Страница 15 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Домашний эксперимент.

«ПОМОЩНИК»

Приготовьте три одинаковых стакана.

В один налейте холодную водопроводную воду и поставьте на 30 мин в холодильник.

Вынув стакан с водой из холодильника, налейте в два других холодную и тёплую водопроводную воду.

С помощью часов отмечайте время появления пузырьков на стенках стаканов.

Сделайте выводы из эксперимента.

Этот домашний эксперимент наглядно показывает, как температура воды влияет на растворимость в ней газов, например, воздуха.

Процесс и наблюдения

В эксперименте сравнивается поведение воды в трёх разных температурных условиях:

• Стакан 1: Очень холодная вода (из холодильника), которая будет нагреваться до комнатной температуры.
• Стакан 2: Холодная водопроводная вода, которая также будет немного нагреваться.
• Стакан 3: Тёплая водопроводная вода, которая будет остывать до комнатной температуры.

В водопроводной воде всегда растворены газы из атмосферы (в основном кислород и азот). Ключевой физический закон, который объясняет происходящее, гласит: растворимость газов в жидкостях уменьшается при повышении температуры и увеличивается при её понижении.

Исходя из этого, можно предсказать следующие результаты:

В стаканах 1 и 2 (с очень холодной и холодной водой):

По мере того как вода в этих стаканах будет нагреваться до комнатной температуры, растворимость содержащихся в ней газов будет падать. "Избыточный" газ, который больше не может удерживаться в растворе, начнёт выделяться, образуя пузырьки. Эти пузырьки будут "прилипать" к микроскопическим неровностям на внутренней поверхности стакана. В стакане из холодильника (№1) этот процесс будет наиболее заметным и быстрым, так как разница температур и, соответственно, изменение растворимости будут максимальными.

В стакане 3 (с тёплой водой):

Эта вода будет остывать. При понижении температуры её способность растворять газы, наоборот, увеличивается. Поэтому никакого выделения газов происходить не будет, и пузырьки на стенках стакана не появятся.

Сделайте выводы из эксперимента.

Проведенный эксперимент позволяет сделать однозначный вывод о связи между температурой воды и растворимостью в ней газов. Наблюдая за появлением пузырьков в стаканах с холодной водой и их отсутствием в стакане с тёплой, мы подтверждаем, что при нагревании воды растворимость газов в ней падает, и они выделяются из раствора. При остывании воды её способность растворять газы, наоборот, растёт.

Ответ:

Вывод из эксперимента заключается в том, что растворимость газов в воде обратно пропорциональна её температуре. При нагревании воды (как в стаканах с холодной водой, оставленных при комнатной температуре) растворимость воздуха в ней снижается, и он выделяется в виде пузырьков. При остывании воды (как в стакане с тёплой водой) её способность растворять газы увеличивается, поэтому пузырьки не образуются.

Чем чистые вещества отличаются от смесей веществ?

Чистые вещества и смеси веществ — это две фундаментальные классификации материи, которые различаются по нескольким ключевым признакам.

Состав

Чистое вещество имеет постоянный состав. Оно состоит из частиц только одного вида: либо атомов одного химического элемента (например, железо $Fe$, кислород $O_2$), либо молекул одного химического соединения (например, вода $H_2O$, углекислый газ $CO_2$). Состав чистого вещества можно выразить одной химической формулой.

Смесь состоит из двух или более чистых веществ (компонентов), которые не связаны между собой химическими связями. Состав смеси непостоянен, то есть соотношение компонентов в ней может быть разным. Например, воздух — это смесь газов (азота, кислорода и др.), а чай с сахаром — смесь воды, сахара и веществ из чайных листьев, причем количество сахара можно менять.

Свойства

Чистое вещество обладает строго определенными, постоянными физическими и химическими свойствами (при заданных условиях). К таким свойствам относятся температура плавления, температура кипения, плотность, цвет, вкус, запах. Например, чистая вода при нормальном атмосферном давлении всегда замерзает при $0^{\circ}C$ и кипит при $100^{\circ}C$.

Смесь не имеет постоянных свойств; они зависят от состава и соотношения компонентов. Например, температура кипения раствора соли в воде будет выше $100^{\circ}C$, а температура замерзания — ниже $0^{\circ}C$, и эти значения будут меняться в зависимости от концентрации соли. Смесь в значительной степени сохраняет индивидуальные свойства своих компонентов.

Разделение на компоненты

Чистое вещество (если это химическое соединение) невозможно разделить на составляющие его элементы с помощью физических методов. Для этого требуются химические реакции. Например, разложить воду $H_2O$ на водород и кислород можно только путем электролиза.

Смесь можно разделить на исходные компоненты физическими методами, основанными на различии в их физических свойствах. К таким методам относятся фильтрование, отстаивание, дистилляция (перегонка), выпаривание, хроматография, действие магнитом. Например, смесь речного песка и воды легко разделить фильтрованием.

Энергетические изменения при образовании

Образование чистого вещества (химического соединения) в результате химической реакции почти всегда сопровождается заметным энергетическим эффектом — выделением или поглощением тепла или света.

Процесс смешивания веществ обычно не сопровождается значительными энергетическими изменениями.

Ответ: Чистые вещества отличаются от смесей тем, что имеют постоянный состав и постоянные физические свойства (например, температуру кипения и плавления). Смеси же имеют переменный состав, и их свойства зависят от соотношения компонентов. Кроме того, компоненты смеси можно разделить физическими методами, в то время как для разделения чистого химического соединения на элементы необходимы химические реакции.

Какие бывают смеси веществ? Приведите примеры.

Смесь — это система, состоящая из двух или более веществ (компонентов), которые смешаны физически, но не соединены химически. В смесях компоненты сохраняют свои индивидуальные свойства. Смеси можно разделить на составляющие их вещества с помощью физических методов (например, фильтрования, выпаривания, дистилляции, отстаивания).

По внешнему виду и равномерности распределения компонентов смеси делятся на два основных типа: гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

Гомогенные (однородные) смеси

Это смеси, в которых компоненты распределены равномерно на молекулярном или ионном уровне, и их частицы невозможно различить даже с помощью микроскопа. Такие смеси представляют собой единую фазу. Они, как правило, прозрачны (если не окрашены) и устойчивы, то есть не расслаиваются со временем. Гомогенные смеси также называют истинными растворами.

Примерами гомогенных смесей являются: газообразные, такие как воздух (смесь азота, кислорода, аргона и других газов); жидкие, такие как раствор сахара или соли в воде, уксус, морская вода; и твердые, например, сплавы металлов (латунь, бронза, сталь).

Ответ: Гомогенные (однородные) смеси — это смеси с равномерным распределением компонентов, которые нельзя различить визуально. Примеры: воздух, раствор сахара в воде, сплавы металлов (латунь, сталь).

Неоднородные (гетерогенные) смеси

Это смеси, в которых компоненты распределены неравномерно, и их частицы или области с разными свойствами можно увидеть невооруженным глазом или под микроскопом. Такие смеси состоят из двух или более фаз. Они часто бывают мутными и со временем могут расслаиваться под действием силы тяжести.

Неоднородные смеси бывают нескольких видов. Взвеси (суспензии) — это смеси твердого вещества в жидкости, например, песок в воде или ил в речной воде. Эмульсии — это смеси двух несмешивающихся жидкостей, например, молоко (жир в воде) или майонез. Пены — это газ, распределенный в жидкости или твердом теле, например, мыльная пена или пенопласт. Аэрозоли — это мелкие частицы жидкости или твердого вещества в газе, например, туман (вода в воздухе) или дым (сажа в воздухе). Также к неоднородным смесям относят простые смеси твердых веществ, как, например, гранит или смесь песка с сахаром.

Ответ: Неоднородные (гетерогенные) смеси — это смеси с неравномерным распределением компонентов, которые можно различить визуально. Примеры: суспензии (песок в воде), эмульсии (молоко, масло с водой), аэрозоли (дым, туман), смеси твердых веществ (гранит).

На чём основано выделение из смеси её компонентов?

Выделение компонентов из смеси, или разделение смеси, основано на различиях в физических свойствах составляющих её веществ. Поскольку в смеси вещества сохраняют свои индивидуальные свойства (не вступают в химическую реакцию друг с другом), можно подобрать такой метод, который по-разному воздействует на компоненты, позволяя их разделить.

Ключевым принципом является использование уникальных характеристик каждого компонента. Рассмотрим основные свойства и соответствующие им методы разделения:

Различие в плотности. Этот принцип используется в методе отстаивания. Более плотные вещества оседают на дно, а менее плотные всплывают наверх. Так можно разделить, например, смесь воды и песка (неоднородная смесь твердого вещества и жидкости) или воды и растительного масла (неоднородная смесь несмешивающихся жидкостей). Для ускорения процесса разделения, особенно мелкодисперсных систем, применяют центрифугирование, которое усиливает действие гравитации за счет центробежной силы.

Различие в размерах частиц и агрегатном состоянии. На этом основан метод фильтрования. С его помощью разделяют неоднородные смеси, состоящие из жидкости и нерастворимого в ней твёрдого вещества (например, вода и мел) или газа и взвешенных в нём твёрдых частиц. Фильтр имеет поры, которые пропускают одни частицы (молекулы жидкости, газа) и задерживают другие (более крупные частицы твёрдого вещества).

Различие в температурах кипения. Этот принцип лежит в основе дистилляции (перегонки). Метод применяется для разделения однородных смесей, состоящих из жидкостей, растворенных друг в друге (например, спирт и вода). При нагревании сначала испаряется компонент с более низкой температурой кипения, его пары затем охлаждают и конденсируют, собирая в отдельный приёмник. На этом же свойстве основано выпаривание и кристаллизация, когда из раствора удаляют летучий растворитель (например, воду) для выделения растворенного нелетучего вещества (например, соли).

Различие в растворимости. Если один из компонентов смеси растворим в определённом растворителе, а другой нет, их можно разделить. Например, смесь поваренной соли и речного песка можно залить водой: соль растворится, а песок нет. Затем песок отделяют фильтрованием, а соль выделяют из раствора выпариванием воды.

Различие в магнитных свойствах. Если один из компонентов смеси обладает способностью притягиваться к магниту (является ферромагнетиком), его можно отделить от остальных с помощью действия магнитом. Классический пример — разделение смеси железных опилок и порошка серы.

Различие в способности к адсорбции. На этом свойстве основана хроматография. Вещества смеси по-разному поглощаются поверхностью другого вещества (адсорбента) или движутся через него с разной скоростью, что позволяет разделить даже очень сложные многокомпонентные смеси (например, компоненты красителей или чернил).

Таким образом, выбор метода разделения смеси диктуется типом смеси (однородная или неоднородная), агрегатным состоянием компонентов и, самое главное, различиями в их физических свойствах.

Ответ: Выделение компонентов из смеси основано на различии их физических (а иногда и химических) свойств, таких как плотность, температура кипения, растворимость, размер частиц, магнитные свойства и способность к адсорбции (поглощению).