałów porowatych lub sypkich. Na przykład materiały sypkie obejmują piasek kwarcowy, a materiały porowate obejmują watę szklaną i wypalaną glinę.
Niektóre mieszaniny można rozdzielić metodą „filtracji na gorąco”. Na przykład mieszanina proszków siarki i żelaza. Żelazo topi się w temperaturze powyżej 1500 C, a siarka w temperaturze około 120 C. Stopioną siarkę można oddzielić od proszku żelaza za pomocą podgrzanej wełny szklanej.
1. Uzupełnij puste miejsca w tekście słowami „komponenty”, „różnice”, „dwa”, „fizyczne”.
Mieszankę można przygotować mieszając co najmniej dwie substancje. Mieszaniny można rozdzielić na poszczególne składniki metodami fizycznymi, bazując na różnicach we właściwościach fizycznych składników.
2. Uzupełnij zdania.
a) Metoda rozliczania opiera się na Faktem jest, że cząstki substancji stałej są dość duże, szybko osiadają na dnie, a ciecz można ostrożnie spuścić z osadu.
b) Metoda wirowania opiera się na działanie siły odśrodkowej - cięższe cząstki osiadają, a lekkie lądują na górze.
c) Metoda filtrowania opiera się na przepuszczanie roztworu substancji stałej przez filtr, w którym cząstki stałe pozostają na filtrze.
3. Uzupełnij brakujące słowo:
a) mąka i cukier granulowany - sito; opiłki siarki i żelaza - magnes.
b) woda i olej słonecznikowy – rozdzielacz; woda i piasek rzeczny - filtr.
c) powietrze i kurz – respirator; powietrze i trujący gaz - absorbent.
4. Zrób listę niezbędnego sprzętu filtrującego.
a) filtr papierowy
b) szklankę z roztworem
c) lejek szklany
d) czyste szkło
d) pręt szklany
e) statyw ze stopą
5. Doświadczenie laboratoryjne. Wykonywanie filtrów zwykłych i plisowanych z bibuły filtracyjnej lub serwetki papierowej.
Jak myślisz, który filtr przejdzie szybciej rozwiązanie – zwykły czy składany? Dlaczego?
Składany na wskroś – powierzchnia styku filtracyjnego jest większa niż w przypadku konwencjonalnego filtra.
6. Zaproponuj sposoby rozdzielenia mieszanin przedstawionych w tabeli 16.
Metody rozdzielania niektórych mieszanin
7. Doświadczenia domowe. Adsorpcja barwników Pepsi-Cola przez węgiel aktywny.
Odczynniki i sprzęt: napój gazowany, węgiel aktywny; patelnia, lejek, bibuła filtracyjna, kuchenka elektryczna (gazowa).
Postęp. Do rondelka wlać pół szklanki (100 ml) napoju gazowanego. Dodaj tam 5 tabletek węgla aktywnego. Rozgrzej patelnię na kuchence przez 10 minut. Filtruj węgiel. Wyjaśnij wyniki eksperymentu.
Roztwór odbarwił się w wyniku absorpcji barwników przez węgiel aktywny.
8. Doświadczenia domowe. Adsorpcja zapachowych oparów przez paluszki kukurydziane.
Odczynniki i sprzęt: paluszki kukurydziane, perfumy lub woda kolońska; 2 identyczne szklane słoiki z pokrywkami.
Postęp. Umieść kroplę perfum w dwóch szklanych słoiczkach. Do jednego ze słoików włóż 4-5 paluszków kukurydzianych. Przykryj oba słoiki pokrywkami. Wstrząśnij lekko słojem zawierającym paluszki kukurydziane. Po co?
Aby zwiększyć szybkość adsorpcji.
Otwórz oba słoiki. Wyjaśnij wyniki eksperymentu.
W słoiku, w którym znajdowały się paluszki kukurydziane, nie ma zapachu, ponieważ pochłonął on zapach perfum.