Чисті речовини та суміші. Способи поділу сумішей

Способи поділу сумішей

Більшість речовин на нашій планеті знаходяться не в чистому вигляді, а в сполуках та сумішах, разом з іншими речовинами.

Так, до складу граніту входять три речовини, помітні неозброєним оком.

А ось молоко здається нам однорідним доти, доки не прокисне. Кисле

молоко поділяється на прозору сироватку та білий щільний осад – білок

казеїн. Людина давно використовує ці речовини , що входять у молоко, виділяючи їх

із суміші. З нерозчинного білка – казеїну готують сир, а розчинні

сироваткові білки використовують для лікувального харчування.

Якими способами можна розділити суміші?

1. Якщо речовина нерозчинна у воді, наприклад крупи (рис, гречка, манка та ін.), річковий пісок, крейда, глина, можна скористатися методом фільтрування.

Фільтрування-проціджування рідин (газів) через фільтр з метою їхнього очищення від твердих домішок.

1. Складаємо фільтр. Поміщаємо його у вирву, злегка змочивши водою.

2. Вставляємо лійку з фільтром у колбу.

3. Пропускаємо суміш нерозчиненої речовини та води через фільтр.

Висновок. Очищена фільтруванням вода вільно пройшла через фільтр; на фільтрі залишилася нерозчинна у воді речовина.

2. Якщо тверда речовина розчинна у воді (кухонна сіль, цукор, лимонна кислота), то для поділусуміші можна застосувати метод випарювання.

Випарювання- виділення розчинених у рідині твердих речовин способом її перетворення на пару.

У склянці з водою сіль не зникла, хоча стала невидимою – розчин прозорий. Випарювання дозволило виділити із суміші речовин (води та солі) розчинену у воді речовину. На склі видно кристали кухонної солі. При цьому підтверджується висновок про те, що кожна речовина (і вода, і сіль) суміші зберігає свої властивості.

Висновок. З розчину можна виділити розчинні речовини.

3 .Для поділу рідин розчинних один в одному, отримання чистої (без домішок) води використовують метод дистиляції.

(або перегонки)

Дистиляція-перегонка, поділ речовин, що містяться в рідких сумішах, за температурами кипіння з наступним охолодженням пари.

У природі вода у чистому вигляді (без солей) не зустрічається. Океанічна, морська, річкова, колодязна та джерельна вода – це різновиди розчинів солей у воді. Однак часто людям необхідна чиста вода, яка не містить солей (використовується в двигунах автомобілів; у хімічному виробництві для отримання різних розчинів та речовин; при виготовленні фотографій). Таку воду називають дистильованою, а спосіб її отримання дистиляцією.

Нагріємо над полум'ям спиртування водопровідну воду в пробірці, закритою пробкою з газовідвідною трубкою. Кінець трубки опустимо в чисту суху пробірку, вміщену в склянку з льодом. На дні та стінках пробірки, що знаходиться у склянці з льодом, з'являться краплі дистильованої (очищеної від солей та домішок) води.

Завдання

1. Заглянь у порожній чайник, у якому кип'ятять воду. Чи є на стінках і дні білий наліт (накип) речовин, розчинених у воді?

2. З кришки чайника, в якому закип'ятили воду, стікають крапельки води. У якій воді – на кришці чи самому чайнику – міститься більше солей? Поясни відповідь.

3. Як називається процес, показаний малюнку?

4. Якщо суміші міститься залізо, то його виділення можна скористатися магнітом, т.к. залізо та його сплави притягуються магнітом.

5. Щоб розділити дві рідини, що не змішуються (нафта і вода, соняшникова олія і вода), потрібно скористатися ділильною лійкою.

Рідина з більшою щільністю зіллється в склянку, а в ділильній лійці залишиться легша рідина.

1. Заповніть пропуски в тексті, використовуючи слова "компоненти", "відмінності", "двоє", "фізичні".

Суміш може бути приготовлена ​​шляхом змішування щонайменше двох речовин. Суміші можуть бути поділені на окремі компоненти за допомогою фізичних методів, що базуються на відмінностях фізичних властивостей компонентів.

2. Допишіть речення.

а) Метод відстоювання заснований натому, що частинки твердої речовини досить великі вони швидко осідають на дно, а рідину можна обережно злити з осаду.

б) Метод центрифугування заснований надіїі відцентрової сили - більш важкі частинки осідають, а легені виявляються зверху.

в) Метод фільтрування заснований напропускання розчину твердої речовини через фільтр, де тверді частинки затримуються на фільтрі.

3. Вставте пропущене слово:

а) борошно та цукровий пісок - сито; сірка і залізна тирса - магніт.

б) вода та соняшникова олія - ​​ділильна вирва; вода та річковий пісок-фільтр.

в) повітря та пил - респіратор; повітря та отруйний газ-абсорбент.

4. Складіть перелік необхідного обладнання для фільтрування.

а) паперовий фільтр
б) склянку із розчином
в) скляна вирва
г) чиста склянка
д) скляна паличка
е) штатив з лапкою

5. Лабораторний досвід. Виготовлення звичайного та складчастого фільтрів із фільтрувального паперу або паперової серветки.

Як ви вважаєте, через який фільтр розчин проходитиме швидше - звичайний чи складчастий? Чому?

Через складчастий - площа зіткнення фільтрування більша, ніж у звичайного фільтра.

6. Запропонуйте способи поділу сумішей, зазначених у таблиці 16.

Способи поділу деяких сумішей

7. Домашній досвід. Адсорбація активованим вугіллям барвників пепси-коли.

Реактиви та обладнання:газований напій, активоване вугілля; каструля, лійка, фільтрувальний папір, електрична (газова) плита.

Хід роботи.Налийте в каструлю півсклянки (100 мл) газованого напою. Додайте туди 5 таблеток активованого вугілля. Нагрівайте каструлю протягом 10 хв на плиті. Відфільтруйте вугілля. Поясніть результати досвіду.

Розчин знебарвився за рахунок поглинання барвників за допомогою активованого вугілля.

8. Домашній досвід. Адсорбація кукурудзяними паличками парів пахучих речовин.

Реактиви та обладнання: кукурудзяні палички, парфуми чи одеколон; 2 однакові скляні банки з кришками.

Хід роботи.У дві скляні банки капніть по краплі парфумів. В одну зі банок покладіть 4-5 кукурудзяних паличок. Обидві банки закрийте кришками. Банку, в якій знаходяться кукурудзяні палички, трохи струсіть. Для чого?

Для збільшення швидкості адсорбації.

Відкрийте обидві банки. Поясніть результати досвіду.

У банку, де були кукурудзяні палички, немає запаху, оскільки адсорбували запах парфумів.

Чи знаєте ви, які існують способи поділу сумішей? Не поспішайте з негативною відповіддю. Багато хто з них ви застосовуєте у своїй повсякденній діяльності.

Чиста речовина: що це таке

Атоми, молекули, речовини та суміші - це основні хімічні поняття. Що вони означають? У таблиці Д. І. Менделєєва 118 хімічних елементів. Це різні типи елементарних частинок – атомів. Вони різняться між собою масою.

З'єднуючись між собою, атоми утворюють молекули або речовини. Останні, поєднуючись між собою, утворюють суміші. Чисті речовини мають постійний склад та властивості. Це однорідні структури. Але їх можна розділити на складові у вигляді хімічних реакцій.

Вчені стверджують, що чистих речовин у природі практично немає. Незначна кількість домішок є у кожному їх. Це тому, що більшість речовин відрізняються активністю. Навіть метали, занурені у воду, розчиняються у ній лише на рівні іонів.

Склад чистих речовин завжди незмінний. Змінити його просто неможливо. Так, якщо в молекулі вуглекислого газу збільшити кількість вуглецю або кисню, це буде зовсім інша речовина. А в суміші можна збільшити чи зменшити кількість компонентів. Це змінить її склад, але з факт існування.

Що таке суміш

Сукупність кількох речовин називають сумішшю. Вони можуть бути двох видів. Якщо окремі компоненти в суміші невиразні, її називають однорідною, або гомогенною. Є ще одна назва, яка найчастіше застосовується у побуті – розчин. Компоненти такої суміші не можна поділити фізичними методами. Наприклад, із соляного розчину не вдасться механічно витягти кристали, які в ньому розчинені. У природі зустрічаються як рідкі розчини. Так, повітря - це однорідна газоподібна суміш, а сплав металів - тверда.

У неоднорідних або гетерогенних сумішах окремі частинки помітні неозброєним оком. Вони відрізняються один від одного складом та властивостями. Це означає, що відокремити їх можна чисто механічно. З таким завданням чудово впоралася Попелюшка, яку зла мачуха змусила відокремити квасолю від гороху.

Хімія: способи поділу сумішей

У побуті та природі зустрічається величезна кількість сумішей. Як правильно підібрати спосіб їхнього поділу? Він обов'язково має бути заснований на фізичних властивостях окремих компонентів. Якщо речовини мають різну температуру кипіння, то ефективними будуть випарювання із наступною кристалізацією, а також дистиляція. Такі способи застосовують для поділу гомогенних розчинів. Для поділу неоднорідних сумішей використовують різницю в інших властивості їх складових: щільності, змочуваності, розчинності, розмірах, магнітності тощо.

Фізичні способи поділу сумішей

При відділенні компонентів суміші склад речовин не змінюється. Тому не можна назвати способи поділу сумішей хімічним процесом. Так, шляхом відстоювання, фільтрування та впливу магнітом можна розділити окремі компоненти механічно. У лабораторії при цьому використовуються різні прилади: ділильна вирва, фільтрувальний папір, магнітні смуги. Це способи поділу неоднорідних сумішей.

Просіювання

Цей спосіб є, мабуть, найпростішим. З ним знайома кожна домогосподарка. Заснований він на відмінності у розмірах твердих компонентів суміші. Просіювання застосовується у побуті при відділенні борошна від домішок, личинок комах та різних забруднень. У сільськогосподарському виробництві у такий спосіб очищають зерна злаків від стороннього сміття. Будівельники просіюють суміш піску та гравію.

Відстоювання

Цей спосіб поділу сумішей застосовується для компонентів із різною щільністю. Якщо пісок потрапив у воду, отриманий розчин потрібно добре перемішати та залишити на деякий час. Те саме можна зробити із сумішшю води та рослинної олії або нафти. Пісок осяде на дно. А ось олія, навпаки, збиратиметься зверху. Такий спосіб спостерігається у побуті та природі. Наприклад, з диму осідає сажа, з туману - окремі краплі роси. А якщо залишити домашнє молоко на ніч, то на ранок можна буде зібрати вершки.

Фільтрування

Любителі заварного чаю застосовують цей метод щодня. Йдеться про фільтрування - спосіб поділу сумішей, заснований на різній розчинності компонентів. Уявіть, що у воду потрапила залізна тирса і сіль. Великі нерозчинні частинки залишаться на фільтрі. А розчинена сіль пройде крізь нього. Принцип цього методу є основою роботи пилососів, дії респіраторних масок і марлевих пов'язок.

Дія магнітом

Запропонуйте спосіб поділу сумішей порошків сірки та заліза. Звичайно, це дія магнітом. Чи всі метали здатні до цього? Зовсім ні. За рівнем сприйнятливості розрізняють три групи речовин. Наприклад, золото, мідь та цинк не прикріпляться до магніту. Вони входять до групи діамагнетиків. Слабким сприйняттям відрізняються магній, платина та алюміній. А от якщо до складу суміші входять феромагнетики, то цей метод буде найефективнішим. До них відносяться, наприклад, залізо, кобальт, нікель, тербій, гольмій, тулій.

Випарювання

Який спосіб поділу сумішей підійде для однорідного водного розчину? Це випарювання. Якщо у вас є тільки солона вода, а потрібна чиста – не варто одразу засмучуватися. Потрібно нагрівати суміш до температури кипіння. В результаті вода випарується. А на дні посуду буде видно кристали розчиненої речовини. Щоб зібрати воду, її необхідно конденсувати – перевести з газоподібного стану в рідкий. Для цього пари охолоджуються, торкаючись поверхні з меншою температурою, та стікають у приготовлену тару.

Кристалізація

У науці цей термін у ширшому значенні. Це не просто спосіб отримання чистих речовин. За своєю природою кристалами є айсберги, мінерали, кістки та зубна емаль.

Їхнє зростання відбувається за наявності однакових умов. Кристали формуються в результаті охолодження рідин або перенасичення пари, а надалі температура вже не повинна змінюватися. Отже, спочатку досягаються деякі граничні умови. В результаті виникає центр кристалізації, навколо якого збираються атоми рідини, розплаву, газу чи скла.

Дистиляція

Напевно, ви чули про воду, яку називають дистильованою. Ця очищена рідина необхідна виготовлення лікарських засобів, лабораторних досліджень, систем охолодження. А отримують її у спеціальних приладах. Вони називаються дистиляторами.

Дистиляція - це спосіб поділу сумішей речовин із різною температурою кипіння. У перекладі з латинської термін означає "стікання краплями". За допомогою цього, наприклад, можна виділити спирт і воду з розчину. Перша речовина почне закипати за температури +78 про С. Пари спирту надалі конденсуються. Вода залишиться в рідкому вигляді.

Подібним способом з нафти одержують продукти її переробки: бензин, гас, газойль. Цей процес є хімічної реакцією. Нафта поділяється окремі фракції, кожна з яких має власну температуру кипіння. Відбувається це у кілька етапів. Спочатку здійснюється первинна сепарація нафти. Її очищають від попутного газу, механічних домішок та водяної пари. На наступному етапі отриманий продукт поміщають у колони ректифікації і починають нагрівати. Це і є атмосферне перегонування нафти. При температурі менше 62 градусів випаровуються залишки попутного газу. Нагріваючи суміш до 180 градусів, одержують бензинові фракції, до 240 - гас, до 350 - дизельне паливо. Залишком термічної переробки нафти є мазут, який використовують як мастильний матеріал.

Хроматографія

Цей метод отримав назву на прізвище вченого, який уперше використав його. Звали його Михайло Семенович Колір. Спочатку метод застосовували для поділу пігментів рослин. А дослівно хроматографія перекладається з грецької як "пишу кольором". Опустимо фільтрувальний папір у суміш води та чорнила. Перша одразу почне вбиратися. Це зумовлено різним ступенем адсорбуючих властивостей. При цьому також враховується дифузія та ступінь розчинності.

Адсорбція

Деякі речовини мають здатність притягувати молекули іншого виду. Наприклад, ми приймаємо активоване вугілля при отруєнні, щоб позбавитися токсинів. Для цього процесу необхідна поверхня розділу між двома фазами.

Цей спосіб застосовують у хімічній промисловості при виділенні бензолу із газоподібних сумішей, очищення рідких продуктів переробки нафти, їх очищення від домішок.

Отже, у статті ми розглянули основні способи поділу сумішей. Людина використовує їх як і побуті, і у промислових масштабах. Вибір методу залежить від виду суміші. p align="justify"> Важливим фактором є особливості фізичних властивостей її компонентів. Для поділу розчинів, у яких окремі частини візуально невиразні, використовують методи випарювання, кристалізації, хроматографію та дистиляцію. Якщо окремі компоненти можна визначити, такі суміші називають неоднорідними. Для їхнього поділу застосовують способи відстоювання, фільтрування та дії магнітом.

Методи поділу сумішей

Гетерогенні суміші типів газ-рідина, рідина-тверда, газ-тверда нестійкі в часі під дією сили тяжіння. У таких сумішах складові компоненти з меншою щільністю поступово піднімаються вгору (спливають), а з більшою опускаються вниз (осідають). Такий процес мимовільного поділу сумішей з часом називають відстоюванням. Так, наприклад, суміш дрібного піску та води досить швидко мимоволі ділиться на дві частини:

Для прискорення процесу осадження речовини з більшою щільністю рідини в лабораторних умовах частіше вдаються до більш просунутої версії методу відстоювання. центрифугування. Роль сили тяжіння в центрифугах грає відцентрова сила, що завжди виникає при обертанні. Оскільки відцентрова сила безпосередньо залежить від швидкості обертання, її можна робити набагато більше сили тяжіння, просто збільшуючи число оборотів центрифуги в одиницю часу. Завдяки цьому досягається набагато швидше у порівнянні з відстоюванням поділ суміші.

Після відстоювання або центрифугування надосадову рідину можна відокремити від осаду методом декантації- Акуратним зливанням рідини з осаду.

Розділити суміш двох нерозчинних один в одному рідин (після її відстоювання) можна за допомогою ділильної вирви, принцип дії якої зрозумілий з наступної ілюстрації:

Для поділу сумішей речовин, що знаходяться в різних агрегатних станах, крім відстоювання та центрифугування, також широко використовують фільтрування. Метод полягає в тому, що фільтр має різну пропускну здатність по відношенню до компонентів суміші. Найчастіше це пов'язано з різним розміром частинок, але може бути ще обумовлено тим, що окремі компоненти суміші сильніше взаємодіють з поверхнею фільтра ( адсорбуютьсяїм).

Так, наприклад, завись твердого нерозчинного порошку з водою можна розділити, використовуючи паперовий пористий фільтр. Тверда речовина залишається на фільтрі, а вода проходить через нього і збирається в ємності, розташованій під ним:

У деяких випадках гетерогенні суміші можуть бути розділені завдяки різним магнітним властивостям компонентів. Так, наприклад, суміш порошків сірки та металевого заліза можна розділити за допомогою магніту. Частки заліза на відміну від частинок сірки притягуються та утримуються магнітом:

Поділ компонентів суміші із застосуванням магнітного поля називають магнітною сепарацією.

Якщо суміш є розчином тугоплавкої твердої речовини в будь-якій рідині, виділити цю речовину з рідини можна випарюванням розчину:

Для поділу рідких гомогенних сумішей використовують метод, що називається дистиляцією,або перегонкою. Даний спосіб має принцип дії, схожий з випарюванням, але дозволяє відокремлювати не тільки леткі компоненти від нелетких, але також речовини з відносно близькими температурами кипіння. Один із найпростіших варіантів дистиляційних апаратів представлений на малюнку нижче:

Сенс процесу дистиляції полягає в тому, що при кипінні суміші рідин першими випаровуються пари більш легкокиплячого компонента. Пари цієї речовини після проходження через холодильник конденсуються та стікають у приймач. p align="justify"> Метод дистиляції широко застосовується в нафтовій промисловості при первинній переробці нафти для поділу нафти на фракції (бензин, гас, дизель і т.д.).

Також методом дистиляції отримують очищену від домішок (насамперед солей) воду. Воду, що пройшла очищення дистиляцією, називають дистильованою водою.

Теоретичний блок

Визначення поняття «суміш» було дано XVII в. англійським вченим Робертом Бойлем: "Суміш - цілісна система, що складається з різнорідних компонентів".

Порівняльна характеристика суміші та чистої речовини

Суміші відрізняються один від одного на вигляд.

Класифікацію сумішей показано в таблиці:

Наведемо приклади суспензій (річковий пісок + вода), емульсій (олія + вода) та розчинів (повітря в колбі, кухонна сіль + вода, розмінна монета: алюміній + мідь або нікель + мідь).

Способи поділу сумішей

У природі речовини існують як суміші. Для лабораторних досліджень, промислових виробництв, потреб фармакології та медицини потрібні чисті речовини.

Для очищення речовин застосовуються різні способи поділу сумішей

Випарювання - виділення розчинених у рідині твердих речовин способом її перетворення на пару.

Дистиляція-перегонка, поділ речовин, що містяться в рідких сумішах, за температурами кипіння з наступним охолодженням пари.

У природі вода у чистому вигляді (без солей) не зустрічається. Океанічна, морська, річкова, колодязна та джерельна вода – це різновиди розчинів солей у воді. Однак часто людям необхідна чиста вода, що не містить солей (використовується в двигунах автомобілів; у хімічному виробництві для отримання різних розчинів та речовин; при виготовленні фотографій). Таку воду називають дистильованою, а спосіб її отримання дистиляцією.

Фільтрування-проціджування рідин (газів) через фільтр з метою їх очищення від твердих домішок.

Ці способи ґрунтуються на відмінностях у фізичних властивостях компонентів суміші.

Розглянемо способи поділу гетерогеннихта гомогенних сумішей.

Особливим методом поділу компонентів, заснованим на різній поглинання їх певною речовиною, є хроматографія.

За допомогою хроматографії російський ботанік вперше виділив хлорофіл із зелених частин рослин. У промисловості та лабораторіях замість фільтрувального паперу для хроматографії використовують крохмаль, вугілля, вапняк, оксид алюмінію. А чи завжди потрібні речовини з однаковим ступенем очищення?

Для різних цілей необхідні речовини з різним ступенем очищення. Воду для приготування їжі достатньо відстояти для видалення домішок та хлору, що використовується для її знезараження. Воду для пиття потрібно попередньо прокип'ятити. А в хімічних лабораторіях для приготування розчинів та проведення дослідів у медицині необхідна дистильована вода, максимально очищена від розчинених у ній речовин. Особливо чисті речовини, вміст домішок у яких не перевищує однієї мільйонної відсотка, застосовуються в електроніці, напівпровідниковій, ядерній техніці та інших точних галузях промисловості.

Способи вираження складу сумішей.

· Масова частка компонента у суміші- Відношення маси компонента до маси всієї суміші. Зазвичай масову частку виражають у %, але з обов'язково.

ω [«омега»] = mкомпонента / mсуміші

· Мольна частка компонента у суміші- Відношення числа моль (кількості речовини) компонента до сумарного числа моль всіх речовин у суміші. Наприклад, якщо в суміш входять речовини А, В та С, то:

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

· Мольне співвідношення компонентів.Іноді у завданнях для суміші вказується молярне співвідношення її складових. Наприклад:

n-компонента А: n-компонента В = 2: 3

· Об'ємна частка компонента у суміші (тільки для газів)- Відношення обсягу речовини А до загального обсягу всієї газової суміші.

φ [«фі»] = Vкомпонента / Vсуміші

практичний блок.

Розглянемо три приклади завдань, у яких суміші металів реагують з солянийкислотою:

приклад 1.При дії на суміш міді та заліза масою 20 г надлишком соляної кислоти виділилося 5,6 л газу (н. у.). Визначити масові частки металів у суміші.

У першому прикладі мідь не реагує із соляною кислотою, тобто водень виділяється при реакції кислоти із залізом. Таким чином, знаючи обсяг водню, ми відразу зможемо знайти кількість та масу заліза. І, відповідно, масові частки речовин у суміші.

Рішення прикладу 1.

n = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.

2. За рівнянням реакції:

3. Кількість заліза також 0,25 моль. Можна знайти його масу:
mFe = 0,25 56 = 14 р.

Відповідь: 70% заліза, 30% міді.

приклад 2.При дії на суміш алюмінію та заліза масою 11 г надлишком соляної кислоти виділилося 8,96 л газу (н. у.). Визначити масові частки металів у суміші.

У другому прикладі реакцію вступають обидваметалу. Тут уже водень із кислоти виділяється в обох реакціях. Тому прямим розрахунком тут не можна скористатися. У таких випадках зручно вирішувати за допомогою дуже простої системи рівнянь, прийнявши за х – число моль одного з металів, а за у – кількість речовини другої.

Рішення прикладу 2.

1. Знаходимо кількість водню:
n = V / Vm = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.

2. Нехай кількість алюмінію – х моль, а заліза у моль. Тоді можна висловити через х і у кількість водню, що виділився:

4. Нам відома загальна кількість водню: 0,4 моль. Значить,
1,5 х + у = 0,4 (це перше рівняння у системі).

5. Для суміші металів потрібно виразити масичерез кількість речовин.
m = M n
Значить, маса алюмінію
mAl = 27x,
маса заліза
mFe = 56у,
а маса всієї суміші
27х + 56у = 11 (це друге рівняння у системі).

6. Отже, ми маємо систему із двох рівнянь:

7. Вирішувати такі системи набагато зручніше методом віднімання, домноживши перше рівняння на 18:
27х + 18у = 7,2
і віднімаючи перше рівняння з другого:

8. (56 − 18)у = 11 − 7,2
у = 3,8/38 = 0,1 моль (Fe)
х = 0,2 моль (Al)

mFe = n M = 0,1 56 = 5,6 г
mAl = 0,2 27 = 5,4 г
ωFe = mFe / mсуміші = 5,6 / 11 = 0,50,91%),

відповідно,
ωAl = 100% − 50,91% = 49,09%

Відповідь: 50,91% заліза, 49,09% алюмінію.

приклад 3.16 г суміші цинку, алюмінію та міді обробили надлишком розчину соляної кислоти. При цьому виділилося 5,6 л газу (н. у.) та не розчинилося 5 г речовини. Визначити масові частки металів у суміші.

У третьому прикладі два метали реагують, а третій метал (мідь) не входить у реакцію. Тому залишок 5 г – це маса міді. Кількості решти двох металів - цинку та алюмінію (врахуйте, що їх загальна маса 16 − 5 = 11 г) можна знайти за допомогою системи рівнянь, як у прикладі №2.

Відповідь до прикладу 3: 56,25% цинку, 12,5% алюмінію, 31,25% міді.

приклад 4.На суміш заліза, алюмінію та міді подіяли надлишком холодної концентрованої сірчаної кислоти. При цьому частина суміші розчинилася і виділилося 5,6 л газу (н. у.). Суміш, що залишилася, обробили надлишком розчину їдкого натру. Виділилося 3,36 л газу і залишилося 3 г залишку, що не розчинився. Визначити масу та склад вихідної суміші металів.

У цьому прикладі слід пам'ятати, що холодна концентрованасірчана кислота не реагує із залізом та алюмінієм (пасивація), але реагує з міддю. У цьому виділяється оксид сірки (IV).
З лугомреагує тільки алюміній- амфотерний метал (крім алюмінію, в лугах розчиняються ще цинк і олово, в гарячому концентрованому лугу - ще можна розчинити берилій).

Рішення прикладу 4.

1. З концентрованою сірчаною кислотою реагує лише мідь, число моль газу:
nSO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

2. (не забудьте, що такі реакції треба обов'язково зрівняти за допомогою електронного балансу)

3. Оскільки молярне співвідношення міді та сірчистого газу 1:1, то міді теж 0,25 моль. Можна знайти масу міді:
mCu = n M = 0,25 64 = 16 р.

4. У реакцію з розчином лугу вступає алюміній, при цьому утворюється гідроксокомплекс алюмінію та водень:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

5. Число моль водню:
nH2 = 3,36/22,4 = 0,15 моль,
молярне співвідношення алюмінію та водню 2:3 і, отже,
nAl = 0,15/1,5 = 0,1 моль.
Маса алюмінію:
mAl = n M = 0,1 27 = 2,7 г

6. Залишок – це залізо, масою 3 г. Можна знайти масу суміші:
m суміші = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 р.

7. Масові частки металів:

ωCu = mCu / mсуміші = 16 / 21,7 = 0,7,73%)
ωAl = 2,7/21,7 = 0,1,44%)
ωFe = 13,83%

Відповідь: 73,73% міді, 12,44% алюмінію, 13,83% заліза.

Приклад 5.21,1 г суміші цинку та алюмінію розчинили в 565 мл розчину азотної кислоти, що містить 20 мас. % НNО3 та має щільність 1,115 г/мл. Об'єм газу, що виділився, що є простою речовиною і єдиним продуктом відновлення азотної кислоти, склав 2,912 л (н. у.). Визначте склад отриманого розчину масових відсотках. (РХТУ)

У тексті цього завдання чітко вказано продукт відновлення азоту – «просту речовину». Оскільки азотна кислота з металами не дає водню, це - азот. Обидва метали розчинилися в кислоті.
У задачі питається не склад вихідної суміші металів, а склад розчину, що вийшов після реакцій. Це робить завдання складнішим.

Рішення прикладу 5.

1. Визначаємо кількість речовини газу:
nN2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.

2. Визначаємо масу розчину азотної кислоти, масу та кількість речовини розчиненої HNO3:

mрозчину = ρ V = 1,115 565 = 630,3 г
mHNO3 = ω mрозчину = 0,2 630,3 = 126,06 г
nHNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 моль

Зверніть увагу, що оскільки метали повністю розчинилися, значить - кислоти точно вистачило(З водою ці метали не реагують). Відповідно, треба буде перевірити, чи не виявилася кислота в надлишкуі скільки її залишилося після реакції в отриманому розчині.

3. Складаємо рівняння реакцій ( не забудьте про електронний баланс) і, для зручності розрахунків, приймаємо за 5х – кількість цинку, а за 10у – кількість алюмінію. Тоді, відповідно до коефіцієнтів в рівняннях, азоту в першій реакції вийде х моль, а в другій - 3у моль:

5. Тоді, враховуючи, що маса суміші металів 21,1 г, їх молярні маси - 65 г/моль у цинку та 27 г/моль у алюмінію, отримаємо таку систему рівнянь:

6. Вирішувати цю систему зручно, домноживши перше рівняння на 90 і віднімаючи перше рівняння другого.

7. х = 0,04, отже, nZn = 0,04 5 = 0,2 моль
у = 0,03, отже, nAl = 0,03 10 = 0,3 моль

8. Перевіримо масу суміші:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 р.

9. Тепер переходимо до складу розчину. Зручно буде переписати реакції ще раз і записати над реакціями кількості всіх речовин, що прореагували і утворилися (крім води):

10. Наступне питання: чи залишилася в розчині азотна кислота та скільки її залишилося?
За рівняннями реакцій кількість кислоти, що вступила в реакцію:
nHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
т. е. кислота була надлишку і можна обчислити її залишок у розчині:
nHNO3ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.

11. Отже, в підсумковому розчинімістяться:

нітрат цинку в кількості 0,2 моль:
mZn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 г
нітрат алюмінію в кількості 0,3 моль:
mAl(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 г
надлишок азотної кислоти в кількості 0,44 моль:
mHNO3ост. = n M = 0,44 63 = 27,72 г

12. Яка маса підсумкового розчину?
Згадаємо, що маса підсумкового розчину складається з тих компонентів, які ми змішували (розчини та речовини) мінус ті продукти реакції, які пішли з розчину (осади та гази):

13.
Тоді для нашого завдання:

14. mнов. розчину = маса розчину кислоти + маса сплаву металів - маса азоту
mN2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
мнов. розчину = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г

ωZn(NO3)2 = mв-ва / mр-ра = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO3)3 = mв-ва / mр-ра = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ωHNO3ост. = mв-ва / mр-ра = 27,72 / 648,04 = 0,0428

Відповідь: 5,83% нітрату цинку, 9,86% нітрату алюмінію, 4,28% азотної кислоти.

Приклад 6.При обробці 17,4 г суміші міді, заліза та алюмінію надлишком концентрованої азотної кислоти виділилося 4,48 л газу (н. у.), а при дії на цю суміш такої ж маси надлишку хлороводневої кислоти - 8,96 л газу (н. у.). Визначте склад вихідної суміші. (РХТУ)

При вирішенні цього завдання треба згадати, по-перше, що концентрована азотна кислота з неактивним металом (мідь) дає NO2, а залізо та алюміній з нею не реагують. Соляна кислота, навпаки, не реагує з міддю.

Відповідь наприклад 6: 36,8% міді, 32,2% заліза, 31% алюмінію.

Завдання для самостійного вирішення.

1. Нескладні завдання із двома компонентами суміші.

1-1. Суміш міді та алюмінію масою 20 г обробили 96% розчином азотної кислоти, при цьому виділилося 8,96 л газу (н. у.). Визначити масову частку алюмінію суміші.

1-2. Суміш міді та цинку масою 10 г обробили концентрованим розчином лугу. При цьому виділилося 2,24 л газу (н. y.). Обчисліть масову частку цинку у вихідній суміші.

1-3. Суміш магнію та оксиду магнію масою 6,4 г обробили достатньою кількістю розведеної сірчаної кислоти. При цьому виділилося 2,24 л газу (н. у.). Знайти масову частку магнію у суміші.

1-4. Суміш цинку та оксиду цинку масою 3,08 г розчинили в розведеній сірчаній кислоті. Отримали сульфат цинку масою 6,44 р. Обчисліть масову частку цинку у вихідній суміші.

1-5. При дії суміші порошків заліза та цинку масою 9,3 г надлишок розчину хлориду міді (II) утворилося 9,6 г міді. Визначте склад вихідної суміші.

1-6. Яка маса 20%-ного розчину соляної кислоти буде потрібна для повного розчинення 20 г суміші цинку з оксидом цинку, якщо при цьому виділився водень об'ємом 4,48 л (н. у.)?

1-7. При розчиненні у розведеній азотній кислоті 3,04 г суміші заліза та міді виділяється оксид азоту (II) об'ємом 0,896 л (н. у.). Визначте склад вихідної суміші.

1-8. При розчиненні 1,11 г суміші залізної та алюмінієвої тирси в 16%-ному розчині соляної кислоти (ρ = 1,09 г/мл) виділилося 0,672 л водню (н. у.). Знайдіть масові частки металів у суміші та визначте обсяг витраченої соляної кислоти.

2. Завдання складніші.

2-1. Суміш кальцію та алюмінію масою 18,8 г прожарили без доступу повітря з надлишком порошку графіту. Продукт реакції обробили розведеною соляною кислотою, при цьому виділилося 112 л газу (н. у.). Визначте масові частки металів у суміші.

2-2. Для розчинення 1,26 г сплаву магнію з алюмінієм використано 35 мл 19,6% розчину сірчаної кислоти (ρ = 1,1 г/мл). Надлишок кислоти вступив у реакцію з 28,6 мл розчину гідрокарбонату калію з концентрацією 1,4 моль/л. Визначте масові частки металів у сплаві та об'єм газу (н. у.), що виділився при розчиненні сплаву.