Разделение смеси песка и соли

Задание: разделить 5 г смеси песка и указанной преподавателем соли на компоненты. Найти количество соли после разделения смеси и вычислить относительную величину потерь при разделении.

Принцип, на котором в данном случае основано разделение – различная растворимость веществ в воде. Одно вещество (соль) растворяется в воде, и раствор можно отделить от песка фильтрованием. Затем из фильтрата (фильтрат – это раствор, прошедший через фильтр), содержащего соль, выпариваем воду, а оставшуюся сухую соль взвешиваем, чтобы оценить потери. С помощью качественной реакции надо убедиться, что в песке не осталось соли. Визуально устанавливаем, что при фильтровании или иных операциях в соль не «прорвался» песок.

Приборы и посуда. Продумав содержание работы, составим перечень необходимых предметов в своей тетради.

Реактивы. Смесь песок – соль; реактив для проведения аналитической реакции на ионы соли. Состав выданной вам соли (NaCI или Na₂SO₄) указывает преподаватель. Вспомним реактивы, которые использовались для обнаружения солей в лабораторной работе №1. Выбор реактива зависит от состава соли в смеси.

Описание работы

Растворение соли. Обнаруженную нами в пакетике навеску смеси переносим в химический стакан и растворяем в дистиллированной воде. Используем не больше чем 50 мл воды. Предельное количество отмеряем цилиндром. Воду для растворения приливаем маленькими порциями. Учитываем, что эта же вода еще понадобится для отмывания песка от соли.

Растворение – процесс гетерогенный, его скорость тем больше, чем больше поверхность растворяемого вещества (чем лучше оно измельчено), чем больше перепад концентраций, который увеличивается при разбавлении и перемешивании. Тем не менее, желательно провести растворение в минимальном количестве воды, так как использованную воду придется после фильтровании выпаривать, а это - достаточно медленный процесс.

Когда соль растворится, приступаем к фильтрованию.

Фильтрование. Бумажный фильтр складываем примерно вчетверо, вставляем в воронку, чуть увлажняем из промывалки и очень легко прижимаем пальцами к стенкам.

Позволяем отстояться песку и осторожно сливаем раствор на фильтр. Этот процесс отделения жидкости от осадка или от отстоя путем аккуратного сливания вручную, с помощью шланга или делительной воронки называется декантацией. При декантации фильтр не сразу забивается песком, замедляющим фильтрование.

Оставшийся после фильтрования в стакане песок споласкиваем небольшим количеством воды, промывные воды сливаем на фильтр. Затем и мокрый песок переносим на фильтр, где его продолжаем промывать малыми порциями воды из цилиндра.

Проверяем полноту отделения соли от песка. Для этого используем качественную реакцию на анион SO₄^2- (если в исходной смеси был Na₂SO₄) или на анион Cl^- (если в смеси был NaCl). Напоминаем, что состав исходной смеси вам «рассекречивает» преподаватель.

Реакцию проводим, собрав под фильтровальной воронкой несколько последних капель профильтрованных промывных вод в отдельную пробирку. Промывание проводим до тех пор, пока промывные воды не дадут отрицательную реакцию на наличие соли. Записываем уравнение возможной протекающей реакции в молекулярной и ионной форме.

Выпаривание. Фильтрат переливаем в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и, нагревая на электроплитке или спиртовке, выпариваем досуха. Эту процедуру можно начать параллельно с промыванием песка. Промывные воды после окончания промывания можно будет просто добавить к выпаривающемуся фильтрату. Конечно, это надо делать осторожно. Во избежание разбрызгивания в конце выпаривания чашку накрываем стеклянной воронкой, которую тоже нужно предварительно взвесить. После охлаждения чашку с солью (и с взвешенной воронкой) снова взвешиваем и определяем вес извлеченной соли по разности масс чашки с солью и пустой чашки.

Оценка потерь соли. Используя найденный вес отделенной соли и вес соли во взятой смеси (и этот «секрет» вам открывает преподаватель), по разности подсчитываем потери в граммах. Определяем относительную величину потерь. Для этого выясняем, какую долю составляют потери от исходного количества, т.е. делим количество граммов потерянной соли на исходное количество соли. Затем выражаем эту долю в процентах. Приведенные ниже вопросы для обсуждения могут быть заданы вам преподавателем при защите лабораторной работы.

Вопросы для обсуждения:

1. Что такое процент?

2. Как выяснить, что промывание песка закончено?

3. Каковы химические названия использованных веществ?

4. Какова формула песка, кремнезема?

5. Для чего проводится качественная реакция? Сколько раз её надо проводить?

6. Что такое фильтр? Фильтрат? Декантация?

7. Дайте правильные названия использованной химической посуды.

8. Сформулируйте правила написания ионных уравнений.

9. Какими реактивами для определения сульфат-иона можно восполь-зоваться, если закончился раствор с хлористым барием? Используйте таблицу растворимости (приложение 2, табл.2, с.80) и выясните у лаборанта наличие подходящих реактивов.

 

Те м а 2. СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Цели изучения темы

Теоретические - получить навык в написании выражений для зависимостей скоростей простых процессов от концентраций реагирующих веществ и в написании выражений для констант химического равновесия в соответствии с законом действия масс. Разобраться в закономерностях влияния концентрации, температуры и катализатора на скорость реакции. Еще раз убедиться в справедливости принципа Ле Шателье о направлении смещения химического равновесия.

Практические - найти по экспериментальным данным константу скорости, температурный коэффициент Вант Гоффа, графическую зависимость скорости реакции от катализатора, разобраться в практическом смещении равновесия в ту или иную сторону.

Консультационная часть

Литература: 1, гл. 1, с. 21 – 25; гл. 4, с. 111 – 113,116,120 – 122.

Ключевые понятия этой темы:

а) скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующего вещества в единицу времени. Математически для средней скорости во временном интервале ∆t имеем формулу

` V = ∆C/∆t,

где ` V – средняя скорость, а С – концентрация одного из реагирующих веществ. (Какого одного? - Любого. Лишь бы была известна его концентра-ция в начале и в конце временного интервала.) Надо, конечно, оговаривать, по какому веществу мы фиксируем скорость реакции.

б) Если концентрации веществ известны только в начале реакции или в какой-то данный момент времени, то используем кинетическое уравнение, выражающее закон действия масс через концентрации реагирующих веществ. Для процесса типа

A + 2B + 3D = F

оно имеет вид

V = k C_A´C_B² ´ C_D³,

где k – константа скорости реакции, величина которой отражает зависи-мость скорости от природы реагирующих веществ и температуры.

2.3. Упражнения для самоподготовки

Задание 1. Заполните пропуски для своего варианта в таблице 4.

 

Таблица 4

 

№ п/п	Уравнение процесса	Компонент, концентрация которого указана	Начальная и конечная концентрации моль/л   Снач Скон	Время реак- ции, с	Средняя скорость, `V= DC/Di моль/л
При мер	2 H2 + O2 = 2 H2O	[H2] [O2] [H2O]	0,4 0,1 0,55 0,40 0,00 0,30		0,03 0,015 0,015
	N2 + 3 H2 = 2 NH3	[N2] [H2] [NH3]	0,6 0,4 0,8 0,2 0,2?	?	? 0,02 0,04
	2CH4 +3 02 = 2 CO +4 H2O	[CH4] [O2] [CO] [H2O]	2,4? 3,2 2,3 0,2 0,6 ? 2,5	?	0,015 0,030 ? 0,040
	H2S + 3 SO3 = 4 SO2 + H2O	[H2S] [SO3] [SO2] [H2O]	2,5 1,5 4,5 2,0 ? 2,1 0,2?	?	0,05 ? 0,03 0,04

 

.Задание 2. Уточните формулировку, и математическое выражение закона действия масс для истинной скорости химической реакции в данный момент времени. Концентрации каких веществ входят в его выражение? Какой параметр маскирует зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ?

Для представленных в таблице 5 прямых реакций составьте кинетические уравнения на основании закона действия масс, сделайте необходимые расчеты и заполните пропуски в соответствии со своим шифром.

.

Таблица 5

№ п/п.	Уравнение процесса	Кинетичес- кое уравнение	Конс- танта скоро-сти,k	Концентра-ици, моль/л	Истинная скорость реакции, моль/л.с
При-мер	2 CO + O2 = 2 CO2	V= k [CO]^2[O2]	2.10^3	[CO]=10^-2; [O2]=0,2	V=2.10^3(10 ^-2)^2 ´0,2= 0,04
	N2O5 = 2NO2 +O	?	?	[N2O5]= 0.01	V = 2.10^­-6
	CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O	?	2.10^4	[CH4]=0.5 [ O2] =?	V = 0,1
	CuO + H2 = Cu +H2O	?	10^–1	[H2 = 0.20	V=?
	2HI = H2­ + I2­	?	10^–1	[HI] =?	V = 4.10^-5
	N2+3H2=2NH3	?	?	[H2] = 0.01 [NH3]= 0.01	V = 3.10^-6
	Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2	?	2.10^3	[CO] = 0,1	V =?
	2SO2 + O2 = =2SO3	?	10^–1	[SO2]=0.1 [O2] = 0.5	V =?
	3 CH4 +2 N2 +3 O2 =4 NH3 +3 CO2	?	3.10^2	[CH4] =? [N2] =0,2; [O2] = 0,8	V = 6,144
	2Mg + O2 = 2MgO	?	?	[O2]= 0.05	V = 2.10^-4

№	Температурный коэффициент Вант-Гоффа, g	Температура, °С началь- конеч- ная, t1 ная, t2	Скорость реакции, моль/л, при температуре начальной V(t1) конечной V(t2)
При-мер		20° 50°	0,5 0,125
		? 40°	1,2 19,2
	2,2	10° 40°	1,5?
	?	15° 35°	0,8 7,2
	4,0	–8° –18°	? 0,15
	1,9	22°?	2,0 13,718
	2,1	65° 25°	48,62?

Задание 3. Используя правило Вант – Гоффа и данные, приведенные в таблице 6, заполните остальные графы таблицы в соответствии со своим шифром. Уравнение реакции не приводится, поскольку оно вам не надо.

 

Таблица 6

 

 

 

Задание 4. Для задания по своему шифру укажите в таблице 7 направление смещения равновесия при указанных изменениях внешних условий. Продумайте обоснование своего решения.

 

№ п/п	Уравнение процесса и его тепло- вой эффект Q	t°C	Pатм	[NH3]	Направление смещения равновесия
При мер	NH3 + HCl Û NH4Cl – Q (Дж)	Ý	–	–	Вправо
		–	ß	–	Влево
		–	–	Ý	Вправо
	N2 + 3 H2 Û 2NH3 + Q	Ý	–	–	?
		–	ß	–	?
		–	–	ß	?
	4 NH3 + 4 O2 Û NO2 + 6 H2O + Q	ß	–	–	?
		–	Ý	–	?
		–	–	Ý	?
	3CH4 + 2N2 + 3 O2Û 4NH3 + 3CO2– Q	ß	–	–	?
		–	Ý	–	?
		–	–	ß	?

Таблица 7

Задание 5. Проанализируйте и решите еще раз задачу из вашей предсессионной контрольной работы, относящуюся к вашему варианту в интервале задач под номерами 51- 60.

 

Лабораторные работы

 

Лабораторная работа № 3