Очистка веществ

 Для исследования любого вещества необходимо в первую очередь выделить его из смеси и очистить до состояния химически чистого вещества. Таким образом, очистка веществ - это разделение смесей. Данный процесс основан на различиях в свойствах веществ. Разделение неоднородных смесей Основными методами разделения неоднородных смесей являются: отстаивание, фильтрование, декантация и действие магнитом. Отстаивание применяют для отделения большей части твердого вещества от жидкости. Например, воду, мутную от частичек глины и песка, оставляют для отстаивания в больших емкостях на водоочистительных станциях. Затем верхний слой чистой воды сливают. Такой опыт можно провести в стакане, банке или бутылке даже дома. Однако полностью отделить частички твердого вещества от жидкости можно только фильтрованием. Фильтрование. Для разделения компонентов смеси, состоящей из жидкости и твердого вещества, применяется фильтрование (рис. 3.2) - пропускание смеси через фильтр (процеживание). При этом жидкое вещество проРис. з.2. филыр°вание ходит через фильтр, а твердое вещество остается на нем. • Хим ически чистое вещество • Разделение • Отстаивание • Фильтрование, фильтрат • Д екантация • Д ействие магнита • Выпаривание • Кристаллизация • Д истилляция 100 Фильтры бывают бумажные, стеклянные, войлочные, тканевые и другие. В домашних условиях в качестве простейшего фильтра используют ватный тампон или марлю, вложенные в воронку. Жидкость, прошедшую через фильтр, называют фильтратом. Декантация - это процесс отделения жидкости путем ее сливания или сцеживания, например, сливание жидкости с осадка после отстаивания. Несмешивающиеся жидкости (которые не растворяются друг в друге), такие как смесь воды с маслом или нефтью, разделяют на основе различия в их плотности. Разделение проводят в специальной делительной воронке (рис. 3.3) или колонке (рис. 3.4). В воронке жидкость с большей плотностью (более тяжелая) опускается на дно. При открывании краника она стекает в подготовленный сосуд. Когда эта жидкость закончится, краник закрывают. Таким образом, несмешивающиеся жидкости будут разделены. Например, смесь вода-нефть быстро расслаивается, и ее можно разделить этим методом, как показано на рис. 3.4. Действие магнитом. Если одно из веществ, входящих в смесь твердых веществ, способно намагничиваться, его можно отделить, поднеся к смеси магнит: одно вещество притянется к магниту, а другое останется (рис. 3.5). Разделение однородных смесей Для разделения компонентов однородной смеси (где одно из веществ можно выделить как твердое вещество) применяются следующие методы: выпаривание, кристаллизация и дистилляция. Выпаривание. Кристаллизация. Для выделения растворенного твердого вещества из раствора нагревают раствор в фарфоровой чашке. Вода полностью испаряется, а на дне чашки остается сухое вещество, которое можно собрать. Таким образом поваренную соль можно очистить в лаборатории, нагревая водный раствор соли. Такое полное удаление воды называют выпариванием. Для получения более чистой соли воду не выпаривают полностью, а проводят ее частичное удаление - упаривание. В этом случае образуется концентрированный раствор. После охлаждения из такого раствора выпадают кристаллы соли, которые можно отделить от жидкости фильтрованием. В природе происходит отложение соли при испарении воды из соляных озер. Рис. 3.3. Делительная воронка колонка: а) сливание воды; б) сливание нефти Рис. 3.5. Отделение с помощью магнита железной стружки из ее смеси с серой 101 Рис. 3.6. Дистилляция (перегонка) воды в простейшем приборе Дистилляция. Процесс разделения компонентов однородной смеси путем испарения летучих жидкостей с последующей конденсацией их паров называется дистилляцией (перегонкой). С помощью дистилляции можно провести очистку природной воды, в которой растворены различные вещества. Самая простая установка для дистилляции изображена на рис. 3.6. При кипении вода превращается в пары, не содержащие примесей, они поднимаются вверх, охлаждаются и конденсируются, стекая капельками воды в другой сосуд. Полученная чистая вода называется дистиллированной водой. Растворенные вещества остаются в сосуде для выпаривания. В химии всю экспериментальную работу, где требуется вода, проводят с использованием дистиллированной воды. Для приготовления различных растворов, лекарственных препаратов и т. д. также применяется только дистиллированная вода. Для получения больших количеств дистиллированной воды используют специальные лабораторные и промышленные установки (рис. 3.7, 3.8). Рис. 3.7. Дистилляция воды в лабора- Рис. 3.8. Дистилляция воды в промышленной установке торной установке ОЦЕНИВАНИЕ 1. О бъясни, что л еж ит в основе процесса разделения веществ. 2. О пиш и, ка к из воды удалить частички глины и песка. Как очистить воду от загрязнения нефтью? 3. Как водопроводную или колодезную воду м ож но очистить от растворенны х в ней солей? 102 4. Дополни нижеприведенные утверждения пропущенными словами: а) две несмешивающиеся жидкости можно разделить методом ... ; б) методом дистилляции жидкость можно отделить от ... ; в) жидкость и вещество, растворенное в ней, можно разделить с помощью ... . 5. Поваренная соль применяется в различных целях: а) для приготовления пищи; б) для консервирования овощей; в) для приготовления физиологического раствора (в медицине); г) для подкормки животных (каменная соль). 1) Какую степень очистки соли необходимо соблюдать в каждом случае? 2) Объясни способ очистки поваренной соли. 6. Предложи способы очистки в домашних условиях кукурузного масла, содержащего: а) следы воды; б) большие количества воды. ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫТ № 3 О Ч И С Т К А В О Д Ы Повтори «Правила техники безопасности при работе в химическом кабинете» (стр . 6). Оборудование и реактивы: ш татив с пробирками, воронка для фильтрования, шпатель, ф ильтровальная бумага, ножницы, образец воды с примесями (песка, глины, красителя), активированный уголь. Х од р а б о т ы : 1. О т с т а и в а н и е . Перемешай образец полученной жидкой смеси, перелей его в пробирку. Подожди, пока нерастворимые примеси осядут на дно, затем осторожно отдели (слей) верхний жидкий слой в другую пробирку (а). Прозрачна ли жидкость? Изменился ли ее цвет? 2. И зго то в л е н и е ф и л ь т р а и ф и л ь тр о в а н и е . Лист фильтровальной бумаги сложи пополам и еще раз пополам, как показано на рисунке 3.9. а) б) в) г) ..............|.......................... .......I Рис. 3.9. Изготовление фильтра: а -> б -> в -> г -> д д) Срежь углы бумаги по дуге так, чтобы край фильтра был на 5 мм ниже края воронки. Расправь фильтровальную бумагу так, чтобы придать ей форму конуса, - фильтр готов. Вложи его в воронку и слегка смочи водой, чтобы зафиксировать. Помести воронку с фильтром в горлышко другой пробирки в штативе и профильтруй жидкость (см. рис. 3.2) из пробирки (а), так будет получен ф и л ь т р а т (б). 103 Является ли фильтрат прозрачным? Изменился ли его цвет? Какие примеси были отделены из смеси с помощью фильтрования? 3. О б р а б о т к а а к ти в и р о в а н н ы м углем. С помощью шпателя внеси активированный уголь в пробирку с фильтратом (б). Хорошо перемешай смесь в течение 2-3 минут и поставь пробирку в штатив для отстаивания угля. Какие изменения ты наблюдаешь? Изменился ли цвет раствора? Профильтруй эту смесь в другую пробирку, используя новый фильтр. Таким образом, вода очищена от твердых (механических) примесей методами отстаивания и фильтрования. Краситель удален с помощью активированного угля. Убери рабочее место. Заполни таблицу: В н е ш н и й ви д и с о д е р ж и м о е о б р а з ц а во д ы на к а ж д о м эта п е о ч и с тк и И с х о д н ы й о б р а з е ц П о с л е о тд е л е н и я т в е р д ы х п р и м е с е й П о с л е ф и л ь т р о в а н и я П о с л е о б р а б о т к и а к т и ­ в и р о в а н н ы м у гл е м П рим ечание. Этот лабораторный опыт можно выполнить как два отдельных опыта, используя два разных образца: а) смесь вода + песок; б) смесь вода + краситель. В этом случае пункт (б) можно выполнить при изучении § 3.4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБО ТА № 3 О Ч И С Т К А П О В А Р Е Н Н О Й С О Л И Повтори «Правила техники безопасности при работе в химическом кабинете» (ст р . 6). Оборудование и реактивы: ш татив с пробирками, воронка, стеклянная палочка, 2 стакана (на 100-150 мл), 1-2 г загрязненной соли (смесь с глиной, мелом или сажей), вода, спиртовка, металлический ш татив с кольцом, ф ильтровальная бумага, стеклянная пластинка (предметное стекло), нож ницы, спички. Ход р а б о т ы : 1. Р а с тв о р е н и е в воде загрязненной соли. Налей в стакан 20-30 мл воды и высыпь туда соль с примесями, не растворимыми в воде. Перемешай смесь стеклянной палочкой до полного растворения соли. Получится смесь раствора соли и твердых примесей. 2. Ф и л ь т р о в а н и е - о т д е л е н и е т в е р д ы х прим есей о т р а с т в о р а соли. Приготовь фильтр по инструкции (рис 3.9) и установи воронку с фильтром в кольце металлического штатива. Подставь стакан или колбу под воронку так, чтобы кончик ножки воронки касался стенки стакана или колбы (рис. 3.2). Возьми стеклянную палочку в левую руку, а стакан со смесью - в правую руку. Прикоснись концом стеклянной палочки к фильтру внутри воронки и осторожно по палочке налей часть смеси в воронку. В стакане (колбе) будет собираться бесцветная прозрачная жидкость - раствор соли (фильтрат). Внимание! Осторожно пользуйся стеклянной палочкой, чтобы не разорвать фильтр, а также следи, чтобы наливаемая жидкость была не выше края фильтра, иначе фильтрат будет загрязнен исходной смесью. 104 3. Выделение соли из р а с т в о р а вы париванием воды. С помощью стеклянной палочки нанеси 2-3 капли фильтрата (раствора соли в воде) на стеклянную пластинку и осторожно нагрей ее над пламенем спиртовки (во избежание растрескивания стекла). После испарения воды на пластинке останется налет чистой поваренной соли белого цвета (рис. 3.10). Сравни очищенную соль с исходной. Запиши результаты работы, сделай необходимые рисунки к этапам работы: 1) растворение соли; 2) изготовление фильтра и фильтрование; 3) выпаривание. Убери рабочее место. Вымой лабораторную посуду. Заполни таблицу: Содержимое образца на каждом этапе Растворение соли в воде Фильтрование Выпаривание