Страница 19 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Выберите схемы, изображающие состав чистых веществ.

Для ответа на вопрос необходимо определить, какие из представленных схем соответствуют определению чистого вещества. Чистое вещество состоит из частиц только одного вида (одинаковых атомов или одинаковых молекул). Если в системе присутствуют частицы разного вида, то это смесь веществ.

1) На этой схеме изображены только одинаковые частицы. Каждая частица представляет собой молекулу, состоящую из двух одинаковых атомов. Поскольку все молекулы в системе идентичны, данная схема изображает чистое вещество.
Ответ: чистое вещество.

2) На этой схеме можно наблюдать частицы двух различных типов: двухатомные молекулы и трехатомные молекулы. Наличие в системе разных видов молекул означает, что это смесь двух чистых веществ.
Ответ: смесь веществ.

3) На этой схеме, так же как и на первой, все представленные частицы одинаковы. Каждая частица является молекулой, состоящей из трех одинаковых атомов. Так как все молекулы в системе идентичны, эта схема изображает чистое вещество.
Ответ: чистое вещество.

Таким образом, схемы, изображающие состав чистых веществ, находятся под номерами 1 и 3.

Ответ: 1, 3.

2. Фильтрованием можно разделить смесь

1) воды и сахара

2) воды и поваренной соли

3) воды и угольной пыли

4) воды и столового уксуса

Решение

Фильтрование — это метод разделения, который применяется для гетерогенных (неоднородных) смесей, состоящих из жидкости и нерастворимого в ней твердого вещества. Суть метода в том, что смесь пропускают через фильтр (пористый материал), который задерживает твердые частицы, а жидкость пропускает. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) воды и сахара
Сахар полностью растворяется в воде, образуя гомогенную (однородную) смесь, или истинный раствор. Частицы сахара (молекулы) настолько малы, что свободно проходят через поры фильтра вместе с молекулами воды. Для разделения такой смеси используют выпаривание или кристаллизацию.
Ответ: данную смесь разделить фильтрованием нельзя.

2) воды и поваренной соли
Поваренная соль (хлорид натрия) также является хорошо растворимым в воде веществом. При растворении она образует однородный раствор, диссоциируя на ионы $Na^{+}$ и $Cl^{-}$. Эти ионы слишком малы и не могут быть задержаны фильтром. Для разделения этой смеси применяют выпаривание.
Ответ: данную смесь разделить фильтрованием нельзя.

3) воды и угольной пыли
Угольная пыль не растворяется в воде. При их смешивании образуется гетерогенная (неоднородная) смесь, называемая суспензией. Частицы угля достаточно велики, чтобы быть задержанными порами фильтра, в то время как вода свободно пройдет через него. Таким образом, фильтрование является подходящим методом для разделения этой смеси.
Ответ: данную смесь можно разделить фильтрованием.

4) воды и столового уксуса
Столовый уксус является водным раствором уксусной кислоты. Вода и уксусная кислота смешиваются друг с другом в любых соотношениях, образуя гомогенную (однородную) смесь. Разделить такую смесь фильтрованием невозможно. Для их разделения можно использовать дистилляцию (перегонку), основанную на разнице температур кипения.
Ответ: данную смесь разделить фильтрованием нельзя.

Ответ: 3

3. Смесь порошков железа и серы является

1) гомогенной

2) гетерогенной

Решение

Чтобы определить, является ли смесь порошков железа и серы гомогенной или гетерогенной, необходимо проанализировать ее состав и свойства.

Гомогенные смеси (или однородные) – это смеси, в которых составляющие их вещества распределены равномерно на молекулярном или ионном уровне. В таких смесях невозможно визуально или с помощью оптических приборов (например, микроскопа) различить отдельные компоненты, так как отсутствуют поверхности раздела между фазами. Примером гомогенной смеси является раствор соли в воде.

Гетерогенные смеси (или неоднородные) – это смеси, состоящие из нескольких фаз, то есть из компонентов, которые не смешиваются на молекулярном уровне и отделены друг от друга видимыми поверхностями раздела. В таких смесях можно различить отдельные частицы или области, из которых они состоят. Примером гетерогенной смеси является смесь песка и воды.

Смесь порошков железа ($Fe$) и серы ($S$) представляет собой механическое смешение двух твердых веществ. Железо – это серый металлический порошок, а сера – желтый неметаллический порошок. При их смешивании каждая частица сохраняет свои индивидуальные свойства. В получившейся смеси можно невооруженным глазом или под лупой увидеть отдельные желтые частицы серы и серые частицы железа. Это указывает на наличие поверхностей раздела между компонентами, что является ключевым признаком гетерогенной системы.

Кроме того, компоненты этой смеси можно разделить физическим способом. Например, если поднести к смеси магнит, он притянет частицы железа, оставив серу. Эта возможность механического разделения подтверждает, что смесь является гетерогенной.

Следовательно, смесь порошков железа и серы является гетерогенной.

Ответ: 2) гетерогенной

4. Установите соответствие между смесью и способом её разделения.

1) раствор поваренной соли в воде

2) раствор мела в воде

3) смесь железа и серы

4) смесь воды и бензина

А. действие магнитом

Б. с помощью делительной воронки

В. выпаривание

Г. фильтрование

Для установления соответствия проанализируем каждую смесь и подберем для нее наиболее подходящий способ разделения из предложенных.

1) раствор поваренной соли в воде

Поваренная соль (хлорид натрия) полностью растворяется в воде, образуя гомогенную (однородную) смесь, или истинный раствор. В такой смеси частицы растворенного вещества равномерно распределены в растворителе на молекулярном уровне. Чтобы выделить твердое растворенное вещество из раствора, необходимо удалить растворитель. Самый простой способ сделать это — выпаривание. При нагревании вода испаряется, а соль, будучи нелетучим веществом, остается на дне сосуда. Этот метод соответствует варианту В.

Ответ: В

2) раствор мела в воде

Мел (карбонат кальция) практически нерастворим в воде. При смешивании с водой он образует гетерогенную (неоднородную) смесь, называемую суспензией или взвесью. Это смесь жидкости и нерастворимого в ней твердого вещества. Для разделения таких смесей применяют метод фильтрования. Смесь пропускают через фильтр (например, фильтровальную бумагу), который задерживает твердые частицы мела, а вода свободно проходит сквозь него. Этот метод соответствует варианту Г.

Ответ: Г

3) смесь железа и серы

Это гетерогенная смесь двух твердых веществ. Ключевое различие в их физических свойствах заключается в том, что железо является ферромагнетиком и притягивается магнитом, а сера — нет. Следовательно, для их разделения можно использовать магнит. При поднесении магнита к смеси железные опилки притянутся к нему, а порошок серы останется. Этот метод соответствует варианту А.

Ответ: А

4) смесь воды и бензина

Вода и бензин — это две жидкости, которые не смешиваются друг с другом (несмешивающиеся жидкости) из-за разной полярности их молекул. Кроме того, у них разная плотность (вода плотнее бензина). В результате они образуют два четко различимых слоя. Такие гетерогенные жидкие смеси разделяют с помощью делительной воронки. Смесь наливают в воронку и дают отстояться. Затем, открыв краник, аккуратно сливают нижний слой (воду), отделяя его от верхнего слоя (бензина). Этот метод соответствует варианту Б.

Ответ: Б

Используя Интернет и другие источники информации, ознакомьтесь с ещё одним способом разделения и анализа смесей — хроматографией.

Хроматография — это физико-химический метод разделения, идентификации и количественного определения компонентов сложных смесей. Принцип метода основан на различном распределении компонентов между двумя фазами: неподвижной (стационарной) и подвижной (мобильной), которая движется относительно неподвижной.

Название метода, предложенного русским ученым-ботаником Михаилом Семеновичем Цветом в 1903 году, происходит от греческих слов chroma — «цвет» и grapho — «пишу». Исторически первым объектом разделения были растительные пигменты (хлорофиллы и каротиноиды), которые в ходе эксперимента образовывали разноцветные зоны на сорбенте.

Принцип разделения

В основе хроматографического разделения лежит различие в физико-химических свойствах компонентов смеси, таких как их размер, полярность, летучесть или сродство к неподвижной фазе. Смесь, растворенная в подвижной фазе (элюенте), пропускается через систему, содержащую неподвижную фазу (сорбент).

Компоненты смеси вступают в обратимые взаимодействия с неподвижной фазой (например, адсорбируются на ее поверхности). Те вещества, которые сильнее взаимодействуют с неподвижной фазой, удерживаются ею и движутся медленнее. Вещества, которые слабее взаимодействуют и/или лучше растворяются в подвижной фазе, перемещаются быстрее. В результате этого различия в скоростях движения компоненты проходят через систему за разное время и выходят из нее по отдельности, что позволяет их разделить и проанализировать.

Классификация методов хроматографии

Существует множество видов хроматографии, которые классифицируют по разным признакам.

1. По агрегатному состоянию подвижной фазы:

• Газовая хроматография (ГХ): подвижной фазой является инертный газ (например, гелий, азот, аргон). Метод применяется для анализа летучих и термически стабильных соединений.
• Жидкостная хроматография (ЖХ): подвижной фазой является жидкость (растворитель или их смесь). Это наиболее универсальный вид хроматографии, позволяющий разделять широкий спектр веществ. Важнейшим ее вариантом является высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), отличающаяся высокой скоростью и эффективностью разделения за счет использования высокого давления для прокачки элюента.

2. По способу проведения разделения (геометрии системы):

• Колоночная хроматография: неподвижная фаза (сорбент) находится в специальной трубке — колонке. Это наиболее распространенный вариант как в ГХ, так и в ЖХ.
• Планарная (плоскостная) хроматография: неподвижная фаза нанесена тонким слоем на плоскую подложку (пластину).
  • Бумажная хроматография: в качестве неподвижной фазы выступает целлюлоза специальной хроматографической бумаги.
  • Тонкослойная хроматография (ТСХ): неподвижная фаза (например, силикагель или оксид алюминия) нанесена на стеклянную, пластиковую или алюминиевую пластинку. Для качественного анализа в планарной хроматографии используют коэффициент подвижности $R_f$ (retention factor), который вычисляется по формуле: $R_f = \frac{l_{component}}{L_{eluent}}$, где $l_{component}$ — расстояние, пройденное пятном компонента от линии старта, а $L_{eluent}$ — расстояние, пройденное фронтом подвижной фазы от линии старта.

Области применения

Благодаря своей высокой эффективности и универсальности хроматография находит применение практически во всех областях науки и промышленности:

• Научные исследования: анализ продуктов химических реакций, выделение и очистка веществ, изучение сложных биологических систем.
• Медицина и фармация: диагностика заболеваний по анализу биологических жидкостей (крови, мочи), контроль качества лекарственных препаратов, разработка новых лекарств.
• Экологический мониторинг: определение пестицидов, промышленных токсикантов и других загрязнителей в воде, воздухе и почве.
• Пищевая промышленность: контроль качества и безопасности продуктов питания, определение содержания витаминов, консервантов, красителей, выявление фальсификатов.
• Криминалистика: анализ вещественных доказательств, идентификация наркотических веществ, ядов, взрывчатых веществ.

Ответ: Хроматография — это мощный физико-химический метод для разделения и анализа сложных смесей. Его принцип основан на различном распределении компонентов смеси между двумя фазами — неподвижной (стационарной) и подвижной. Компоненты, по-разному взаимодействуя с неподвижной фазой, движутся с разной скоростью в потоке подвижной фазы, что и приводит к их разделению. Существуют различные виды хроматографии (газовая, жидкостная, тонкослойная и др.), которые широко применяются в химии, медицине, экологии, пищевой промышленности и криминалистике для качественного и количественного анализа веществ.