Лабораторный опыт № 7, страница 21 - гдз по химии 7 класс тетрадь для лабораторных и практических работ Габриелян, Аксенова

Разделение смеси серы и речного песка. Лабораторные опыты - страница 21.

Условие.

Лабораторный опыт № 7. Разделение смеси серы и речного песка

Цель: закрепление понятий «чистые вещества» и «смеси», способов разделения неоднородных смесей, экспериментальное установление сохранения свойств веществ в смеси.

Оборудование и реактивы: пробирки, химический стакан, лист бумаги, стеклянная палочка, шпатель, фильтровальная бумага, порошок серы, речной песок, вода.

Задание: Исследовать физические свойства серы и речного песка, составить неоднородную смесь из этих компонентов и исследовать её свойства, разделив эту неоднородную смесь.

Инструкция

1. Исследуйте физические свойства серы и речного песка:

а) На лист бумаги насыпьте шпателем небольшое количество речного песка и серы на некотором расстоянии друг от друга. Обратите внимание на цвет этих веществ.

б) Поместите немного порошка серы в стакан с водой и размешайте стеклянной палочкой. Что наблюдаете?

в) Повторите то же с речным песком. Что наблюдаете? Заполните таблицу.

Признак

Сера

Речной песок

Цвет

Растворимость в воде

Плотность

Смачиваемость

2. Составьте неоднородную смесь: на листе бумаги смешайте шпателем речной песок и серу. Обратите внимание на цвет и неоднородность смеси.

3. Разделите приготовленную смесь:

а) Смесь из речного песка и серы поместите в стакан с водой и размешайте стеклянной палочкой. Что наблюдаете?

б) Соберите шпателем серу с поверхности воды.

в) Отделите речной песок от воды с помощью фильтрования через бумажный фильтр.

4. Сделайте рисунки с пояснениями, отражающие этапы работы.

5. Ответьте на вопросы.

♦ Какие способы разделения неоднородных смесей вы использовали в своей работе?

♦ Сохраняют ли свои свойства песок и сера в смеси?

На каких свойствах песка и серы основано разделение их смеси?

4. Подчеркните верный ответ в утверждениях:

а) чистые вещества в смеси (не сохраняют/сохраняют) свои свойства;

б) смеси (можно/нельзя) разделить на составные вещества с помощью физических методов.

Дополнительные задания

1. Что такое декантация, на каком этапе данного опыта можно её использовать?

2. Установите последовательность проведения операций для разделения смеси речного песка, порошка серы и соли, выбрав операции из списка: 1) выпаривание; 2) растворение; 3) фильтрование; 4) отстаивание; 5) флотирование.

Решение.

Решение 2.

1. Исследуйте физические свойства серы и речного песка:

Заполненная таблица на основе физических свойств веществ:

Признак	Сера	Речной песок
Цвет	Желтый порошок	Серовато-желтый порошок из мелких кристалликов
Растворимость в воде	Нерастворима	Нерастворим
Плотность	Плотность больше плотности воды ($ρ_{серы} ≈ 2,07 г/см^3$), но из-за плохой смачиваемости может плавать на поверхности.	Плотность больше плотности воды ($ρ_{песка} ≈ 2,65 г/см^3$), тонет в воде.
Смачиваемость	Не смачивается водой.	Смачивается водой.

При добавлении серы в воду она, будучи несмачиваемой, остается плавать на поверхности воды. При добавлении речного песка в воду он, как хорошо смачиваемое вещество с плотностью большей, чем у воды, опускается на дно.

Ответ: Свойства веществ представлены в таблице. Сера нерастворима, не смачивается водой и плавает на ее поверхности. Речной песок нерастворим, смачивается водой и тонет в ней.

2. Составьте неоднородную смесь:

При смешивании на листе бумаги желтого порошка серы и серовато-желтого речного песка образуется неоднородная (гетерогенная) смесь. В этой смеси визуально различимы частицы обоих компонентов: желтые частицы серы и более темные кристаллики песка. Цвет смеси - пятнистый, желто-серый.

Ответ: Образуется неоднородная смесь желто-серого цвета, в которой видны отдельные частицы серы и песка.

3. Разделите приготовленную смесь:

а) При помещении смеси в стакан с водой и перемешивании наблюдается следующее: частицы песка, как более плотные и хорошо смачиваемые, опускаются на дно стакана. Частицы серы, не смачиваемые водой, остаются плавать на ее поверхности.

б) Плавающую на поверхности серу можно аккуратно собрать шпателем.

в) Для отделения песка от воды используется метод фильтрования. Смесь воды и песка выливают на бумажный фильтр, установленный в воронке. Вода проходит через фильтр (фильтрат), а песок остается на фильтре.

Ответ: Разделение смеси происходит в три этапа: добавление воды для разделения компонентов по смачиваемости и плотности (флотация серы), сбор серы с поверхности и фильтрование для отделения песка от воды.

4. Сделайте рисунки с пояснениями, отражающие этапы работы.

Пояснения к рисункам, отражающим этапы разделения смеси:

Рисунок 1: Флотация. Изображен химический стакан с водой. В него высыпана смесь серы и песка. Частицы песка (обозначены как $SiO_2$) находятся на дне стакана. Частицы серы (обозначены как S) плавают на поверхности воды. Этот процесс основан на различии в смачиваемости веществ.

Рисунок 2: Фильтрование. Изображена установка для фильтрования. Воронка с бумажным фильтром вставлена в горлышко колбы (или другого химического стакана). В воронку выливается суспензия песка в воде (после удаления серы). Частицы песка задерживаются на фильтре, а чистая вода (фильтрат) стекает в колбу.

Рисунок 3: Результаты разделения. Изображены три отдельных сосуда: в одном - собранный порошок серы, на фильтровальной бумаге - влажный песок, в колбе - чистая вода.

Ответ: Этапы работы включают флотацию (песок тонет, сера всплывает), сбор серы с поверхности и фильтрование (отделение песка от воды).

5. Ответьте на вопросы.

♦ Какие способы разделения неоднородных смесей вы использовали в своей работе?
В данной работе для разделения неоднородной смеси серы и речного песка были использованы следующие методы: флотация (основанная на различной смачиваемости компонентов), отстаивание (песок оседает на дно) и фильтрование (отделение нерастворимого твердого вещества от жидкости).

Ответ: Флотация, отстаивание, фильтрование.

♦ Сохраняют ли свои свойства песок и сера в смеси?
Да, песок и сера в смеси полностью сохраняют свои индивидуальные физические и химические свойства. Песок остается нерастворимым, смачиваемым и плотным. Сера остается нерастворимой, несмачиваемой и желтой. Именно благодаря сохранению этих свойств возможно их разделение физическими методами.

Ответ: Да, сохраняют.

♦ На каких свойствах песка и серы основано разделение их смеси?
Разделение смеси основано на следующих различиях в физических свойствах компонентов:
1. Разная смачиваемость водой: сера не смачивается водой, а песок смачивается. Это ключевое свойство для метода флотации.
2. Разная плотность: песок ($ρ_{песка} ≈ 2,65 г/см^3$) плотнее серы ($ρ_{серы} ≈ 2,07 г/см^3$) и воды ($ρ_{воды} = 1 г/см^3$). Это приводит к тому, что песок тонет, а несмачиваемая сера плавает.
3. Нерастворимость в воде: оба компонента нерастворимы в воде, что позволяет использовать воду как разделяющую среду, не изменяя химический состав веществ.

Ответ: На различной смачиваемости водой, различной плотности и нерастворимости обоих компонентов в воде.

6. Подчеркните верный ответ в утверждениях:

а) чистые вещества в смеси сохраняют свои свойства;

б) смеси можно разделить на составные вещества с помощью физических методов.

Ответ: а) сохраняют; б) можно.

Дополнительные задания

1. Предложите последовательность действий, необходимых для очистки кристаллического сахара от морского песка: выпаривание, растворение, фильтрование.

Для разделения смеси сахара и песка необходимо использовать различие в их растворимости в воде. Сахар растворим, а песок — нет.

Последовательность действий будет следующей:
1. Растворение: Смесь сахара и песка высыпать в стакан с водой и перемешать. Сахар растворится, а песок осядет на дно.
2. Фильтрование: Полученную смесь отфильтровать. Песок останется на фильтре, а раствор сахара (фильтрат) пройдет через него.
3. Выпаривание: Из фильтрата (раствора сахара) выпарить воду, например, при осторожном нагревании. Вода испарится, а на дне останутся кристаллы чистого сахара.

Ответ: растворение → фильтрование → выпаривание.

2. Предложите способы разделения смеси веществ (сделайте рисунки и подпишите их):

а) уголь и железные стружки;
Смесь можно разделить, используя магнитные свойства железа. Железо притягивается магнитом, а уголь — нет.
Способ разделения: Магнитная сепарация.
Процесс: К смеси подносят магнит (можно обернуть его бумагой или полиэтиленом для удобства сбора стружек). Железные стружки притягиваются к магниту, а уголь остается на месте. Таким образом, компоненты разделяются.
(Описание рисунка: На листе бумаги находится смесь черного порошка угля и серых железных стружек. Сверху к смеси подносят подковообразный магнит, к которому прилипли железные стружки).

Ответ: Метод магнитной сепарации, основанный на способности магнита притягивать железо.

б) мел и вода;
Мел (карбонат кальция, $CaCO_3$) практически нерастворим в воде и образует с ней суспензию (неоднородную смесь).
Способ разделения: Отстаивание с последующей декантацией или фильтрование.
1. Отстаивание и декантация: Дать смеси постоять, чтобы частицы мела осели на дно. Затем аккуратно слить (декантировать) верхний слой осветленной воды.
2. Фильтрование: Пропустить суспензию через бумажный фильтр. Мел останется на фильтре, а вода пройдет через него. Этот метод более эффективен для полного разделения.
(Описание рисунка: Установка для фильтрования: воронка с фильтром, в которую налита мутная взвесь мела в воде. Из воронки в стакан капает прозрачная вода, а на фильтре остается белый осадок мела).

Ответ: Отстаивание и декантация или фильтрование.

в) речной песок и поваренная соль.
Разделение основано на различной растворимости компонентов в воде: поваренная соль ($NaCl$) растворима, а речной песок ($SiO_2$) — нет.
Способ разделения: Растворение, фильтрование и выпаривание.
Процесс:
1. Растворение: Добавить к смеси воду и перемешать до полного растворения соли.
2. Фильтрование: Отфильтровать смесь. Песок останется на фильтре.
3. Выпаривание: Раствор соли (фильтрат) нагреть в выпарительной чашке до полного испарения воды. На дне чашки останутся кристаллы соли.
(Описание рисунка: Серия из трех рисунков. 1: В стакан со смесью песка и соли наливают воду. 2: Установка для фильтрования отделяет песок. 3: Выпарительная чашка с раствором соли нагревается на спиртовке, из нее испаряется вода).

Ответ: Последовательность методов: растворение в воде, фильтрование, выпаривание.

1. Что такое декантация, на каком этапе данного опыта можно её использовать?

Декантация — это процесс сливания жидкости с отстоявшегося осадка. Этот метод используется для грубого разделения жидкой и твердой фаз, когда твердое вещество имеет значительно большую плотность и быстро оседает.
В данном опыте (разделение смеси серы и песка) декантацию можно было бы применить после того, как песок осел на дно стакана с водой (этап 3а). Можно было бы аккуратно слить воду вместе с плавающей на поверхности серой, оставив песок на дне. Однако, поскольку сера плавает, удобнее сначала собрать серу, а затем отделять песок от воды. Также декантацию можно применить для сливания основной массы воды с песка перед фильтрованием, чтобы ускорить процесс.

Ответ: Декантация - это сливание жидкости с осадка. Ее можно было использовать для отделения воды (с плавающей серой) от осевшего песка.

2. Установите последовательность проведения операций для разделения смеси речного песка, порошка серы и соли, выбрав операции из списка: 1) выпаривание; 2) растворение; 3) фильтрование; 4) отстаивание; 5) флотирование.

Для разделения данной трехкомпонентной смеси нужно использовать различия в их свойствах: соль растворима в воде, а сера и песок — нет; сера не смачивается водой и всплывает, а песок смачивается и тонет.
Правильная последовательность операций:
1. Растворение (2): Смесь заливают водой. Соль растворяется, а песок и сера образуют суспензию.
2. Флотирование (5): Смесь перемешивают. Несмачиваемая сера всплывает на поверхность, откуда ее можно собрать. Песок оседает на дно.
3. Фильтрование (3): Оставшуюся смесь (песок и раствор соли) фильтруют. Песок остается на фильтре.
4. Выпаривание (1): Из фильтрата (раствора соли) выпаривают воду для получения кристаллической соли.
Операция "отстаивание" (4) может быть использована перед фильтрованием для оседания песка, но она не является обязательным отдельным шагом в основной логической цепочке разделения.

Ответ: Правильная последовательность: 2 → 5 → 3 → 1 (растворение → флотирование → фильтрование → выпаривание).