Методы выделения веществ из смеси. Способы разделения смесей (отстаивание, фильтрование, выпаривание)

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Способы разделения смесей

Способы разделения смесей

Реферат по дисциплине: Химия

На тему: Способы разделения смесей

Рига – 2009г.

Введение…………………………………………………………………………..стр.3

Виды смесей………………………………………………………………………стр.4

Способы разделения смесей……………………………………………………..стр.6

Заключение……………………………………………………………………….стр.11

Список использованной литературы…………………………………………....стр.12

Введение

В природе вещества в чистом виде встречаются очень редко. Большинство окружающих нас предметов состоит из смеси веществ. В химической лаборатории химики работают с чистыми веществами. Если же вещество содержит примеси, то любой химик умеет отделить нужное для эксперимента вещество от примесей. Для изучения свойств веществ, необходимо это вещество очистить, т.е. разделить на составные части. Разделение смеси – это физический процесс. Физические методы разделения веществ широко используются в химических лабораториях, при получении пищевых продуктов, в производстве металлов и других веществ.

Виды смесей

В природе нет чистых веществ. При рассмотрении валунов, гранита, убеждаемся, что они состоят из зерен, прожилок различного цвета; в состав молока входят жиры, белковые вещества, вода; нефть и природный газ содержат органические вещества, которые называют углеводородами; в составе воздуха есть различные газы; природная вода не является химически чистым веществом. Смесь – смешение двух или более разнородных веществ.

Смеси можно разделить на две большие группы (ри

Если компоненты смеси видны невооружённым глазом, то такие смеси называют неоднородными. Например, смесь древесных и железных опилок, смесь воды и растительного масла, смесь речного песка и воды и др.

Если компоненты смеси нельзя различить невооружённым глазом, то такие смеси называют однородными . Такие смеси как молоко, нефть, раствор сахара в воде и др. относят к однородным смесям.

Есть твердые, жидкие, газообразные вещества. Вещества можно смешивать в любом агрегатном состоянии. Агрегатное состояние смеси определяет вещество, количественно превосходящее остальные.

Неоднородные смеси образуются из веществ различного агрегатного состояния, когда вещества взаимно не растворяются и плохо смешиваются (табл.1)

Однородные смеси образуются, когда вещества хорошо растворяются друг в друге и хорошо смешиваются (табл.2).

При образовании смесей химических превращений обычно не происходит, и вещества в смеси сохраняют свои свойства. Различия в свойствах веществ используют для разделения смесей.

Способы разделения смесей

Смеси как неоднородные, так и однородные, можно разделить на составные части, т.е. на чистые вещества. Чистыми называют вещества, которые с помощью физических методов не разделяются на два или более других веществ и не изменяют своих физических свойств. Существуют различные способы разделения смесей, те или иные способы разделения смесей применяют в зависимости от состава смеси.

1. Просеивание;
2. Фильтрование;
3. Отстаивание;
4. Декантация
5. Центрифугирование;
6. Выпаривание;
7. Упаривание;
8. Перекристаллизация;
9. Дистилляция (перегонка);
10. Вымораживание;
11. Действие магнита;
12. Хроматография;
13. Экстрагирование;
14. Адсорбция.

Познакомимся с несколькими из них. Здесь нужно отметить, что неоднородные смеси разделить проще, чем однородные Ниже приведем примеры выделения веществ из однородных и неоднородных смесей.

Просеивание.

Представим, что в муку попал сахарный песок. Пожалуй, самый простой способ разделения – это просеивание . С помощью сита можно без труда отделить мелкие частицы муки от сравнительно крупных кристалликов сахара. В сельском хозяйстве просеивание используется для отделения семян растений от постороннего мусора. В строительстве так отделяют гравий от песка.

Фильтрование

Твердую составляющую суспензию от жидкой отделяют фильтрованием, используя бумажные или тканевые фильтры, вату, тонкий слой мелкого песка. Представим, что дана смесь поваренной соли, песка и глины. Требуется отделить поваренную соль из смеси. Для этого смесь помещаем в химический стакан с водой и взбалтываем. Поваренная соль растворяется, а песок оседает. Глина не растворяется и не оседает на дно стакана, поэтому вода остается мутной. Чтобы удалить нерастворимые частицы глины из раствора, смесь фильтруют. Для этого необходимо собрать маленький прибор для фильтрования из стеклянной воронки, фильтровальной бумаги и штатива. Раствор соли отфильтровывается. Для этого фильтруемый раствор осторожно переливается в воронку с плотно вставленным фильтром. На фильтре остаются песок и частицы глины, а прозрачный раствор соли проходит через фильтр. Чтобы выделить растворенную в воде поваренную соль, применяют способ перекристаллизации.

Перекристаллизация, выпаривание

Перекристаллизацией называется способ очистки, при котором вначале вещество растворяют в воде, затем раствор вещества в воде выпаривается. В результате вода выпаривается, а вещество выделяется в виде кристаллов.
Приведем пример: Требуется выделить поваренную соль из раствора.
Выше мы рассмотрели пример, когда нужно было выделить поваренную соль из неоднородной смеси. Теперь выделим поваренную соль из однородной смеси. Раствор, полученный фильтрованием, называется фильтрат. Фильтрат нужно перелить в фарфоровую чашку. Чашку с раствором поместить на кольцо штатива и нагреть раствор над пламенем спиртовки. Вода начнет испаряться, а объем раствора уменьшится. Такой процесс называется выпариванием. По мере выпаривания воды раствор становиться более концентрированным. Когда раствор дойдет до состояния насыщения поваренной солью, на стенках чашки появятся кристаллы. В этот момент прекратить нагревание и охладить раствор. Охлажденная поваренная соль выделиться в виде кристаллов. При необходимости можно кристаллы соли отделить от раствора фильтрованием. Раствор нельзя выпаривать до полного испарения воды, так как другие растворимые примеси также могут выпасть в осадок в виде кристаллов и загрязнить поваренную соль.

Отстаивание, декантация

Для выделения из жидкостей нерастворимых веществ используется отстаивание . Если частички твердого вещества достаточно крупные, они быстро оседают на дно, и жидкость становится прозрачной. Ее можно осторожно слить с осадка, и эта нехитрая операция тоже имеет свое название – декантация . Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь. Можно отделить друг от друга и две жидкости, которые не смешиваются между собой.

Центрифугирование

Если частички неоднородной смеси очень малы, ее невозможно разделить ни отстаиванием, ни фильтрованием. Примерами таких смесей могут служить молоко и взмученная в воде зубная паста. Такие смеси разделяют центрифугированием . Смеси, содержащие такую жидкость, помещают в пробирки и вращают с огромной скоростью в специальных аппаратах – центрифугах. В результате центрифугирования более тяжелые частички «придавливаются» ко дну сосуда, а легкие оказываются сверху. Молоко представляет собой мельчайшие частички жира, распределенные в водном растворе других веществ – сахаров, белков. Для разделения такой смеси применяют специальную центрифугу, называемую сепаратором. При сепарации молока жиры оказываются на поверхности, их легко отделить. Остается вода с растворенными в ней веществами – это обезжиренное молоко.

Адсорбация

В технике часто возникает задача очистки газов, например воздуха, от нежелательных или вредных компонентов. Многие вещества обладают одним интересным свойством – они могут «прицепиться» к поверхности пористых веществ, как железо к магниту. Адсорбцией называется способность некоторых твердых веществ поглощать своей поверхностью газообразные или растворенные вещества. Вещества, способные к адсорбции, называются адсорбентами. Адсорбенты представляют собой твердые вещества, в которых много внутренних каналов, пустот, пор, т.е. они имеют очень большую общую поглощающую поверхность. Адсорбентами являются активированный уголь, силикагель (в коробке с новой обувью можно найти небольшой пакетик с белыми горошинами – это и есть силикагель), фильтровальная бумага. Различные вещества «прицепляются» к поверхности адсорбентов неодинаково: одни удерживаются на поверхности прочно, другие – слабее. Активированный уголь способен поглощать не только газообразные, но и растворенные в жидкостях вещества. При отравлениях его принимают для того, чтобы на нем адсорбировались ядовитые вещества.

Дистилляция (перегонка)

Две жидкости, которые образуют однородную смесь, например, этиловый спирт с водой, разделяют методом дистилляции или перегонки. Этот метод основан на том, что жидкость нагревают до температуры кипения и пар ее отводят по газоотводной трубке в другой сосуд. Охлаждаясь, пар конденсируется, а примеси остаются в перегонной колбе. Прибор для перегонки показан на рис.2

Жидкость помещают в колбу Вюрца (1), горло колбы Вюрца плотно закрывают пробкой с вставленным в нее термометром (2), при этом резервуар с ртутью должен быть на уровне отверстия отводной трубки. Конец отводной трубки через плотно подогнанную пробку вставляют в холодильник Либиха (3), на другом конце которого укрепляют аллонж (4). Суженный конец аллонжа опускают в приемник(5). Нижний конец рубашки холодильника подсоединяют с помощью резинового шланга к водопроводному крану, а от верхнего конца делают отвод в раковину для слива. Рубашка холодильника всегда должна быть заполнена водой. Колбу Вюрца и холодильник закрепляют в отдельных штативах. Жидкость в колбу наливают через воронку с длинной трубкой, заполняя перегонную колбу на 2/3 ее объема. Для равномерного кипения помещают на дно колбы несколько кипелок - стеклянных капилляров, запаянных с одного конца. Закрыв колбу, подают воду в холодильник и нагревают жидкость в колбе. Нагрев можно вести на газовой горелке, электрической плитке, водяной, песочной или масляной бане - в зависимости от температуры кипения жидкости. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости (спирт, эфир, ацетон и т. д.) ни в коем случае нельзя нагревать на открытом огне во избежание несчастных случаев: следует пользоваться только водяной или другой баней. Не следует выпаривать жидкость полностью: 10-15% от первоначально взятого объема ее должно оставаться в колбе. Новую порцию жидкости можно наливать лишь тогда, когда колба немного остынет.

Вымораживание

Вещества, у которых различаются температуры плавления, разделяют методом вымораживания, охлаждая раствор. Путем вымораживания можно получить очень чистую воду в домашних условиях. Для этого наливают водопроводную воду в банку или кружку и ставят ее в морозильную камеру холодильника (или выносят зимой на мороз). Как только в лед превратится примерно половина воды, незамерзшую часть ее, где скапливаются примеси, надо вылить, а льду дать растаять.

В промышленности и в лабораторных условиях используют методы разделения смесей, основанные и на других отличающихся свойствах составных частей смеси. К примеру, железные опилки можно выделить из смеси магнитом . Способность веществ растворяться в различных растворителях используют при экстрагировании – методе разделения твердых или жидких смесей при помощи обработки их различными растворителями. Например, йод из водного раствора можно выделить каким-либо органическим растворителем, в котором йод растворяется лучше.

Заключение

В лабораторной практике и в повседневной жизни очень часто приходится выделять из смеси веществ отдельные компоненты. Отметим, что смеси включают в себя два или более веществ, делятся на две большие группы: однородные и неоднородные. Существуют различные способы разделения смесей, такие как, фильтрование, выпаривание, дистилляция (перегонка) и другие. Способы разделения смесей, в основном, зависят от вида, состава смеси.

Список использованной литературы

1. S.Ozols, E.Lepiņš химия для основной школы., 1996. С. 289

2. Информация из интернета

В нашей статье мы рассмотрим, что такое чистые вещества и смеси, способы разделения смесей. В повседневной жизни их использует каждый из нас. А встречаются ли вообще в природе чистые вещества? И как отличить их от смесей?

Чистые вещества и смеси: способы разделения смесей

Чистыми называют вещества, которые содержат частицы только определенного вида. Ученые считают, что в природе их практически не существует, поскольку все они, хоть и в ничтожных долях, содержат примеси. Абсолютно все вещества также являются растворимыми в воде. Даже если погрузить в эту жидкость, к примеру, серебряное кольцо, ионы этого металла перейдут в раствор.

Признаком чистых веществ являются постоянство состава и физических свойств. В процессе их образования происходит изменение количества энергии. Причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Разделить чистое вещество на отдельные составляющие можно только с помощью химической реакции. К примеру, только дисциллированная вода обладает типичной для этого вещества температурой кипения и замерзания, отсутствием вкуса и запаха. А разложить ее кислород и водород можно только путем электролиза.

А чем отличаются от чистых веществ их совокупности? Ответить на этот вопрос нам поможет химия. Способы разделения смесей являются физическими, поскольку они не приводят к изменению химического состава веществ. В отличие от чистых веществ, смеси имеют непостоянный состав и свойства, а разделить их можно физическими методами.

Что такое смесь

Смесью называют совокупность индивидуальных веществ. Ее примером является морская вода. В отличие от дисциллированной, она обладает горьким или соленым вкусом, кипит при более высокой, а замерзает при более низкой температуре. Способы разделения смесей веществ являются физическими. Так, из морской воды можно добыть чистую соль путем выпаривания и последующей кристаллизации.

Виды смесей

Если добавить в воду сахар, через некоторое время его частички растворятся и станут невидимыми. В результате их невозможно будет отличить невооруженным глазом. Такие смеси называют однородными, или гомогенными. Их примерами также являются воздух, бензин, бульон, духи, сладкая и соленая вода, сплав меди и алюминия. Как видите, могут находиться в разных агрегатных состояниях, но чаще всего встречаются жидкости. Их также называют растворами.

В неоднородных, или гетерогенных смесях можно различить частицы индивидуальных веществ. Железные и деревянные опилки, песок и поваренная соль являются их типичными примерами. Неоднородные смеси также называют взвесями. Среди них различают суспензии и эмульсии. В состав первых входит жидкость и твердое вещество. Так, эмульсией является смесь воды и песка. Эмульсией называют совокупность двух жидкостей с разной плотностью.

Существуют неоднородные смеси и со специальными названиями. Так, примером пены является пенопласт, а к аэрозолям относятся туман, дым, дезодоранты, освежители воздуха, антистатики.

Способы разделения смесей

Безусловно, многие смеси обладают более ценными свойствами, чем отдельно взятые индивидуальные вещества, входящие в их состав. Но даже в быту возникают ситуации, когда их необходимо разделить. А в промышленности на этом процессе основаны целые производства. К примеру, из нефти в результате ее переработки получают бензин, газойль, керосин, мазут, соляровое и машинное масло, ракетное топливо, ацетилен и бензол. Согласитесь, выгоднее использовать эти продукты, чем бездумно сжигать нефть.

Теперь давайте разберемся, существует ли такое понятие, как химические способы разделения смесей. Допустим, из водного раствора соли нам необходимо получить чистые вещества. Для этого смесь необходимо нагреть. В результате вода превратится в пар, а соль кристаллизируется. Но при этом не произойдет превращения одних веществ в другие. Это значит, что основой данного процесса являются физические явления.

Способы разделения смесей зависят от агрегатного состояния, способности к растворимости, разнице в температуре кипения, плотности и состава ее компонентов. Рассмотрим каждый из них более подробно на конкретных примерах.

Фильтрование

Этот способ разделения подходит для смесей, в состав которых входят жидкость и нерастворимое в нем твердое вещество. К примеру, вода и речной песок. Эту смесь необходимо пропустить через фильтр. В результате чистая вода свободно пройдет через него, а песок останется.

Отстаивание

Некоторые способы разделения смесей основаны на действии силы тяжести. Таким образом на можно разложить суспензии и эмульсии. Если в воду попало растительное масло, такую смесь сначала необходимо взболтать. Потом оставьте ее на некоторое время. В результате вода окажется на дне сосуда, а масло в виде пленки будет покрывать ее.

В лабораторных условиях для отстаивания используют В результате ее работы более плотная жидкость сливается в сосуд, а легкая остается.

Отстаивание характеризуется низкой скоростью протекания процесса. Необходимо определенное время, чтобы сформировался осадок. В промышленных условиях этот способ осуществляют в специальных конструкциях, которые называются отстойники.

Действие магнитом

Если в состав смеси входит металл, то ее можно разделить при помощи магнита. К примеру, отделить железные и Но все ли металлы обладают такими свойствами? Вовсе нет. Для этого способа подойдут только смеси, содержащие ферромагнетики. Кроме железа к ним относятся никель, кобальт, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий.

Дистилляция

Это название в переводе с латинского языка означает "стекание каплями". Дистилляция представляет способы разделения смесей, основанные на разнице в температурах кипения веществ. Таким образом, даже в домашних условиях можно разделить спирт и воду. Первое вещество начинает испаряться уже при температуре 78 градусов по Цельсию. Касаясь холодной поверхности пары спирта конденсируются, переходя в жидкое состояние.

В промышленности таким способом получают продукты переработки нефти, душистые вещества, чистые металлы.

Выпаривание и кристаллизация

Эти способы разделения смесей подходят для жидких растворов. Вещества, которые входят в их состав, отличаются температурой кипения. Таким образом, можно получить кристаллы соли или сахара из воды, в которой они растворены. Для этого растворы нагревают и выпаривают до насыщеного состояния. В этом случае кристаллы осаждаются. Если же необходимо получить чистую воду, тогда раствор доводят до кипения с последующей конденсацией паров на более холодной поверхности.

Способы разделения газовых смесей

Газообразные смеси разделяют лабораторными и промышленными способами, поскольку этот процесс требует наличия специального оборудования. Сырьем природного происхождения является воздух, коксовый, генераторный, попутный и природный газ, представляющий собой совокупность углеводородов.

Физические способы разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии следующие:

• Конденсация - это процесс постепенного охлаждения смеси, в ходе которого происходит конденсация ее составляющих. При этом в первую очередь в жидкое состоние переходят высококипящие вещества, которые собираются в сепараторах. Таким образом получают водород из а также отделяют аммиак из непрореагировавшей части смеси.
• Сорбирование - это поглощение одних веществ другими. Этот процесс имеет противоположные составляющие, между которыми в ходе реакции устанавливается равновесие. Для прямого и обратного процесса необходимы различные условия. В первом случае это сочетание высокого давления и низкой температуры. Такой процесс называют сорбцией. В обратном случае используют противоположные условия: низкое давление при высокой температуре.
• Мембранное разделение - способ, при котором используют свойство полупроницаемых перегородок избирательно пропускать молекулы различных веществ.
• Дефлегмация - процесс конденсации высококипящих частей смесей в результате их охлаждения. При этом температура перехода в жидкое состояние отдельных компонентов должна отличаться в значительной степени.

Хроматография

Название этого способа можно перевести как "пишу цветом". Представьте, что в воду добавлены чернила. Если опустить в такую смесь конец фильтровальной бумаги, она начнет впитываться. При этом вода будет поглощаться быстрее чернил, что связано с разной степенью сорбируемости этих веществ. Хроматография является не только способом разделения смесей, но и методом изучения таких свойств веществ, как диффузия и растворимость.

Итак, мы познакомились с такими понятиями, как "чистые вещества" и "смеси". Первые представляют собой элементы или соединения, состоящие только из частиц определенного вида. Их примерами являются соль, сахар, дистиллированная вода. Смеси - это совокупность индивидуальных веществ. Для их разделения используют ряд методов. Способ их разделения зависит от физических свойств его составляющих. К основным из них относятся отстаивание, выпаривание, кристаллизация, фильтрование, дистилляция, действие магнитом и хроматография.

Каждый компонент смеси сохраняет набор своих характеристик, поэтому разные вещества можно выделить из смеси.

Отстаивание – это способ, основанный на различной плотности веществ.

Например, смесь растительного масла и воды можно разделить на масло и воду, дав смеси просто отстояться.

Фильтрование – это способ, основанный на различной способности фильтра пропускать вещества, из которых состоит смесь. Например, с помощь фильтра можно отделить твердые примеси от жидкости.

Выпаривание– это выделение нелетучих твердых веществ из раствора в летучем растворителе – в частности в воде. Например, чтобы выделить соль, растворенную в воде, надо просто выпарить воду. Вода испарится, а соль останется.

Приготовление растворов.

Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия.

А14. Качественные реакции, индикаторы, газы.

А14. Определение характера среды раствора кислот и щелочей с помощью индикаторов. Качественные реакции на ионы в растворе (хлорид-, сульфат-, карбонат-ионы, ион аммония). Получение газообразных веществ. Качественные реакции на газообразные вещества (кислород, водород, углекислый газ, аммиак).

1) Таблица изменения окраски индикаторов в различных средах:

2) Качественные реакции на ионы в растворе.

На катионы:

На анионы:

3) Получение газообразных веществ. Качественные реакции на газообразные вещества (кислород, водород, углекислый газ, аммиак).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Выпаривание — это удаление при нагревании жидкого компонента смеси.

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

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

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

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

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

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

• способы разделения смесей реферат
• способы разделения смесей отстаивание

Учебный эксперимент
в начале курса химии

Разделение смесей и очистка веществ

Продолжение. Начало см. в № 19/2007

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

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

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

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

Опыты по разделению смесей
и очистке веществ физическими методами

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

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

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

ОПЫТ 1. Вещества в смеси сохраняют свои индивидуальные свойства

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

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

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

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

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

3. Сохранились ли данные индивидуальные свойства компонентов в смеси?

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

ОПЫТ Ы 2–3. Неоднородные смеси можно разделить отстаиванием

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

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

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

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

1. Какие свойства компонентов позволили разделить данные смеси?

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

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

ОПЫТ 4. Разделение неоднородных смесей
можно ускорить центрифугированием

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОПЫТ 7. Некоторые смеси можно разделить с помощью магнита

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

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

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

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

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

ОПЫТ 8. Флотация применяется
для обогащения полезных ископаемых

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОПЫТ 12. Красивые кристаллы можно «вырастить» дома

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ОПЫТ 14. Черный уголь обесцвечивает чернила

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

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

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

ОПЫТ 15. Мы «пишем» красками

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

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

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

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

Вопросы и задания для систематизации
и обобщения понятий темы

1. Составьте план разделения следующих смесей:

а) песок, соль;

б) песок, глина, древесные опилки;

в) песок, йод, поваренная соль;

г) мелкие железные гвозди, бытовой мусор;

д) железные опилки, поваренная соль, сера.

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

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

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

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

Печатается с продолжением