Тема: «Способы разделения смесей» (8 класс)

Теоретический блок.

Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем : «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Признаки сравнения	Чистое вещество	Смесь
	Постоянный	Непостоянный
Вещества	Одно и то же	Различные
Физические свойства	Постоянные	Непостоянные
Изменение энергии при образовании	Происходит	Не происходит
Разделение	С помощью химических реакций	Физическими методами

Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.

Классификация смесей показана в таблице:

Приведём примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсий (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей

Выпаривание- выделение растворенных в жидкости твердых веществ способом ее превращения в пар.

Дистилляция- перегонка, разделение содержащихся в жидких смесях веществ по температурам кипения с последующим охлаждением пара.

В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, а способ ее получения – дистилляцией.

Фильтрование- процеживание жидкостей (газов) через фильтр с целью их очистки от твердых примесей.

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей .

Пример смеси	Способ разделения
Суспензия – смесь речного песка с водой	Отстаивание Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке. Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием
Смесь песка и поваренной соли в воде	Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования ?На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»). Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием
Смесь порошка железа и серы	Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно. Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды
Раствор соли в воде – гомогенная смесь	Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой . В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей. В домашних условиях можно сконструировать такой дистиллятор: Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с t кип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти. Разделение однородных смесей

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография .

С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности.

Способы выражения состава смесей.

Массовая доля компонента в смеси - отношение массы компонента к массе всей смеси. Обычно массовую долю выражают в %, но не обязательно.

ω [«омега»] = m компонента / m смеси

Мольная доля компонента в смеси - отношение числа моль (количества вещества) компонента к суммарному числу моль всех веществ в смеси. Например, если в смесь входят вещества А, В и С, то:

χ [«хи»] компонента А = n компонента А / (n(A) + n(B) + n(С))

Мольное соотношение компонентов. Иногда в задачах для смеси указывается мольное соотношение её составляющих. Например:

n компонента А: n компонента В = 2: 3

Объёмная доля компонента в смеси (только для газов) - отношение объёма вещества А к общему объёму всей газовой смеси.

φ [«фи»] = V компонента / V смеси

Практический блок.

Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной кислотой:

Пример 1. При действии на смесь меди и железа массой 20 г избытком соляной кислоты выделилось 5,6 л газа (н.у.). Определить массовые доли металлов в смеси.

В первом примере медь не реагирует с соляной кислотой, то есть водород выделяется при реакции кислоты с железом. Таким образом, зная объём водорода, мы сразу сможем найти количество и массу железа. И, соответственно, массовые доли веществ в смеси.

Решение примера 1.

Находим количество водорода:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.

По уравнению реакции:

Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:
m Fe = 0,25 56 = 14 г.

Ответ: 70% железа, 30% меди.

Пример 2. При действии на смесь алюминия и железа массой 11 г избытком соляной кислоты выделилось 8,96 л газа (н.у.). Определить массовые доли металлов в смеси.

Во втором примере в реакцию вступают оба металла. Здесь уже водород из кислоты выделяется в обеих реакциях. Поэтому прямым расчётом здесь нельзя воспользоваться. В таких случаях удобно решать с помощью очень простой системы уравнений, приняв за х - число моль одного из металлов, а за у - количество вещества второго.

Решение примера 2.

Находим количество водорода:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.

Пусть количество алюминия - х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:

2HCl = FeCl 2 +

Нам известно общее количество водорода: 0,4 моль. Значит,
1,5х + у = 0,4 (это первое уравнение в системе).

Для смеси металлов нужно выразить массы через количества веществ.
m = M n
Значит, масса алюминия
m Al = 27x,
масса железа
m Fe = 56у,
а масса всей смеси
27х + 56у = 11 (это второе уравнение в системе).

Итак, мы имеем систему из двух уравнений:

Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:
27х + 18у = 7,2
и вычитая первое уравнение из второго:
(56 − 18)у = 11 − 7,2
у = 3,8 / 38 = 0,1 моль (Fe)
х = 0,2 моль (Al)

m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 г
m Al = 0,2 27 = 5,4 г
ω Fe = m Fe / m смеси = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),

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

Ответ: 50,91% железа, 49,09% алюминия.

Пример 3. 16 г смеси цинка, алюминия и меди обработали избытком раствора соляной кислоты. При этом выделилось 5,6 л газа (н.у.) и не растворилось 5 г вещества. Определить массовые доли металлов в смеси.

В третьем примере два металла реагируют, а третий металл (медь) не вступает в реакцию. Поэтому остаток 5 г - это масса меди. Количества остальных двух металлов - цинка и алюминия (учтите, что их общая масса 16 − 5 = 11 г) можно найти с помощью системы уравнений, как в примере №2.

Ответ к Примеру 3: 56,25% цинка, 12,5% алюминия, 31,25% меди.

Пример 4. На смесь железа, алюминия и меди подействовали избытком холодной концентрированной серной кислоты. При этом часть смеси растворилась, и выделилось 5,6 л газа (н.у.). Оставшуюся смесь обработали избытком раствора едкого натра. Выделилось 3,36 л газа и осталось 3 г не растворившегося остатка. Определить массу и состав исходной смеси металлов.

В этом примере надо помнить, что холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом и алюминием (пассивация), но реагирует с медью. При этом выделяется оксид серы (IV).
Со щелочью реагирует только алюминий - амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи - ещё можно растворить бериллий).

Решение примера 4.

С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа:
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль


	2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 +

(не забудьте, что такие реакции надо обязательно уравнивать с помощью электронного баланса)
Так как мольное соотношение меди и сернистого газа 1:1, то меди тоже 0,25 моль. Можно найти массу меди:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 г.
В реакцию с раствором щелочи вступает алюминий, при этом образуется гидроксокомплекс алюминия и водород:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

Al 0 − 3e = Al 3+

2H + + 2e = H 2
Число моль водорода:
n H3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль,
мольное соотношение алюминия и водорода 2:3 и, следовательно,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 моль.
Масса алюминия:
m Al = n M = 0,1 27= 2,7 г
Остаток - это железо, массой 3 г. Можно найти массу смеси:
m смеси = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 г.
Массовые доли металлов:

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

Ответ: 73,73% меди, 12,44% алюминия, 13,83% железа.

Пример 5. 21,1 г смеси цинка и алюминия растворили в 565 мл раствора азотной кислоты, содержащего 20 мас. % НNО 3 и имеющего плотность 1,115 г/мл. Объем выделившегося газа, являющегося простым веществом и единственным продуктом восстановления азотной кислоты, составил 2,912 л (н.у.). Определите состав полученного раствора в массовых процентах. (РХТУ)

В тексте этой задачи чётко указан продукт восстановления азота - «простое вещество». Так как азотная кислота с металлами не даёт водорода, то это - азот. Оба металла растворились в кислоте.
В задаче спрашивается не состав исходной смеси металлов, а состав получившегося после реакций раствора. Это делает задачу более сложной.

Решение примера 5.

Определяем количество вещества газа:
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.

Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной HNO3:

m раствора = ρ V = 1,115 565 = 630,3 г
m HNO3 = ω m раствора = 0,2 630,3 = 126,06 г
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 моль

Обратите внимание, что так как металлы полностью растворились, значит - кислоты точно хватило (с водой эти металлы не реагируют). Соответственно, надо будет проверить, не оказалась ли кислота в избытке , и сколько ее осталось после реакции в полученном растворе.

Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс ) и, для удобства расчетов, принимаем за 5х - количество цинка, а за 10у - количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится х моль, а во второй - 3у моль:


	12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 +

Zn 0 − 2e = Zn 2+
2N +5 + 10e = N 2


	36HNO 3 = 10Al(NO 3) 3 +

Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.

х = 0,04, значит, n Zn = 0,04 5 = 0,2 моль
у = 0,03, значит, n Al = 0,03 10 = 0,3 моль

Проверим массу смеси:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 г.

Теперь переходим к составу раствора. Удобно будет переписать реакции ещё раз и записать над реакциями количества всех прореагировавших и образовавшихся веществ (кроме воды):

Следующий вопрос: осталась ли в растворе азотная кислота и сколько её осталось?
По уравнениям реакций, количество кислоты, вступившей в реакцию:
n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
т.е. кислота была в избытке и можно вычислить её остаток в растворе:
n HNO3 ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.

Итак, в итоговом растворе содержатся:

нитрат цинка в количестве 0,2 моль:
m Zn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 г
нитрат алюминия в количестве 0,3 моль:
m Al(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 г
избыток азотной кислоты в количестве 0,44 моль:
m HNO3 ост. = n M = 0,44 63 = 27,72 г

Какова масса итогового раствора?
Вспомним, что масса итогового раствора складывается из тех компонентов, которые мы смешивали (растворы и вещества) минус те продукты реакции, которые ушли из раствора (осадки и газы):

Тогда для нашей задачи:

m нов. раствора = масса раствора кислоты + масса сплава металлов - масса азота
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
m нов. раствора = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г

ωZn(NO 3) 2 = m в-ва / m р-ра = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m в-ва / m р-ра = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 ост. = m в-ва / m р-ра = 27,72 / 648,04 = 0,0428

Ответ: 5,83% нитрата цинка, 9,86% нитрата алюминия, 4,28% азотной кислоты.

Пример 6. При обработке 17,4 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 4,48 л газа (н.у.), а при действии на эту смесь такой же массы избытка хлороводородной кислоты - 8,96 л газа (н.у.). Определите состав исходной смеси. (РХТУ)

При решении этой задачи надо вспомнить, во-первых, что концентрированная азотная кислота с неактивным металлом (медь) даёт NO 2 , а железо и алюминий с ней не реагируют. Соляная кислота, напротив, не реагирует с медью.

Ответ к примеру 6: 36,8% меди, 32,2% железа, 31% алюминия.

Пояснительная записка

Чистые вещества и смеси . Способы разделения смесей . Сформировать представление о чистых веществах и смесях . Способы очистки веществ: ... веществ к различным классам органических соединений. Характеризовать: основные классы органических соединений, ...

Приказ от 2013г. № Рабочая программа по учебному предмету «Химия» 8 класс (базовый уровень 2 часа)

Рабочая программа

Оценивание знаний учащихся о возможности и способах разделения смесей веществ; формирование соответствующих экспериментальных умений... классификации и химических свойствах веществ основных классов неорганических соединений, формирование представлений о...

Документ

... смеси , способы разделения смесей . Задачи: Дать понятие о чистых веществах и смесях ; Рассмотреть классификацию смесей ; Познакомить учащихся со способами разделения смесей ... ученик и поднимает перед классом карточку с формулой неорганического вещества...

Тип урока. Изучение нового материала.

Цели урока. Обучающие – изучить понятия «чистое вещество» и «смесь», однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные) смеси, рассмотреть способы разделения смесей, научить учащихся разделять смеси на компоненты.

Развивающие – развить интеллектуальные и познавательные умения учащихся: выделять существенные признаки и свойства, устанавливать причинно-следственные связи, классифицировать, анализировать, делать выводы, выполнять опыты, наблюдать, оформлять наблюдения в виде таблиц, схем.

Воспитательные – содействовать воспитанию у учащихся организованности, аккуратности при проведении эксперимента, умения организовывать взаимопомощь при работе в парах, духа соревновательности при выполнении упражнений.

Методы обучения. Методы организации учебно-познавательной деятельности – словесные (эвристическая беседа), наглядные (таблицы, рисунки, демонстрации опытов), практические (лабораторные работы, выполнение упражнений).

Методы стимулирования интереса к учению – познавательные игры, учебные дискуссии.

Методы контроля – устный контроль, письменный контроль, экспериментальный контроль.

Оборудование и реактивы. На столах учащихся – листы бумаги, ложечки для веществ, стеклянные палочки, стаканы с водой, магниты, порошки серы и железа.

На столе учителя – ложечки, пробирки, держатель для пробирок, спиртовка, магнит, вода, химические стаканы, штатив с кольцом, штатив с лапкой, воронка, стеклянные палочки, фильтры, фарфоровая чашка, делительная воронка, пробирка с газоотводной трубкой, пробирка-приемник, «стакан-холодильник» с водой, лента фильтровальной бумаги (2х10 см), красные чернила, колба, сито, порошки железа и серы в массовом отношении 7: 4, речной песок, поваренная соль, растительное масло, раствор медного купороса, манная, гречневая крупы.

ХОД УРОКА

Организационный момент

Отметить отсутствующих, объяснить цели урока и познакомить учащихся с его планом.

П л а н у р о к а

1. Чистые вещества и смеси. Отличительные особенности.

2. Однородные и неоднородные смеси.

3. Способы разделения смесей.

Беседа по теме «Вещества и их свойства»

Учитель. Вспомните, что изучает химия .

Ученик. Вещества, свойства веществ, изменения, происходящие с веществами, т.е. превращения веществ.

Учитель. Что называется веществом?

Ученик. Вещество – это то, из чего состоит физическое тело.

Учитель. Вы знаете, что вещества бывают простыми и сложными. Какие вещества называются простыми, а какие – сложными?

Ученик. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, сложные – из атомов различных химических элементов .

Учитель. Какие физические свойства имеют вещества?

Ученик. Агрегатное состояние, температуры плавления, кипения, электро- и теплопроводность, растворимость в воде и др .

Объяснение нового материала

Чистые вещества и смеси.
Отличительные особенности

Учитель. Постоянные физические свойства имеют только чистые вещества. Только чистая дистиллированная вода имеет t пл = 0 °С, t кип = 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Рассмотрим отличительные особенности смеси и чистого вещества. Для этого проделаем следующие опыты.

Опыт 1. Используя инструкцию к опыту, изучите существенные физические свойства порошков железа и серы, приготовьте смесь этих порошков и определите, сохраняют ли эти вещества свои свойства в смеси.

Обсуждение с учащимися результатов проведенного опыта.

Учитель. Опишите агрегатное состояние и цвет серы.

Ученик. Сера – твердое вещество желтого цвета.

Учитель. Каковы агрегатное состояние и цвет железа в виде порошка?

Ученик. Железо – твердое серое вещество .

Учитель. Как эти вещества относятся: а) к магниту; б) к воде?

Ученик. Железо притягивается магнитом, а сера – нет; в воде порошок железа тонет, т.к. железо тяжелее воды, а порошок серы всплывает на поверхность воды, т. к. не смачивается водой.

Учитель. Что можно сказать о соотношении железа и серы в смеси?

Ученик. Соотношение железа и серы в смеси может быть различным, т.е. непостоянным.

Учитель. Сохраняются ли свойства железа и серы в смеси?

Ученик. Да, свойства каждого вещества в смеси сохраняются .

Учитель. Как можно разделить смесь серы и железа?

Ученик. Это можно сделать физическими методами: магнитом или водой.

Учитель. Опыт 2. Сейчас я покажу реакцию взаимодействия серы и железа. Ваша задача внимательно наблюдать этот опыт и определить, сохраняют ли свои свойства железо и сера в полученном в результате реакции сульфиде железа(II) и можно ли выделить из него железо и серу физическими методами.

Я тщательно перемешиваю порошки железа и серы в массовом отношении 7: 4:

m(Fе) : m(S) = А r (Fе) : А r (S) = 56: 32 = 7: 4,

помещаю смесь в пробирку, прогреваю в пламени спиртовки, сильно накаливаю в одном месте и прекращаю нагревание, когда начинается бурная экзотермическая реакция. После остывания пробирки осторожно разбиваю ее, предварительно завернув в полотенце, и извлекаю содержимое. Внимательно посмотрите на полученное вещество – сульфид железа(II). Видны ли в нем отдельно серый порошок железа и желтый - серы?

Ученик. Нет, полученное вещество имеет темно-серый цвет.

Учитель. Затем испытываю полученное вещество магнитом. Разделяются ли железо и сера?

Ученик. Нет, полученное вещество не намагничивается .

Учитель. Помещаю сульфид железа(II) в воду. Что вы наблюдаете при этом?

Ученик. Сульфид железа(II) тонет в воде .

Учитель. Сохраняют ли сера и железо свои свойства, входя в состав сульфида железа(II)?

Ученик. Нет, новое вещество обладает свойствами, отличными от свойств взятых для реакции веществ.

Учитель. Можно ли разделить сульфид железа(II) физическими методами на простые вещества?

Ученик. Нет, ни магнит, ни вода не могут разделить сульфид железа(II) на железо и серу.

Учитель. Происходит ли изменение энергии при образовании химического вещества?

Ученик. Да, например, при взаимодействии железа и серы энергия выделяется.

Учитель. Занесем результаты обсуждения опытов в таблицу.

Таблица

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Для закрепления этой части урока выполните упражнение: определите, где на рисунке (см. с. 34) изображено простое вещество, сложное вещество или смесь.

Однородные и неоднородные смеси

Учитель. Выясним, отличаются ли смеси по внешнему виду друг от друга.

Учитель демонстрирует примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсии (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Учитель. В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями. Рассмотрим схему классификации смесей (схема 1).

Схема 1

Приведите примеры каждого вида смесей: суспензий, эмульсий и растворов.

Способы разделения смесей

Учитель. В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей (схема 2).

Схема 2

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных смесей .

Как можно разделить суспензию – смесь речного песка с водой, т. е. очистить воду от песка?

Ученик. Отстаиванием, а затем фильтрованием.

Учитель. Верно. Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой . (Учитель демонстрирует соответствующие опыты.)

В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке.

А на чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования ?

Ученик. На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц.

Учитель. Верно, через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка .

Ученик показывает опыт : наливает в смесь песка и соли воду, перемешивает, а затем пропускает взвесь (суспензию) через фильтр – раствор соли в воде проходит через фильтр, а крупные частицы нерастворимого в воде песка остаются на фильтре.

Учитель. А какие вещества можно использовать в качестве фильтров?

Ученик. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие.

Учитель. Какие примеры применения фильтрования в жизни человека вы можете привести?

Ученик. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»).

Учитель. А теперь, познакомившись с этими способами разделения смеси, давайте поможем героине русской народной сказки «Василиса Прекрасная» .

Ученик. В этой сказке Баба-Яга приказала Василисе отделить рожь от чернушки и мак от земли. Героине сказки помогли голуби. Мы же теперь можем разделить крупы фильтрованием через сито, если крупинки имеют разные размеры, или взбалтыванием с водой, если частицы имеют разную плотность или различную смачиваемость водой. Возьмем в качестве примера смесь, состоящую из крупинок различного размера: смесь манной и гречневой круп. (Ученик показывает, как манка с меньшими размерами частиц проходит через сито, а гречка остается на нем.)

Учитель. А вот со смесью веществ, имеющих разную смачиваемость водой, вы сегодня уже знакомились. О какой смеси я говорю?

Ученик. Речь идет о смеси порошков железа и серы. Мы проводили с этой смесью лабораторный опыт .

Учитель. Вспомните, как вы разделяли такую смесь.

Ученик. С помощью отстаивания в воде и с помощью магнита.

Учитель. Что вы наблюдали, разделяя смесь порошков железа и серы с помощью воды?

Ученик. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно .

Учитель. А как происходило разделение этой смеси с помощью магнита?

Ученик. Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет .

Учитель. Итак, мы познакомились с тремя способами разделения гетерогенных смесей: отстаиванием, фильтрованием и действием магнитом. А теперь рассмотрим способы разделения гомогенных (однородных) смесей . Вспомните, после отделения фильтрованием песка мы получили раствор соли в воде – гомогенную смесь. Как из раствора выделить чистую соль?

Ученик. Выпариванием или кристаллизацией .

Учитель демонстрирует опыт: вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли.

Учитель. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.

Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.

Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой .

Учитель показывает перегонку раствора медного купороса, вода испаряется при t кип = 100 °С, затем пары конденсируются в пробирке-приемнике, охлаждаемой водой в стакане.

Учитель. В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей.

Ученик демонстрирует рисунок сконструированного им «прибора» для дистилляции воды.

Учитель. Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с t кип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти.

Учитель демонстрирует опыт. Он подвешивает полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.

Учитель. С помощью хроматографии русский ботаник М.С.Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Ученик. Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности .

Учитель. Послушайте стихотворение Л.Мартынова «Дистиллированная вода»:

Вода
Благоволила
Литься!
Она
Блистала
Столь чиста,
Что ни напиться,
Ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.
Ей жизни не хватало
Чистой –
Дистиллированной воде!

Для закрепления и проверки усвоения материала учащиеся отвечают на следующие вопросы .

1. При измельчении руды на горно-обогатительных фабриках в нее попадают обломки железных инструментов. Как их можно извлечь из руды?

2. Перед переработкой бытового мусора, а также бумажной макулатуры необходимо избавиться от железных предметов. Как проще всего это сделать?

3. Пылесос всасывает воздух, содержащий пыль, а выпускает чистый. Почему?

4. Вода после мойки автомобилей в крупных гаражах оказывается загрязненной машинным маслом. Как следует поступить перед сливом ее в канализацию?

5. Муку очищают от отрубей просеиванием. Почему это делают?

6. Как разделить зубной порошок и поваренную соль? Бензин и воду? Спирт и воду?

Л и т е р а т у р а

Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. М.: АСТ-Пресс, 1999; Габриелян О.С., Воскобойникова Н.П., Яшукова А.В. Настольная книга учителя. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2002; Габриелян О.С. Химия.
8 класс. М.: Дрофа, 2000; Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 1995; Ильф И.А., Петров Е.П. Двенадцать стульев. М.: Просвещение, 1987; Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н., Жегин А.Ю. Химия. Учебник для учащихся 8 класса общеобразовательных учреждений. М.: Вентана-Граф, 1997; Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2000; Тыльдсепп А.А., Корк В.А . Мы изучаем химию. М.: Просвещение, 1998.

Тема: «Способы разделения смесей» (8 класс)

Теоретический блок.

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Признаки сравнения	Чистое вещество	Смесь
Состав	Постоянный	Непостоянный
Вещества	Одно и то же	Различные
Физические свойства	Постоянные	Непостоянные
Изменение энергии при образовании	Происходит	Не происходит
Разделение	С помощью химических реакций	Физическими методами

Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.

Классификация смесей показана в таблице:

Способы разделения смесей

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей

Выпаривание- выделение растворенных в жидкости твердых веществ способом ее превращения в пар.

Дистилляция- перегонка, разделение содержащихся в жидких смесях веществ по температурам кипения с последующим охлаждением пара.

Фильтрование- процеживание жидкостей (газов) через фильтр с целью их очистки от твердых примесей.

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей .

Пример смеси	Способ разделения
Суспензия – смесь речного песка с водой	Отстаивание Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке. Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием
Смесь песка и поваренной соли в воде	Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования ?На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»). Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием
Смесь порошка железа и серы	Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно. Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды
Раствор соли в воде – гомогенная смесь	Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой . В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей. В домашних условиях можно сконструировать такой дистиллятор: Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с t кип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти. Разделение однородных смесей

Способы выражения состава смесей.

Массовая доля компонента в смеси - отношение массы компонента к массе всей смеси. Обычно массовую долю выражают в %, но не обязательно.

ω [«омега»] = m компонента / m смеси

Мольная доля компонента в смеси - отношение числа моль (количества вещества) компонента к суммарному числу моль всех веществ в смеси. Например, если в смесь входят вещества А, В и С, то:

χ [«хи»] компонента А = n компонента А / (n(A) + n(B) + n(С))

Мольное соотношение компонентов. Иногда в задачах для смеси указывается мольное соотношение её составляющих. Например:

n компонента А: n компонента В = 2: 3

Объёмная доля компонента в смеси (только для газов) - отношение объёма вещества А к общему объёму всей газовой смеси.

φ [«фи»] = V компонента / V смеси

Практический блок.

Рассмотрим три примера задач, в которых смеси металлов реагируют с соляной кислотой:

Решение примера 1.

Находим количество водорода:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.
По уравнению реакции:
Количество железа тоже 0,25 моль. Можно найти его массу:
m Fe = 0,25 56 = 14 г.
Теперь можно рассчитать массовые доли металлов в смеси:
ω Fe = m Fe /m всей смеси = 14 / 20 = 0,7 = 70%

Ответ: 70% железа, 30% меди.

Решение примера 2.

Находим количество водорода:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.
Пусть количество алюминия - х моль, а железа у моль. Тогда можно выразить через х и у количество выделившегося водорода:
Решать такие системы гораздо удобнее методом вычитания, домножив первое уравнение на 18:
27х + 18у = 7,2
и вычитая первое уравнение из второго:
(56 − 18)у = 11 − 7,2
у = 3,8 / 38 = 0,1 моль (Fe)
х = 0,2 моль (Al)
Дальше находим массы металлов и их массовые доли в смеси:

m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 г
m Al = 0,2 27 = 5,4 г
ω Fe = m Fe / m смеси = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),

соответственно,

ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%

Ответ: 50,91% железа, 49,09% алюминия.

Ответ к Примеру 3: 56,25% цинка, 12,5% алюминия, 31,25% меди.

Со щелочью реагирует только алюминий - амфотерный металл (кроме алюминия, в щелочах растворяются ещё цинк и олово, в горячей концентрированной щелочи - ещё можно растворить бериллий).

Решение примера 4.

С концентрированной серной кислотой реагирует только медь, число моль газа:
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

0,25

0,25

Cu +

2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 +

SO 2 + 2H 2 O
(не забудьте, что такие реакции надо обязательно уравнивать с помощью электронного баланса)
Так как мольное соотношение меди и сернистого газа 1:1, то меди тоже 0,25 моль. Можно найти массу меди:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 г.
В реакцию с раствором щелочи вступает алюминий, при этом образуется гидроксокомплекс алюминия и водород:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

Al 0 − 3e = Al 3+

2

2H + + 2e = H 2

3
Число моль водорода:
n H2 = 3,36 / 22,4 = 0,15 моль,
мольное соотношение алюминия и водорода 2:3 и, следовательно,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 моль.
Масса алюминия:
m Al = n M = 0,1 27= 2,7 г
Остаток - это железо, массой 3 г. Можно найти массу смеси:
m смеси = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 г.
Массовые доли металлов:

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

Ответ: 73,73% меди, 12,44% алюминия, 13,83% железа.

В задаче спрашивается не состав исходной смеси металлов, а состав получившегося после реакций раствора. Это делает задачу более сложной.

Решение примера 5.

Определяем количество вещества газа:
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.
Определяем массу раствора азотной кислоты, массу и количество вещества растворенной HNO3:

m раствора = ρ V = 1,115 565 = 630,3 г
m HNO3 = ω m раствора = 0,2 630,3 = 126,06 г
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 моль

Составляем уравнения реакций (не забудьте про электронный баланс ) и, для удобства расчетов, принимаем за 5х - количество цинка, а за 10у - количество алюминия. Тогда, в соответствии с коэффициентами в уравнениях, азота в первой реакции получится х моль, а во второй - 3у моль:

5x		x
5Zn	+ 12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 +	N 2	+ 6H 2 O

Zn 0 − 2e = Zn 2+		5
2N +5 + 10e = N 2		1

10y		3y
10Al	+ 36HNO 3 = 10Al(NO 3) 3 +	3N 2	+ 18H 2 O

Решать эту систему удобно, домножив первое уравнение на 90 и вычитая первое уравнение их второго.

х = 0,04, значит, n Zn = 0,04 5 = 0,2 моль
у = 0,03, значит, n Al = 0,03 10 = 0,3 моль

Проверим массу смеси:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 г.

0,2	0,48	0,2	0,03
5Zn	+ 12HNO 3 =	5Zn(NO 3) 2	+ N 2 +	6H 2 O

0,3	1,08	0,3	0,09
10Al	+ 36HNO 3 =	10Al(NO 3) 3	+ 3N 2 +	18H 2 O

Следующий вопрос: осталась ли в растворе азотная кислота и сколько её осталось?
По уравнениям реакций, количество кислоты, вступившей в реакцию:
n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
т.е. кислота была в избытке и можно вычислить её остаток в растворе:
n HNO3 ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.
Итак, в итоговом растворе содержатся:

Какова масса итогового раствора?
Вспомним, что масса итогового раствора складывается из тех компонентов, которые мы смешивали (растворы и вещества) минус те продукты реакции, которые ушли из раствора (осадки и газы):

Тогда для нашей задачи:

m нов. раствора = масса раствора кислоты + масса сплава металлов - масса азота
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
m нов. раствора = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г
Теперь можно рассчитать массовые доли веществ в получившемся растворе:

ωZn(NO 3) 2 = m в-ва / m р-ра = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m в-ва / m р-ра = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 ост. = m в-ва / m р-ра = 27,72 / 648,04 = 0,0428

Ответ: 5,83% нитрата цинка, 9,86% нитрата алюминия, 4,28% азотной кислоты.

Ответ к примеру 6: 36,8% меди, 32,2% железа, 31% алюминия.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Несложные задачи с двумя компонентами смеси.

1-1. Смесь меди и алюминия массой 20 г обработали 96 %-ным раствором азотной кислоты, при этом выделилось 8,96 л газа (н. у.). Определить массовую долю алюминия в смеси.

1-2. Смесь меди и цинка массой 10 г обработали концентрированным раствором щелочи. При этом выделилось 2,24 л газа (н.y.). Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.

1-3. Смесь магния и оксида магния массой 6,4 г обработали достаточным количеством разбавленной серной кислоты. При этом выделилось 2,24 л газа (н.у.). Найти массовую долю магния в смеси.

1-4. Смесь цинка и оксида цинка массой 3,08 г растворили в разбавленной серной кислоте. Получили сульфат цинка массой 6,44 г. Вычислите массовую долю цинка в исходной смеси.

1-5. При действии смеси порошков железа и цинка массой 9,3 г на избыток раствора хлорида меди (II) образовалось 9,6 г меди. Определите состав исходной смеси.

1-6. Какая масса 20%-ного раствора соляной кислоты потребуется для полного растворения 20 г смеси цинка с оксидом цинка, если при этом выделился водород объемом 4,48 л (н.у.)?

1-7. При растворении в разбавленной азотной кислоте 3,04 г смеси железа и меди выделяется оксид азота (II) объемом 0,896 л (н.у.). Определите состав исходной смеси.

1-8. При растворении 1,11 г смеси железных и алюминиевых опилок в 16%-ном растворе соляной кислоты (ρ = 1,09 г/мл) выделилось 0,672 л водорода (н.у.). Найдите массовые доли металлов в смеси и определите объем израсходованной соляной кислоты.

2. Задачи более сложные.

2-1. Смесь кальция и алюминия массой 18,8 г прокалили без доступа воздуха с избытком порошка графита. Продукт реакции обработали разбавленной соляной кислотой, при этом выделилось 11,2 л газа (н.у.). Определите массовые доли металлов в смеси.

2-2. Для растворения 1,26 г сплава магния с алюминием использовано 35 мл 19,6%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,1 г/мл). Избыток кислоты вступил в реакцию с 28,6 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 1,4 моль/л. Определите массовые доли металлов в сплаве и объем газа (н.у.), выделившегося при растворения сплава.

2-3. При растворении 27,2 г смеси железа и оксида железа (II) в серной кислоте и выпаривании раствора досуха образовалось 111,2 г железного купороса - гептагидрата сульфата железа (II). Определите количественный состав исходной смеси.

2-4. При взаимодействии железа массой 28 г с хлором образовалась смесь хлоридов железа (II) и (III) массой 77,7 г. Вычислите массу хлорида железа (III) в полученной смеси.

2-5. Чему была равна массовая доля калия в его смеси с литием, если в результате обработки этой смеси избытком хлора образовалась смесь, в которой массовая доля хлорида калия составила 80%?

2-6. После обработки избытком брома смеси калия и магния общей массой 10,2 г масса полученной смеси твердых веществ оказалась равной 42,2 г. Эту смесь обработали избытком раствора гидроксида натрия, после чего осадок отделили и прокалили до постоянной массы. Вычислите массу полученного при этом остатка.

2-7.

2-8. Сплав алюминия с серебром обработали избытком концентрированного раствора азотной кислоты, остаток растворили в уксусной кислоте. Объемы газов, выделившихся в обеих реакциях измеренные при одинаковых условиях, оказались равными между собой. Вычислите массовые доли металлов в сплаве.

3. Три металла и сложные задачи.

3-1. При обработке 8,2 г смеси меди, железа и алюминия избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 2,24 л газа. Такой же объем газа выделяется и при обработке этой же смеси такой же массы избытком разбавленной серной кислоты (н.у.). Определите состав исходной смеси в массовых процентах.

3-2. 14,7 г смеси железа, меди и алюминия, взаимодействуя с избытком разбавленной серной кислоты, выделяет 5,6 л водорода (н.у.). Определите состав смеси в массовых процентах, если для хлорирования такой же навески смеси требуется 8,96 л хлора (н.у.).

3-3. Железные, цинковые и алюминиевые опилки смешаны в мольном отношении 2:4:3 (в порядке перечисления). 4,53 г такой смеси обработали избытком хлора. Полученную смесь хлоридов растворили в 200 мл воды. Определить концентрации веществ в полученном растворе.

3-4. Сплав меди, железа и цинка массой 6 г (массы всех компонентов равны) поместили в 18,25 % раствор соляной кислоты массой 160 г. Рассчитайте массовые доли веществ в получившемся растворе.

3-5. 13,8 г смеси, состоящей из кремния, алюминия и железа, обработали при нагревании избытком гидроксида натрия, при этом выделилось 11,2 л газа (н.у.). При действии на такую массу смеси избытка соляной кислоты выделяется 8,96 л газа (н.у.). Определите массы веществ в исходной смеси.

3-6. При обработке смеси цинка, меди и железа избытком концентрированного раствора щелочи выделился газ, а масса нерастворившегося остатка оказалась в 2 раза меньше массы исходной смеси. Этот остаток обработали избытком соляной кислоты, объем выделившегося газа при этом оказался равным объему газа, выделившегося в первом случае (объемы измерялись при одинаковых условиях). Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.

3-7. Имеется смесь кальция, оксида кальция и карбида кальция с молярным соотношением компонентов 3:2:5 (в порядке перечисления). Какой минимальный объем воды может вступить в химическое взаимодействие с такой смесью массой 55,2 г?

3-8. Смесь хрома, цинка и серебра общей массой 7,1 г обработали разбавленной соляной кислотой, масса нерастворившегося остатка оказалась равной 3,2 г. Раствор после отделения осадка обработали бромом в щелочной среде, а по окончании реакции обработали избытком нитрата бария. Масса образовавшегося осадка оказалась равной 12,65 г. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси.

Ответы и комментарии к задачам для самостоятельного решения.

1-1. 36% (алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой);

1-2. 65% (в щелочи растворяется только амфотерный металл - цинк);

1-5. 30,1% Fe (железо, вытесняя медь, переходит в степень окисления +2);

1-7. 36,84% Fe (железо в азотной кислоте переходит в +3);

1-8. 75,68% Fe (железо в реакции с соляной кислотой переходит в +2); 12,56 мл раствора HCl.
2-1. 42,55 % Са (кальций и алюминий с графитом (углеродом) образуют карбиды СаС 2 и Al 4 C 3 ; при их гидролизе водой или HCl выделяются, соответственно, ацетилен С 2 Н 2 и метан СН 4);

2-3. 61,76% Fe (гептагидрат сульфата железа - FeSO 4 7H 2 O);

2-7. 5,9% Li 2 SO 4 , 22,9% Na 2 SO 4 , 5,47% H 2 O 2 (при окислении кислородом лития образуется его оксид, а при окислении натрия - пероксид Na 2 O 2 , который в воде гидролизуется до пероксида водорода и щелочи);

3-1. 39% Cu, 3,4% Al;

3-2. 38,1% Fe, 43,5% Cu;

3-3. 1,53% FeCl 3 , 2,56% ZnCl 2 , 1,88% AlCl 3 (железо в реакции с хлором переходит в степень окисления +3);

3-4. 2,77% FeCl 2 , 2,565% ZnCl 2 , 14,86% HCl (не забудьте, что медь не реагирует с соляной кислотой, поэтому её масса не входит в массу нового раствора);

3-5. 2,8 г Si, 5,4 г Al, 5,6 г Fe (кремний - неметалл, он реагирует с раствором щелочи, образуя силикат натрия и водород; с соляной кислотой он не реагирует);

3-6. 6,9% Cu, 43,1% Fe, 50% Zn;

3-8. 45,1% Ag, 36,6% Cr, 18,3% Zn (хром при растворении в соляной кислоте переходит в хлорид хрома (II), который при действии брома в щелочной среде переходит в хромат; при добавлении соли бария образуется нерастворимый хромат бария)

Тестовый блок

Часть А

1. Песок с солью относится:

A. к простым веществам

B. к химическим соединениям

C. к гомогенным системам

D. к гетерогенным системам

2. Туман представляет собой:

A. аэрозоль

B. эмульсию

C. раствор

D. суспензию

3. Для получения бензина из природной нефти используют способ:

A. синтеза

B. возгонки

C. фильтрования

D. перегонки

4. Укажите оптимальный способ разделения смеси бензина и воды:

A. фильтрование

B. дистилляция

C. сублимация

D. отстаивание

5. Разделение смеси нефти и воды основано:

A. на разности плотностей двух жидкостей

B. на растворимости одной жидкости в другой

C. на различии цвета

D. на сходном агрегатном состоянии жидкостей

6. Смесь медных и железных опилок можно разделить:

A. фильтрованием

B. действием магнита

C. хроматографией

D. перегонкой (дистилляцией)

7. Что является чистым веществом в отличии от смеси:

А чугун

В пищевая смесь

С воздух

D морская вода

8.Что относится к неоднородным смесям:

А смесь кислорода и азота

В мутная речная вода

С снежный наст

9.Что является твердой смесью:

А раствор глюкозы

С раствор спирта

D раствор сульфата калия

10.Как называется способ очистки неоднородной смеси:

А дистилляция

В фильтрование

С выпаривание

D кисельнагревание

Часть В

1. Установи правильную последовательность разделение смеси поваренной соли и речного песка:

А) отфильтровать

Б) собрать прибор для фильтрования

В) растворить в воде

Г) выпарить раствор

Д) собрать прибор для выпаривания

2. Выбери номер пары веществ, разделяемая

1) выпариванием

2) фильтрованием

А) речной песок и вода

Б) сахар и вода

В) железо и сера

Г) вода и спирт

3. Предложенные примеры смесей соотнести к той или другой группе (туман, дым, шипучие напитки, речной и морской ил, строительные растворы, мазь, тушь, помада, сплавы, минералы), заполнив таблицу :

Агрегатное состояние веществ	Примеры смесей
Твердое-твердое
Твердое-жидкое
Твердое-газообразное
Жидкое-жидкое
Жидкое-твердое
Жидкое-газообразное
Газообразное-газообразное
Газообразное-жидкое
Газообразное-твердое

Зачетно-задачный блок

1 . Задание 1. Заполни таблицу

Ответ:

2. Реши кроссворд

Ответы в вертикальных столбцах – способ разделения указанной смеси

Нефть + вода
Иод + сахар
Вода + речной песок
Вода + спирт
Вода + соль

							4
								5
	1

		2			3


Р	А	З	Д	Е	Л	Е	Н	И	Е

Ответ:

3. Предложи несколько способов очистки природной воды в походных условиях.

Ответ:

4. Анаграммы. Переставьте в словах буквы так, чтобы получились основные термины данного урока. Эти термины запиши в ответ

МЬЕСС, КОНГРЕЕПА, ЗУПЕНСИЯС, ТАКСОЧИ, РИФОЛЬИФАНТЕ

Ответ:

5. Раздели предложенные понятия в 2 группы.

ВОЗДУХ, МОРСКАЯ ВОДА, СПИРТ, КИСЛОРОД, СТАЛЬ, ЖЕЛЕЗО

Ответ занеси в таблицу. Дай названия колонкам

???	???
1	1
2	2
3	3

Ответ:

6. Сказочная химия

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? Достаточно вспомнить 2-3 сказки.

Ответ:

7. Ответь кратко на вопросы

2. Пылесос всасывает воздух, содержащий пыль, а выпускает чистый. Почему?

3. Вода после мойки автомобилей в крупных гаражах оказывается загрязненной машинным маслом. Как следует поступить перед сливом ее в канализацию?

4. Муку очищают от отрубей просеиванием. Почему это делают?

Ответ:

Задача

Смесь лития и натрия общей массой 7,6 г окислили избытком кислорода, всего было израсходовано 3,92 л (н.у.). Полученную смесь растворили в 80 г 24,5%-го раствора серной кислоты. Вычислите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

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.

Каждое вещество содержит примеси. Чистым считают вещество, в котором примесей почти нет.

Смеси веществ бывают однородными и неоднородными. В однородной смеси компоненты невозможно обнаружить наблюдением, а в неоднородной смеси это возможно.

Некоторые физические свойства однородной смеси отличаются от свойств компонентов.

В неоднородной смеси свойства компонентов сохраняются.

Неоднородные смеси веществ разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда - действием магнита, а однородные - выпариванием и перегонкой (дистилляцией).

Чистые вещества и смеси

Мы живем среди химических веществ. Мы вдыхаем воздух, а это смесь газов (азота, кислорода и других), выдыхаем углекислый газ. Умываемся водой - это еще одно вещество, самое распространенное на Земле. Пьём молоко - смесь воды с мельчайшими капельками молочного жира, и не только: здесь еще есть молочный белок казеин, минеральные соли, витамины и даже сахар, но не тот, с которым пьют чай, а особый, молочный - лактоза. Едим яблоки, которые состоят из целого набора химических веществ - здесь и сахар, и яблочная кислота, и витамины... Когда прожеванные кусочки яблока попадают в желудок, на них начинают действовать пищеварительные соки человека, которые помогают усваивать все вкусные и полезные вещества не только яблока, но и любой другой пищи. Мы не только живем среди химических веществ, но и сами из них состоим. Каждый человек - его кожа, мышцы, кровь, зубы, кости, волосы построены из химических веществ, как дом из кирпичей. Азот, кислород, сахар, витамины - вещества природного, естественного происхождения. Стекло, резина, сталь – это тоже вещества, точнее, материалы (смеси веществ). И стекло, и резина - искусственного происхождения, в природе их не было. Совершенно чистые вещества в природе не встречаются или встречаются очень редко.

Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.

Индивидуальное чистое вещество обладает определённым набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь - целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Смесями являются почти все природные вещества, продукты питания (кроме соли, сахара, некоторых других), многие лекарственные и косметические средства, товары бытовой химии, строительные материалы.

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Каждое вещество, содержащееся в смеси, называют компонентом.

Классификация смесей

Существуют однородные и неоднородные смеси.

Однородные смеси (гомогенныe)

Добавим небольшую порцию сахара в стакан с водой и будем перемешивать, пока весь сахар не растворится. Жидкость будет иметь сладкий вкус. Таким образом, сахар не исчез, а остался в смеси. Ho его кристалликов мы не увидим, даже рассматривая каплю жидкости в мощный микроскоп. Приготовленная смесь сахара и воды является однородной в ней равномерно перемешаны мельчайшие частицы этих веществ.

Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить наблюдением, называют однородными.

Большинство металлических сплавов - также однородные смеси. Например, в сплаве золота с медью (его используют для изготовления ювелирных украшений) отсутствуют красные частицы меди и желтые частицы золота.

Из материалов, которые являются однородными смесями веществ, изготовляют много предметов разнообразного назначения.

К однородным смесям принадлежат все смеси газов, в том числе и воздух. Существует немало однородных смесей жидкостей.

Однородные смеси еще называют растворами, даже если они твердые или газообразные.

Приведём примеры растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Неоднородные смеси (гетерогенныe)

Вам известно, что мел не растворяется в воде. Если его порошок всыпать в стакан с водой, то в образовавшейся смеси всегда можно обнаружить частицы мела, которые видны невооруженным глазом или в микроскоп.

Смеси, в которых компоненты можно обнаружить наблюдением, называют неоднородными.

К неоднородным смесям относятся большинство минералов, почва, строительные материалы, живые ткани, мутная вода, молоко и другие продукты питания, некоторые лекарственные и косметические средства.

В неоднородной смеси физические свойства компонентов сохраняются. Так, железные опилки, смешанные с медными или алюминиевыми, не теряют способности притягиваться к магниту.

Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).

Способы разделения смесей

Существует много методов разделения смесей. Их выбирают, учитывая тип смеси, агрегатное состояние и различия в физических свойствах компонентов.

Способы разделения смесей

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.

Пример смеси	Способ разделения
Суспензия - смесь речного песка с водой	Отстаивание Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке.
Смесь песка и поваренной соли в воде	Фильтрование Разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования основано на различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования - это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов - респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру - герою произведения Ильфа и Петрова - удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»).
Смесь порошка железа и серы	Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы - нет. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно.
Раствор соли в воде - гомогенная смесь	Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества. Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью - упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара. Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой. В специальных приборах - дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей. В домашних условиях можно сконструировать такой дистиллятор. Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с tкип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти.

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография.

Если подвесить полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.


	2HCl = FeCl 2 +