uabooks.top » Химия » 8. Методы разделения смесей
Інформація про новину
  • Переглядів: 49
  • Дата: 2-11-2020, 01:25
2-11-2020, 01:25

8. Методы разделения смесей

Категорія: Химия




Материал параграфа поможет вам:

  • выяснить суть основных методов разделения смесей веществ;
  • выбирать метод разделения смеси в зависимости от ее типа, агрегатного состояния и свойств компонентов.

Часто возникает необходимость выделить из смеси один компонент (например, отделить добытый уголь от негорючих веществ) или очистить вещество от примесей. Иногда из смеси извлекают каждый компонент для его дальнейшего использования. На уроках природоведения вы узнали о таких методах разделения смесей, как отстаивание, выпаривание, а также научились проводить фильтрование. Известны и другие методы разделения смесей. Выбирая метод, учитывают тип смеси, агрегатные состояния компонентов и их различия по физическим свойствам (схема 3).

Схема 3

Методы разделения смесей

Отстаиванием можно разделить неоднородную смесь твердого вещества и жидкости или аналогичную смесь двух жидкостей.

Вещество, имеющее большую плотность, постепенно накапливается в нижней части смеси. Например, глина, смешанная с водой, оседает на дно сосуда, а древесные опилки всплывают. Интенсивно перемешанная смесь воды и бензина за короткое время разделяется на два слоя. В верхнем слое оказывается более легкая жидкость — бензин, а в нижнем — вода.

Неоднородные смеси, в которых твердые частицы очень медленно оседают в жидкости, разделяют центрифугированием. Основой лабораторной центрифуги (рис. 35) является ротор, в котором закрепляют специальные пробирки с неоднородной смесью твердого и жидкого веществ. При вращении ротора в пробирках происходит осаждение твердого вещества (оно имеет большую плотность), а над ним остается прозрачная жидкость.

Центрифуга имеется в стиральной машине. Белье отделяется в ней от жидкости, которая вытекает через небольшие отверстия в стенках центрифуги в нижнюю часть машины.

Рис. 35.

Лабораторная

центрифуга

Неоднородную смесь твердого вещества и жидкости или твердого вещества и газа можно разделить фильтрованием (с. 26). С этой целью смесь пропускают через фильтр — специальную бумагу или ткань, вату, песок. Частицы твердого вещества задерживаются

фильтром, а жидкость или газ проходит через его поры, промежутки между волокнами или частицами.

Процесс фильтрования лежит в основе работы респиратора — устройства, которое используют люди, работающие в запыленном пространстве. В нем имеются фильтры, препятствующие попаданию пыли в легкие (рис. 36). Простейший респиратор — повязка из нескольких слоев марли. Фильтр, который извлекает пыль из воздуха, есть также в пылесосе.

Рис. 36.

Рабочий в респираторе

С помощью магнита из промышленных и бытовых отходов извлекают железо. Таким способом обогащают железную руду — магнетит. Благодаря способности частиц этой руды притягиваться к магниту ее отделяют от песка, глины, почвы.

Для выделения твердого вещества из однородной смеси с летучей жидкостью1 используют выпаривание (с. 28). Смесь помещают в открытый сосуд и нагревают. Жидкость постепенно превращается в пар, а в сосуде остается твердое вещество.

1 Жидкость называют летучей, если она имеет невысокую температуру кипения. Среди таких жидкостей — медицинский эфир (температура кипения при давлении 760 мм рт. ст. +34,6 °С), ацетон (+56,5 °С), этиловый спирт (+78,3 °С), вода (+100 °С).

Перегонка, или дистилляция1, — метод разделения смесей (преимущественно однородных) жидкостей, а также очистки жидкости от растворенных в ней веществ. На заводах перегонкой нефти, которая является смесью многих веществ, получают бензин, керосин, дизельное топливо.

В лаборатории перегонку осуществляют так, как показано на рисунке 37. При нагревании смеси жидкостей сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конден-сируется2, а образовавшаяся жидкость стекает в приемник. Когда этого вещества не останется в смеси, температура начнет повышаться. В этот момент заменяют приемник. Через некоторое время закипает другой компонент смеси. Нелетучие жидкости остаются в сосуде.

Рис. 37.

Лабораторная установка для перегонки: а — обычная; б — упрощенная

Перегонкой очищают водопроводную воду от примесей. Полученную чистую воду назы

вают дистиллированной. Ее используют в научно-исследовательских лабораториях, при получении веществ с особыми свойствами для новейшей техники, в фармакологии и т. п.

Разделение смесей происходит и в природе. Из воздуха на земную поверхность оседают частицы пыли, а во время дождя и снега — попадают капли воды, снежинки. Мутная вода при отстаивании становится прозрачной. Она также очищается от нерастворимых веществ, проходя через песок. После испарения воды на берегах лиманов остаются соли, которые были растворены в ней. Из воды, вытекающей из скважины, выделяются растворенные газы.

Иногда самопроизвольное разделение смесей является нежелательным. Это касается некоторых пищевых продуктов (майонез, соусы, кремы), косметических средств. Чтобы предотвратить «разрушение» таких смесей, к ним добавляют специальные вещества — стабилизаторы, эмульгаторы. Эти добавки обязательно должны быть безопасными для организма человека.

ВЫВОДЫ

Существуют различные методы разделения смесей на отдельные вещества (компоненты). При их выборе учитывают тип смеси, агрегатные состояния и физические свойства компонентов.

Неоднородные смеси разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда — с помощью магнита, а однородные — выпариванием, перегонкой (дистилляцией).

46. Найдите соответствие, учитывая возможность применения нескольких методов разделения определенной смеси:

Тип смеси

1) неоднородная смесь двух жидкостей;

2) однородная смесь двух жидкостей;

3) неоднородная смесь жидкости и твердого вещества;

4) однородная смесь жидкости и твердого вещества;

Метод разделения смеси

а) отстаивание;

б) фильтрование;

в) перегонка.

47. Какие смеси можно разделить фильтрованием:

а) смесь песка и глины;

б) смесь спирта и медных опилок;

в) смесь воды и бензина;

г) смесь воды с кусочками пластмассы?

Назовите вещества, которые останутся на фильтре.

48. Какой метод — фильтрование или отстаивание — позволяет разделить неоднородную смесь жидкого и твердого веществ с минимальными потерями компонентов?

49. Какую смесь приходилось разделять вам или вашим родителям в домашних условиях? Какой метод был использован для этого?

50. Как бы вы разделили смесь: а) поваренной соли и мела; б) спирта и воды? Какие отличия в свойствах веществ дают возможность использовать выбранный вами метод?

51. По материалам из интернета подготовьте небольшое сообщение о том, как в промышленности разделяют воздух на его основные компоненты — азот и кислород.

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Разделение смесей при добыче полезных ископаемых

Полезные ископаемые почти всегда являются смесями веществ. Важным процессом на предприятиях горнодобывающей промышленности является обогащение металлических руд. Его суть заключается в разделении смесей твердых веществ с отделением компонентов, из которых получают металлы. Измельченную смесь смешивают с водой и пенообразователем. При сильном перемешивании ценное вещество переходит в пену, которую собирают и извлекают из нее нужный компонент фильтрованием. Методом, основанным на разнице плотностей веществ, вымывают потоком воды глину, песок, другие вещества из золотоносного песка или горной породы, а тяжелые крупинки золота остаются на дне резервуара.

Расскажем, как извлекают серу из подземных залежей. Это вещество плавится при невысокой температуре (112,8 °С). Такое свойство дало возможность разработать метод добычи серы, используемый в мире уже более 100 лет. Он основан на выплавке серы под землей. В месторождение направляют под мощным давлением воду, нагретую до температуры, превышающей температуру плавления серы. Это вещество плавится и по трубопроводу выходит на поверхность, где остывает и затвердевает, а другие вещества остаются под землей. Таким методом добывают серу и в Украине (в Прикарпатье).

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2 Разделение неоднородной смеси

Перед выполнением практической работы внимательно прочитайте правила работы и безопасности в химическом кабинете (с. 18, 29). Их необходимо строго соблюдать.

Вспомните, как следует обращаться со спиртовкой, сухим горючим, как нагревать стеклянную и фарфоровую лабораторную посуду. При необходимости прочитайте соответствующий текст в параграфах 3 и 4.

Будьте осторожны с огнем.

Выданная вам смесь содержит такие компоненты:

вариант 1 — древесные опилки, песок и поваренную соль;

вариант 2 — стружку парафина, мелкие кусочки медной проволоки и кальцинированную соду.

В вашем распоряжении — два химических стакана, промывалка с водой, стеклянная палочка, воронка, шпатель или пластмассовая ложечка, фильтроваль-

ная бумага, фарфоровая чашка, пробиркодержатель, спиртовка или сухое горючее, лабораторный штатив, керамическая или пластмассовая подставка.

Разделите смесь на компоненты. Примите во внимание, что в каждой смеси есть растворимое в воде вещество, а также то, что один из нерастворимых компонентов легче воды, а второй — тяжелее.

План выполнения работы

ЭТАП 1

Смешивание смеси с водой

В небольшой стакан поместите порцию смеси (2— 3 г) и налейте 20—30 мл воды. С помощью стеклянной палочки перемешивайте содержимое стакана в течение 1—2 мин.

Что наблюдаете после прекращения перемешивания? Какой компонент смеси растворился? Где накопился каждый из нерастворимых компонентов?

ЭТАП 2

Выделение нерастворимых

компонентов смеси

Вещество, всплывшее на поверхность жидкости, можно извлечь двумя способами — собрать его шпателем (пластмассовой ложечкой) или отфильтровать.

Проведите фильтрование, как описано в § 4 (с. 26). Наливайте жидкость по стеклянной палочке в фильтр медленно, чтобы в него не попал компонент смеси, находящийся на дне стакана.

После фильтрования долейте в стакан немного воды, перемешайте смесь, дождитесь оседания твердого вещества и профильтруйте жидкость через только что использованный фильтр. Так удастся уменьшить потери растворимого компонента, часть раствора которого оставалась с нерастворимыми компонентами.

Осторожно выньте фильтр с опилками древесины или стружкой парафина и положите его на керамическую или пластмассовую подставку. С полученной прозрачной жидкостью (фильтратом) будете работать на этапе 3.

Ко второму нерастворимому компоненту смеси, который остался на дне стакана, добавьте немного воды, перемешайте смесь, дайте ей отстояться, слейте воду и перенесите шпателем (ложечкой) твердое вещество из стакана на лист фильтровальной бумаги. Можно также смыть это вещество водой на новый фильтр, используя промывалку.

ЭТАП 3

Выделение растворимого компонента смеси

Растворимый компонент выделите выпариванием его раствора, полученного на этапе 2. Для этого фильтрат перелейте из стакана в фарфоровую чашку, поставьте ее на кольцо штатива (c. 28, рис. 21), зажгите спиртовку и осторожно нагревайте до полного испарения воды. (Чтобы убедиться в том, что в фильтрате содержится растворенное вещество, достаточно выпарить несколько капель жидкости на предметном стекле.)

При выполнении каждого этапа эксперимента записывайте в таблицу свои действия и наблюдения, а после его завершения — выводы:

52. Можно ли выделить каждый компонент из выданной вам смеси без его потерь? Ответ обоснуйте.

53. Ученик выпаривал жидкость, нагревая ее в фарфоровой чашке. Через некоторое время в чашке ничего не осталось. Ученик решил, что жидкость представляла собой чистое вещество. Если вы с ним не согласны, укажите, какие примеси могли быть в исходном веществе.

54. Твердое вещество полностью растворилось в воде. Можно ли считать это вещество чистым? Ответ объясните.

55. Брусок парафина загрязнен песком. Как бы вы очистили парафин от этой примеси? Какие свойства веществ дают возможность провести такой эксперимент?

 

Это материал учебника Химия за 7 класс Попель

 





^