Teorijski blok.
Definicija pojma "mješavina" dana je u 17. stoljeću. engleski znanstvenik Robert Boyle: “Mješavina je integralni sustav koji se sastoji od heterogenih komponenti.”
Usporedna svojstva smjese i čiste tvari
|
Znakovi usporedbe |
Čista tvar |
Smjesa |
|
Spoj |
Konstantno |
prevrtljiv |
|
Supstance |
Isti |
Razni |
|
Fizička svojstva |
Trajna |
prevrtljiv |
|
Promjena energije tijekom formiranja |
Događa se |
Ne događa se |
|
Razdvajanje |
Pomoću kemijske reakcije |
Fizikalnim metodama |
Smjese se međusobno razlikuju po izgledu.
Klasifikacija smjesa prikazana je u tablici:
Navedimo primjere suspenzija (riječni pijesak + voda), emulzija (biljno ulje + voda) i otopina (zrak u tikvici, kuhinjska sol + voda, sitni novac: aluminij + bakar ili nikal + bakar).
Metode odvajanja smjesa
U prirodi tvari postoje u obliku smjesa. Za laboratorijska istraživanja, industrijske proizvodnje, za potrebe farmakologije i medicine potrebne su čiste tvari.
Koristi se za pročišćavanje tvari razne načine razdvajanje smjesa
Isparavanje - odvajanje otopljenih tvari u tekućini čvrste tvari način pretvaranja u paru.
Destilacija je destilacija, odvajanje tvari sadržanih u tekućim smjesama prema vrelištima, nakon čega slijedi hlađenje pare.
U prirodi se voda ne pojavljuje u čistom obliku (bez soli). Oceanska, morska, riječna, bunarska i izvorska voda su vrste otopina soli u vodi. No, ljudima je često potrebna čista voda koja ne sadrži soli (koristi se u automobilskim motorima; u kemijskoj proizvodnji za dobivanje raznih otopina i tvari; za izradu fotografija). Takvu vodu nazivamo destiliranom, a način njezina dobivanja destilacijom.
Filtriranje - procjeđivanje tekućina (plinova) kroz filtar kako bi se očistile od čvrstih nečistoća.
Ove se metode temelje na razlikama u fizička svojstva komponente smjese.
Razmotrite metode odvajanja heterogena
i homogene smjese.
|
Primjer smjese |
Metoda odvajanja |
|
Suspenzija - mješavina riječnog pijeska i vode |
Zagovaranje Razdvajanje braneći se na temelju različitih gustoća tvari. Teži pijesak taloži se na dno. Također možete odvojiti emulziju: odvojite ulje ili biljno ulje od vode. U laboratoriju se to može učiniti pomoću lijevka za odjeljivanje. Nafta ili biljno ulje čini gornji, lakši sloj. Uslijed taloženja iz magle pada rosa, iz dima se taloži čađa, a u mlijeku se taloži vrhnje. Odvajanje smjese vode i biljnog ulja taloženjem
|
|
Mješavina pijeska i kuhinjske soli u vodi |
Filtriranje Na čemu se temelji razdvajanje heterogenih smjesa pomoću filtriranje?O različitoj topivosti tvari u vodi i o različitim veličinama čestica. Kroz pore filtera prolaze samo njima usporedive čestice tvari, dok se veće čestice zadržavaju na filteru. Na taj način možete odvojiti heterogenu mješavinu kuhinjske soli i riječnog pijeska. Kao filteri mogu se koristiti različite porozne tvari: vata, ugljen, pečena glina, prešano staklo i drugo. Metoda filtracije osnova je za rad kućanskih aparata, poput usisavača. Koriste ga kirurzi - zavoji od gaze; bušači i radnici na dizalima - maske za disanje. Koristeći cjedilo za čaj za filtriranje listova čaja, Ostap Bender, junak djela Ilfa i Petrova, uspio je uzeti jednu od stolica od Ellochke the Ogress ("Dvanaest stolica"). Odvajanje smjese škroba i vode filtracijom
|
|
Mješavina željeza i sumpora u prahu |
Djelovanje magnetom ili vodom Željezni prah bio je privučen magnetom, ali sumporni prah nije. Sumporni prah koji se ne može močiti ispliva na površinu vode, a teški prah željeza koji se može močiti taloži se na dno. Odvajanje smjese sumpora i željeza pomoću magneta i vode
|
|
Otopina soli u vodi je homogena smjesa |
Isparavanje ili kristalizacija Voda isparava, ostavljajući kristale soli u porculanskoj šalici. Kada voda ispari iz jezera Elton i Baskunchak, stolna sol. Ova metoda odvajanja temelji se na razlici vrelišta otapala i otopljene tvari.Ako se tvar, na primjer šećer, zagrijavanjem raspadne, tada voda nije potpuno isparena - otopina se ispari, a zatim iz zasićena otopina talože se kristali šećera Ponekad je potrebno odstraniti nečistoće iz otapala s nižim vrelištem kao što je voda iz soli. U tom slučaju, pare tvari moraju se skupiti i potom kondenzirati nakon hlađenja. Ovaj način odvajanja homogene smjese naziva se destilacija ili destilacija. U posebnim uređajima – destilatorima dobiva se destilirana voda koja se koristi za potrebe farmakologije, laboratorija, rashladnih sustava automobila. Kod kuće možete napraviti takav destilator: Ako odvojite smjesu alkohola i vode, tada će se alkohol s vrelištem = 78 °C najprije destilirati (sakupiti u prijemnoj epruveti), a voda će ostati u epruveti. Destilacija se koristi za proizvodnju benzina, kerozina i plinskog ulja iz nafte. Razdvajanje homogenih smjesa
|
Posebna metoda za razdvajanje komponenti, koja se temelji na njihovoj različitoj apsorpciji od strane određene tvari, je kromatografija.
Ruski botaničar M. S. Cvet prvi je pomoću kromatografije izolirao klorofil iz zelenih dijelova biljaka. U industriji i laboratorijima umjesto filter papira za kromatografiju koriste se škrob, ugljen, vapnenac i aluminijev oksid. Jesu li uvijek potrebne tvari s istim stupnjem pročišćavanja?
Za različite svrhe potrebne su tvari s različitim stupnjevima pročišćavanja. Vodu za kuhanje treba ostaviti da odstoji dovoljno da se uklone nečistoće i klor koji se koristi za dezinfekciju. Voda za piće mora se prvo prokuhati. A u kemijskim laboratorijima za pripremu otopina i provođenje eksperimenata, u medicini je potrebna destilirana voda, pročišćena što je više moguće od tvari otopljenih u njoj. Osobito čiste tvari, čiji sadržaj nečistoća ne prelazi milijunti dio postotka, koriste se u elektronici, poluvodiču, nuklearnoj tehnologiji i drugim preciznim industrijama.
Metode iskazivanja sastava smjesa.
Maseni udio komponente u smjesi- omjer mase komponente prema masi cjelokupne smjese. Obično se maseni udio izražava u %, ali ne nužno.
Molni udio komponente u smjesi- omjer broja molova (količine tvari) komponente prema ukupnom broju molova svih tvari u smjesi. Na primjer, ako smjesa sadrži tvari A, B i C, tada:
Molarni omjer komponenata. Ponekad problemi za smjesu ukazuju na molarni omjer njenih komponenti. Na primjer:
Volumni udio komponenta u smjesi (samo za plinove)- omjer volumena tvari A prema ukupnom volumenu cjelokupne plinske smjese.
Praktični blok.
Pogledajmo tri primjera problema u kojima smjese metala reagiraju s sol kiselina:
Primjer 1.Kada je smjesa bakra i željeza težine 20 g bila izložena višku klorovodične kiseline, oslobođeno je 5,6 litara plina (br.). Definirati maseni udjeli metala u smjesi.
U prvom primjeru bakar ne reagira s klorovodična kiselina, odnosno vodik se oslobađa kada kiselina reagira sa željezom. Dakle, znajući volumen vodika, možemo odmah pronaći količinu i masu željeza. I, sukladno tome, maseni udjeli tvari u smjesi.
Rješenje primjera 1.
Određivanje količine vodika:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Prema jednadžbi reakcije:
Količina željeza je također 0,25 mol. Možete pronaći njegovu masu:
m Fe = 0,25 56 = 14 g.
Sada možete izračunati masene udjele metala u smjesi:
ω Fe = m Fe / m cijele smjese = 14 / 20 = 0,7 = 70%
Primjer 2.Kada je smjesa aluminija i željeza mase 11 g bila izložena višku klorovodične kiseline, oslobođeno je 8,96 litara plina (n.s.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
U drugom primjeru reakcija je oba metal Ovdje se vodik već oslobađa iz kiseline u obje reakcije. Stoga se ovdje ne može koristiti izravni izračun. U takvim je slučajevima prikladno riješiti pomoću vrlo jednostavnog sustava jednadžbi, uzimajući x kao broj molova jednog od metala, a y kao količinu supstance drugog.
Rješenje primjera 2.
Određivanje količine vodika:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Neka je količina aluminija x mola, a količina željeza x mola. Tada možemo izraziti količinu oslobođenog vodika u smislu x i y:
Mnogo je prikladnije riješiti takve sustave metodom oduzimanja, množenjem prve jednadžbe s 18:
27x + 18y = 7,2
i oduzimanjem prve jednadžbe od druge:
(56 − 18)y = 11 − 7.2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mol (Al)
Zatim nalazimo mase metala i njihove masene udjele u smjesi:
m Al = 0,2 27 = 5,4 g
ω Fe = m Fe / m smjesa = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),
odnosno,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Odgovor: 50,91% željeza, 49,09% aluminija.
Primjer 3.16 g smjese cinka, aluminija i bakra tretirano je suviškom otopine klorovodične kiseline. U ovom slučaju oslobođeno je 5,6 litara plina (n.s.), a 5 g tvari nije se otopilo. Odredite masene udjele metala u smjesi.
U trećem primjeru dva metala reagiraju, ali treći metal (bakar) ne reagira. Dakle, ostatak od 5 g je masa bakra. Količine preostala dva metala - cinka i aluminija (imajte na umu da im je ukupna masa 16 − 5 = 11 g) mogu se pronaći pomoću sustava jednadžbi, kao u primjeru br. 2.
Odgovor na primjer 3: 56,25% cinka, 12,5% aluminija, 31,25% bakra.
Primjer 4.Mješavina željeza, aluminija i bakra obrađena je s viškom hladne koncentrirane sumporne kiseline. U ovom slučaju dio smjese se otopio, te je oslobođeno 5,6 litara plina (n.s.). Preostala smjesa je obrađena sa suviškom otopine natrijevog hidroksida. Oslobođeno je 3,36 litara plina i ostalo je 3 g neotopljenog ostatka. Odredite masu i sastav početne smjese metala.
U ovom primjeru to moramo zapamtiti hladno koncentriran sumporne kiseline ne reagira sa željezom i aluminijem (pasivacija), ali reagira s bakrom. Pritom se oslobađa sumporov (IV) oksid.
S alkalijom reagira samo aluminij- amfoteran metal (osim aluminija, u lužinama se otapaju i cink i kositar, a berilij se može otopiti i u vrućoj koncentriranoj lužini).
Rješenje primjera 4.
Samo bakar reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom, broj molova plina je:
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
0,25
0,25
Cu+
2H2SO4 (konc.) = CuSO4+
SO2 + 2H20
(ne zaboravite da se takve reakcije moraju izjednačiti pomoću elektronske vage)
Budući da je molarni omjer bakra i sumporovog dioksida 1:1, tada je i bakra 0,25 mol. Možete pronaći masu bakra:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.
Aluminij reagira s otopinom lužine, što rezultira stvaranjem hidrokso kompleksa aluminija i vodika:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H 2
Al 0 − 3e = Al 3+
2
2H + + 2e = H 2
3
Broj molova vodika:
n H2 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol,
molarni omjer aluminija i vodika je 2:3 i, prema tome,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Težina aluminija:
m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 g
Ostatak je željezo, mase 3 g. Možete pronaći masu smjese:
m smjesa = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.
Maseni udjeli metala:
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ω Fe = 13,83%
Odgovor: 73,73% bakra, 12,44% aluminija, 13,83% željeza.
Primjer 5.21,1 g mješavine cinka i aluminija otopljeno je u 565 ml otopine dušične kiseline koja sadrži 20 mas. %HNO 3 i ima gustoću od 1,115 g/ml. Volumen oslobođenog plina, koji je jednostavna tvar a jedini produkt redukcije dušične kiseline, iznosio je 2,912 l (n.s.). Odredite sastav dobivene otopine u masenim postocima. (RHTU)
Tekst ovog problema jasno ukazuje na produkt redukcije dušika - “jednostavnu tvar”. Budući da dušična kiselina s metalima ne proizvodi vodik, to je dušik. Oba metala otopljena u kiselini.
Problem ne postavlja sastav početne smjese metala, već sastav dobivene otopine nakon reakcija. To otežava zadatak.
Rješenje primjera 5.
Odredite količinu plinovite tvari:
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.
Odredite masu otopine dušične kiseline, masu i količinu otopljene HNO3:
m HNO3 = ω m otopina = 0,2 630,3 = 126,06 g
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 mol
Imajte na umu da budući da su se metali potpuno otopili, to znači - kiseline je svakako bilo dovoljno(ovi metali ne reagiraju s vodom). Sukladno tome, bit će potrebno provjeriti Ima li previše kiseline?, te koliko toga ostaje nakon reakcije u dobivenoj otopini.
Sastavljamo jednadžbe reakcije ( ne zaboravite na svoju elektroničku vagu) i, radi lakšeg izračuna, uzimamo da je 5x količina cinka, a 10y da je količina aluminija. Tada će, u skladu s koeficijentima u jednadžbama, dušik u prvoj reakciji biti x mol, au drugoj - 3y mol:
|
5x |
x | ||
|
5Zn |
+ 12HNO3 = 5Zn(NO3)2+ |
N 2 |
+6H2O |
|
Zn 0 − 2e = Zn 2+ |
|
5 |
|
2N +5 + 10e = N 2 |
1 |
|
10 god |
3g | ||
|
10Al |
+ 36HNO3 = 10Al(NO3)3+ |
3N 2 |
+ 18H20 |
Zgodno je riješiti ovaj sustav množenjem prve jednadžbe s 90 i oduzimanjem prve jednadžbe od druge.
x = 0,04, što znači n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, što znači n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Provjerimo masu smjese:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Sada prijeđimo na sastav rješenja. Bit će zgodno ponovno prepisati reakcije i iznad reakcija napisati količine svih izreagiranih i nastalih tvari (osim vode):
|
0,2 |
0,48 |
0,2 |
0,03 | |
|
5Zn |
+ 12HNO3 = |
5Zn(NO 3) 2 |
+N2+ |
6H2O |
|
0,3 |
1,08 |
0,3 |
0,09 | |
|
10Al |
+ 36HNO3 = |
10Al(NO 3) 3 |
+3N2+ |
18H2O |
Sljedeće pitanje je: je li u otopini ostalo dušične kiseline i koliko je ostalo?
Prema jednadžbama reakcija, količina kiseline koja je reagirala:
n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mol,
oni. kiselina je bila u višku i možete izračunati njen ostatak u otopini:
n HNO3 ostalo. = 2 − 1,56 = 0,44 mol.
Dakle, u konačno rješenje sadrži:
m Zn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 g
aluminijev nitrat u količini od 0,3 mol:
m Al(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 g
višak dušične kiseline u količini od 0,44 mol:
m HNO3 ostatak. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
Kolika je masa konačne otopine?
Podsjetimo se da se masa konačne otopine sastoji od onih komponenti koje smo pomiješali (otopine i tvari) minus oni produkti reakcije koji su izašli iz otopine (talozi i plinovi):
m novo otopina = masa otopine kiseline + masa metalne legure - masa dušika
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
m novo otopina = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
Sada možete izračunati masene udjele tvari u dobivenoj otopini:
Zatim za naš zadatak:
ωAl(NO 3) 3 = m volumen / m otopine = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 ostatak. = m vode / m otopine = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Odgovor: 5,83% cinkov nitrat, 9,86% aluminijev nitrat, 4,28% dušična kiselina.
Primjer 6.Kada se 17,4 g smjese bakra, željeza i aluminija tretira s viškom koncentrirane dušične kiseline, oslobađa se 4,48 litara plina (n.o.), a kada se ova smjesa izloži istoj masi suviška klorovodične kiseline, 8,96 litara ispušteni su plinovi (n.o.). Odrediti sastav početne smjese. (RHTU)
Prilikom rješavanja ovog problema moramo imati na umu, prvo, da koncentrirana dušična kiselina s neaktivnim metalom (bakrom) proizvodi NO 2, a željezo i aluminij ne reagiraju s njim. Klorovodična kiselina, naprotiv, ne reagira s bakrom.
Odgovor na primjer 6: 36,8% bakra, 32,2% željeza, 31% aluminija.
Problemi za samostalno rješavanje.
1. Jednostavni zadaci s dvije komponente smjese.
1-1. Mješavina bakra i aluminija mase 20 g tretirana je 96% otopinom dušične kiseline, pri čemu je oslobođeno 8,96 litara plina (n.e.). Odredite maseni udio aluminija u smjesi.
1-2. Mješavina bakra i cinka mase 10 g obrađena je koncentriranom otopinom lužine. U ovom slučaju ispušteno je 2,24 litre plina (n.y.). Izračunajte maseni udio cinka u početnoj smjesi.
1-3. Mješavina magnezija i magnezijeva oksida mase 6,4 g obrađena je dovoljnom količinom razrijeđene sumporne kiseline. U ovom slučaju ispušteno je 2,24 litre plina (n.s.). Odredite maseni udio magnezija u smjesi.
1-4. Smjesa cinka i cinkova oksida mase 3,08 g otopljena je u razrijeđenoj sumpornoj kiselini. Dobili smo cink sulfat mase 6,44 g. Izračunajte maseni udio cinka u izvornoj smjesi.
1-5. Kada je smjesa praha željeza i cinka težine 9,3 g bila izložena višku otopine bakrovog (II) klorida, nastalo je 9,6 g bakra. Odrediti sastav početne smjese.
1-6. Kolika će masa 20%-tne otopine klorovodične kiseline biti potrebna da se potpuno otopi 20 g smjese cinka i cinkova oksida, ako se oslobađa vodik volumena 4,48 l (n.s.)?
1-7. Kada se 3,04 g smjese željeza i bakra otopi u razrijeđenoj dušičnoj kiselini, oslobađa se dušikov oksid (II) volumena 0,896 l (n.s.). Odrediti sastav početne smjese.
1-8. Otapanjem 1,11 g mješavine opilaka željeza i aluminija u 16% otopini klorovodične kiseline (ρ = 1,09 g/ml) oslobodilo se 0,672 litre vodika (n.s.). Odredite masene udjele metala u smjesi i odredite volumen utrošene klorovodične kiseline.
2. Zadaci su složeniji.
2-1. Mješavina kalcija i aluminija mase 18,8 g kalcinirana je bez zraka s viškom grafitnog praha. Reakcijski produkt je tretiran s razrijeđenom klorovodičnom kiselinom i oslobođeno je 11,2 litara plina (n.o.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
2-2. Za otapanje 1,26 g legure magnezija i aluminija utrošeno je 35 ml 19,6% otopine sumporne kiseline (ρ = 1,1 g/ml). Višak kiseline reagirao je s 28,6 ml otopine kalijevog bikarbonata koncentracije 1,4 mol/l. Odredite masene udjele metala u slitini i volumen plina (br.) koji se oslobađa pri otapanju legure.
2-3. Kada se 27,2 g smjese željeza i željezovog (II) oksida otopi u sumpornoj kiselini i otopina ispari do suhog, nastaje 111,2 g željeznog sulfata - željezov (II) sulfat heptahidrat. Odredite količinski sastav početne smjese.
2-4. Reakcijom željeza mase 28 g s klorom nastala je smjesa željezovog (II) i (III) klorida mase 77,7 g. Izračunajte masu željezovog (III) klorida u dobivenoj smjesi.
2-5. Koliki je bio maseni udio kalija u njegovoj smjesi s litijem, ako je kao rezultat obrade ove smjese s viškom klora nastala smjesa u kojoj je maseni udio kalijevog klorida bio 80%?
2-6. Nakon obrade smjese kalija i magnezija ukupne mase od 10,2 g s viškom broma, masa dobivene smjese krutina je jednaka 42,2 g. Ova smjesa je obrađena s viškom otopine natrijevog hidroksida, nakon čega je talog je odvojen i kalciniran do konstantne težine. Izračunaj masu nastalog ostatka.
2-7.
2-8. Legura aluminija i srebra obrađena je s viškom koncentrirane otopine dušične kiseline, a ostatak je otopljen u octenoj kiselini. Volumeni plinova oslobođeni u obje reakcije, mjereni pod istim uvjetima, pokazali su se jednakima. Izračunajte masene udjele metala u slitini.
3. Tri metala i složeni problemi.
3-1. Kada se 8,2 g smjese bakra, željeza i aluminija tretira s viškom koncentrirane dušične kiseline, oslobađa se 2,24 litre plina. Isti volumen plina oslobađa se kada se ista smjesa iste mase tretira s viškom razrijeđene sumporne kiseline (DS). Odredite sastav početne smjese u masenim postocima.
3-2. 14,7 g mješavine željeza, bakra i aluminija u interakciji s viškom razrijeđene sumporne kiseline oslobađa 5,6 litara vodika (n.s.). Odredite sastav smjese u masenim postocima ako je za kloriranje istog uzorka smjese potrebno 8,96 litara klora (n.s.).
3-3. Opiljci željeza, cinka i aluminija miješaju se u molarnom omjeru 2:4:3 (navedenim redoslijedom). 4,53 g ove smjese tretirano je s viškom klora. Dobivena smjesa klorida otopljena je u 200 ml vode. Odredite koncentracije tvari u dobivenoj otopini.
3-4. Legura bakra, željeza i cinka mase 6 g (mase svih komponenata su jednake) stavljena je u 18,25% otopinu klorovodične kiseline mase 160 g. Izračunajte masene udjele tvari u dobivenoj otopini.
3-5. 13,8 g smjese koja se sastoji od silicija, aluminija i željeza zagrijavanjem je tretirano s viškom natrijevog hidroksida, pri čemu je oslobođeno 11,2 litara plina (n.s.). Kada se takva masa smjese izloži višku klorovodične kiseline, oslobađa se 8,96 litara plina (n.s.). Odredite mase tvari u ishodišnoj smjesi.
3-6. Kada se smjesa cinka, bakra i željeza tretira s viškom koncentrirane otopine lužine, oslobađa se plin, a masa neotopljenog ostatka je 2 puta manja od mase izvorne smjese. Ovaj ostatak je tretiran s viškom klorovodične kiseline, volumen ispuštenog plina pokazao se jednak volumenu ispuštenog plina u prvom slučaju (volumeni su izmjereni pod istim uvjetima). Izračunajte masene udjele metala u početnoj smjesi.
3-7. Postoji smjesa kalcija, kalcijeva oksida i kalcijeva karbida s molarnim omjerom komponenata 3:2:5 (navedenim redoslijedom). Koja je minimalna količina vode koja može ući kemijska reakcija s takvom smjesom mase 55,2 g?
3-8. Smjesa kroma, cinka i srebra ukupne mase 7,1 g obrađena je razrijeđenom klorovodičnom kiselinom, masa neotopljenog ostatka je 3,2 g. Nakon odvajanja taloga, otopina je obrađena bromom u alkalnom mediju , a na kraju reakcije tretiran je suviškom barijevog nitrata. Ispostavilo se da je masa nastalog taloga jednaka 12,65 g. Izračunajte masene udjele metala u početnoj smjesi.
Odgovori i komentari zadataka za samostalno rješavanje.
1-1. 36% (aluminij ne reagira s koncentriranom dušičnom kiselinom);
1-2. 65% (u lužini se otapa samo amfoterni metal - cink);
1-5. 30,1% Fe (željezo, istiskujući bakar, prelazi u oksidacijsko stanje +2);
1-7 (prikaz, ostalo). 36,84% Fe (željezo u dušičnoj kiselini ide na +3);
1-8 (prikaz, ostalo). 75,68% Fe (željezo reagira s klorovodičnom kiselinom do +2); 12,56 ml otopine HCl.
2-1. 42,55% Ca (kalcij i aluminij s grafitom (ugljikom) tvore karbide CaC 2 i Al 4 C 3; pri hidrolizi s vodom ili HCl oslobađa se acetilen C 2 H 2 odnosno metan CH 4);
2-3. 61,76% Fe (željezni sulfat heptahidrat - FeSO4 7H20);
2-7 (prikaz, ostalo). 5,9% Li 2 SO 4, 22,9% Na 2 SO 4, 5,47% H 2 O 2 (pri oksidaciji litija s kisikom nastaje njegov oksid, a pri oksidaciji natrija nastaje Na 2 O 2 peroksid koji hidrolizira u voda na vodikov peroksid i alkalije);
3-1. 39% Cu, 3,4% Al;
3-2. 38,1% Fe, 43,5% Cu;
3-3. 1,53% FeCl 3, 2,56% ZnCl 2, 1,88% AlCl 3 (željezo reagira s klorom do oksidacijskog stanja +3);
3-4. 2,77% FeCl 2, 2,565% ZnCl 2, 14,86% HCl (ne zaboravite da bakar ne reagira s klorovodičnom kiselinom, pa njegova masa nije uključena u masu nove otopine);
3-5. 2,8 g Si, 5,4 g Al, 5,6 g Fe (silicij je nemetal, reagira s otopinom lužine pri čemu nastaje natrijev silikat i vodik; ne reagira s klorovodičnom kiselinom);
3-6. 6,9% Cu, 43,1% Fe, 50% Zn;
3-8 (prikaz, ostalo). 45,1% Ag, 36,6% Cr, 18,3% Zn (krom, kada se otopi u klorovodičnoj kiselini, prelazi u krom (II) klorid, koji, kada je izložen bromu u alkalnom mediju, prelazi u kromat; kada se doda barijeva sol, netopljiv kromat nastaje barij)
Testni blok
Dio A
1. Pijesak i sol odnosi se na:
A. na jednostavne tvari
B. na kemijske spojeve
C. na homogene sustave
D. heterogenim sustavima
2. Magla predstavlja:
A. aerosol
B. emulzija
C. rješenje
D. suspenzija
3. Za dobivanje benzina iz prirodnog ulja koristite sljedeću metodu:
A. sinteza
B. sublimacija
C. filtriranje
D. destilacija
4. Navedite optimalnu metodu razdvajanja smjese benzina i vode:
A. filtriranje
B. destilacija
C. sublimacija
D. naseljavanje
5. Razdvajanje smjese ulja i vode temelji se na:
A. o razlici gustoća dviju tekućina
B. na topljivost jedne tekućine u drugoj
C. na razliku u boji
D. na sličnom agregatnom stanju tekućina
6. Mješavina bakrenih i željeznih strugotina može se odvojiti:
A. filtriranje
B. djelovanjem magneta
C. kromatografija
D. destilacija (destilacija)
7. Što je čista tvar za razliku od smjese:
I lijevano željezo
U mješavini hrane
Iz zraka
D morska voda
8. Što se odnosi na heterogene smjese:
Mješavina kisika i dušika
U mutnoj riječnoj vodi
Sa snježnom korom
9. Što je čvrsta smjesa:
Otopina glukoze
S otopinom alkohola
D otopina kalijevog sulfata
10. Kako se zove metoda pročišćavanja heterogene smjese:
I destilacija
U filtriranju
Uz isparavanje
D zagrijavanje želea
Dio B
1. Odredite točan redoslijed za odvajanje mješavine kuhinjske soli i riječnog pijeska:
A) filter
B) sastavite filtarski uređaj
B) otopiti u vodi
D) ispariti otopinu
D) sastavite uređaj za isparavanje
2. Odaberite broj para tvari koje želite razdvojiti
1) isparavanje
2) filtriranje
A) riječni pijesak i voda
B) šećer i voda
B) željezo i sumpor
D) voda i alkohol
3. Povežite predložene primjere smjesa s jednom ili drugom skupinom (magla, dim, gazirana pića, riječni i morski mulj, žbuke, mast, maskara, ruž za usne, legure, minerali) ispunjavanjem tablice:
|
Agregatno stanje tvari |
Primjeri smjesa |
|
Teško-teško | |
|
Čvrsto-tekuće | |
|
Čvrsto-plinovito | |
|
Tekućina-tekućina | |
|
Tekuće-kruto | |
|
Tekuće-plinovito | |
|
Plinovito-plinovito | |
|
Plinovito-tekuće | |
|
Plinovito-kruto |
Blok test-zadatak
|
1 . Zadatak 1. Ispunite tablicu |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2. Riješite križaljku Odgovori u okomitim stupcima - način odvajanja naznačene smjese
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3. Predložite nekoliko metoda čišćenja prirodna voda u uvjetima planinarenja. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
4. Anagrami. Preuredite slova u riječima kako biste oblikovali glavne pojmove ove lekcije. Zapišite te pojmove u svoj odgovor. MIESSE, CONGREEPA, ZUPENSIYAS, TAXOCHI, RIFOLIFANTE
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
5. Predložene pojmove podijelite u 2 skupine. ZRAK, MORSKA VODA, ALKOHOL, KISIK, ČELIK, ŽELJEZO Unesite svoj odgovor u tablicu. Dodijelite nazive stupcima
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
6. Fenomenalna kemija U poznatim bajkama, maćeha ili drugi zli duhovi prisilili su junakinju da razdvoji neke smjese u zasebne komponente. Sjećate li se koje su to smjese bile i na koji način su odvojene? Dovoljno je zapamtiti 2-3 bajke. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
7. Odgovorite kratko na pitanja 1. Kada se ruda drobi na rudarskim i prerađivačkim pogonima, u nju padaju ulomci željeznog oruđa. Kako se mogu izvući iz rude? 2. Usisavač usisava zrak koji sadrži prašinu i ispušta čisti zrak. Zašto? 3. Voda nakon pranja automobila u velikim garažama ispada da je zagađena strojnim uljem. Što trebate učiniti prije ispuštanja u kanalizaciju? 4. Brašno se prosijavanjem očisti od mekinja. Zašto to rade? |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Odgovor: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
S metode odvajanja smjesa (i heterogene i homogene) temelje se na činjenici da tvari uključene u smjesu zadržavaju svoja individualna svojstva. Heterogene smjese mogu se razlikovati po sastavu i faznom stanju, na primjer: plin + tekućina; kruto+tekuće; dvije tekućine koje se ne miješaju itd. Glavne metode za razdvajanje smjesa prikazane su u dijagramu ispod. Razmotrimo svaku metodu zasebno.
Razdvajanje heterogenih smjesa
Za razdvajanje heterogenih smjesa, predstavljajući sustave čvrsto-tekuće ili čvrsto-plin, postoje tri glavne metode:
- filtracija,
- taloženje (dekantiranje,
- magnetska separacija
FILTRACIJA
metoda koja se temelji na različitim topljivostima tvari i različitim veličinama čestica komponenata smjese. Filtriranje vam omogućuje odvajanje krutine od tekućine ili plina.
Za filtriranje tekućina možete koristiti filter papir koji se obično presavije na četiri dijela i umetne u stakleni lijevak. Lijevak se stavlja u čašu, u koju se nakuplja filtrat- tekućina koja prolazi kroz filter.
Veličina pora u filter papiru je takva da omogućuje nesmetano curenje molekula vode i molekula otopljene tvari. Čestice veće od 0,01 mm zadržavaju se na filteru i nisuprolaze kroz njega, stvarajući tako sloj sedimenta.
Zapamtiti! Filtriranjem je nemoguće razdvojiti prave otopine tvari, odnosno otopine u kojima je do otapanja došlo na razini molekula ili iona.
Osim filter papira, kemijski laboratoriji koriste posebne filtere sa
različite veličine pora.
Filtriranje plinskih smjesa ne razlikuje se bitno od filtriranja tekućina. Jedina razlika je u tome što se pri filtriranju plinova od suspendiranih čvrstih čestica (SPM) koriste filtri posebnih izvedbi (papir, ugljik) i pumpe za tjeranje plinske smjese kroz filtar, na primjer, filtriranje zraka u automobilu ili ispušnoj napi. nad štednjakom.
Može se odvojiti filtriranjem:
- žitarice i voda,
- kreda i voda
- pijesak i voda itd.
- prašina i zrak (razne izvedbe usisavača)
NASELJE
Metoda se temelji na različitim brzinama taloženja krutih čestica različite težine (gustoće) u tekućem ili zračnom okruženju. Metoda se koristi za odvajanje dviju ili više krutina netopljive tvari u vodi (ili drugom otapalu). Smjesa netopljivih tvari se stavi u vodu i dobro promiješa. Nakon nekog vremena tvari s gustoćom više od jednog taloži se na dno posude, a tvari gustoće manje od jedinice isplivaju na površinu. Ako smjesa sadrži nekoliko tvari sa različite snage gravitacije, tada će se više taložiti u donjem sloju teške tvari, a potom i lakši. Takvi se slojevi mogu i odvojiti. Prije su se tako zrnca zlata izdvajala iz zdrobljene zlatonosne stijene. Zlatonosni pijesak postavljen je na kosi rov kroz koji je pušten mlaz vode. Tok vode podigao je i odnio otpadnu stijenu, a teška zrnca zlata taložila su se na dnu rova. U slučaju plinskih smjesa, krute čestice se također talože na tvrdim površinama, na primjer, prašina se taloži na namještaju ili lišću biljaka.
Ova se metoda također može koristiti za odvajanje tekućina koje se ne miješaju. Da biste to učinili, koristite lijevak za odjeljivanje.
Na primjer, za odvajanje benzina i vode, smjesa se stavlja u lijevak za odjeljivanje i čeka dok se ne pojavi jasna granica faza. Zatim pažljivo otvorite slavinu i voda poteče u čašu.
Smjese se mogu razdvojiti taloženjem:
- riječni pijesak i glina,
- teški kristalni talog iz otopine
- ulja i vode
- biljno ulje i voda itd.
MAGNETSKO ODVAJANJE
Metoda se temelji na različitim magnetskim svojstvima čvrstih komponenti smjese. Ova metoda se koristi kada se u smjesi nalaze feromagnetske tvari, odnosno tvari koje imaju magnetska svojstva, na primjer željezo.
Sve tvari, u odnosu na magnetsko polje, može se grubo podijeliti u tri velike skupine:
- feromagnetika: privučeni magnetom - Fe, Co, Ni, Gd, Dy
- paramagneti: slabo privučeni - Al, Cr, Ti, V, W, Mo
- dijamagnetski materijali: magnetski ljušteni - Cu, Ag, Au, Bi, Sn, mesing
Magnetska separacija može odvojiti b:
- sumpora i željeza u prahu
- čađe i željeza itd.
Razdvajanje homogenih smjesa
Za razdvajanje tekućih homogenih smjesa (prave otopine) koristite sljedeće metode:
- isparavanje (kristalizacija),
- destilacija (destilacija),
- kromatografija.
ISPARAVANJE. KRISTALIZACIJA.
Metoda se temelji na različitim temperaturama vrenja otapala i otopljene tvari. Koristi se za odvajanje topljivih krutina od otopina. Isparavanje se obično provodi na sljedeći način: otopina se ulije u porculansku šalicu i zagrijava uz stalno miješanje otopine. Voda postupno isparava i krutina ostaje na dnu šalice.
DEFINICIJA
Kristalizacija- fazni prijelaz tvari iz plinovitog (para), tekućeg ili krutog amorfnog stanja u kristalno stanje.
U tom slučaju, isparena tvar (voda ili otapalo) može se skupiti kondenzacijom na hladnijoj površini. Na primjer, ako stavite hladno staklo na posudu za isparavanje, na površini će se stvoriti kapljice vode. Metoda destilacije temelji se na istom principu.
DESTILACIJA. DESTILACIJA.
Ako se tvar, npr. šećer, zagrijavanjem raspadne, tada voda nije potpuno isparila - otopina ispari, a zatim se iz zasićene otopine talože kristali šećera. Ponekad je potrebno ukloniti nečistoće iz otapala, poput soli iz vode. U tom slučaju, otapalo mora biti ispareno, a zatim se njegova para mora prikupiti i kondenzirati nakon hlađenja. Ovaj način odvajanja homogene smjese naziva se destilacija, odnosno destilacije.
U prirodi se voda ne pojavljuje u čistom obliku (bez soli). Oceanska, morska, riječna, bunarska i izvorska voda su vrste otopina soli u vodi. No, ljudima je često potrebna čista voda koja ne sadrži soli (koristi se u automobilskim motorima; u kemijskoj proizvodnji za dobivanje raznih otopina i tvari; za izradu fotografija). Ova voda se zove destilirano, To je ono što se koristi u laboratoriju za provođenje kemijskih eksperimenata.
Destilacija se može podijeliti na:
- vode i alkohola
- ulje (u razne frakcije)
- aceton i voda itd.
12 16 ..KROMATOGRAFIJA
Metoda odvajanja i analize smjesa tvari. Na temelju različitih brzina raspodjele ispitivane tvari između dviju faza – stacionarne i mobilne (eluens). Stacionarna faza, u pravilu, je sorbent (fini prah, kao što je aluminijev oksid ili cinkov oksid ili filtar papir) s razvijenom površinom, a mobilna faza je strujanje plina ili tekućine. Protok mobilne faze filtrira se kroz sloj sorbenta ili se kreće duž sloja sorbenta, na primjer, duž površine filter papira.
Možete samostalno dobiti kromatogram i vidjeti suštinu metode u praksi. Potrebno je pomiješati nekoliko boja i kap dobivene smjese nanijeti na filter papir. Zatim ćemo točno u sredinu obojene mrlje početi ulijevati čistu vodu kap po kap. Svaku kap treba nanijeti tek nakon što se prethodna upije. Voda ima ulogu eluensa koji ispitnu tvar prenosi kroz sorbent – porozni papir. Tvari koje čine smjesu papir zadržava na različite načine: neke dobro zadržava, dok se druge sporije upijaju i još neko vrijeme šire s vodom. Uskoro će se listom papira početi širiti pravi šareni kromatogram: jednobojna mrlja u sredini, okružena raznobojnim koncentričnim prstenovima.
Tankoslojna kromatografija posebno se raširila u organskoj analizi. Prednost tankoslojne kromatografije je u tome što možete koristiti najjednostavniju i vrlo osjetljivu metodu detekcije – vizualni pregled. Oku nevidljive mrlje mogu se otkriti različitim reagensima, kao i ultraljubičastim svjetlom ili autoradiografijom.
U analizi organskih i anorganske tvari koristi se papirna kromatografija. Razvijene su brojne metode za odvajanje složenih smjesa iona, na primjer mješavina elemenata rijetkih zemalja, produkata fisije urana, elemenata platinske skupine
METODE RAZDVAJANJA SMJESA KOJE SE KORISTE U INDUSTRIJI.
Metode odvajanja smjesa koje se koriste u industriji malo se razlikuju od gore opisanih laboratorijskih metoda.
Za izdvajanje ulja najčešće se koristi rektifikacija (destilacija). Ovaj proces je detaljnije opisan u temi "Rafiniranje nafte".
Najčešće metode pročišćavanja i odvajanja tvari u industriji su sedimentacija, filtracija, sorpcija i ekstrakcija. Metode filtracije i taloženja provode se slično laboratorijskim metodama, s tom razlikom što se koriste taložnici i filtri velikog volumena. Najčešće se ove metode koriste za čišćenje Otpadne vode. Stoga, pogledajmo pobliže metode izvlačenje I sorpcija.
Pojam "ekstrakcija" može se primijeniti na različite fazne ravnoteže (tekućina-tekućina, plin-tekućina, tekućina-krutina, itd.), ali se češće primjenjuje na sustave tekućina-tekućina, pa se najčešće može naći sljedeća definicija :
DEFINICIJA
Izvlačenje i je metoda odvajanja, pročišćavanja i izolacije tvari koja se temelji na procesu raspodjele tvari između dva otapala koja se ne miješaju.
Jedno od otapala koja se ne miješaju obično je voda, drugo je organsko otapalo, ali to nije nužno. Metoda ekstrakcije je svestrana, pogodna je za izolaciju gotovo svih elemenata u različitim koncentracijama. Ekstrakcija vam omogućuje odvajanje složenih višekomponentnih smjesa, često učinkovitije i brže od drugih metoda. Izvođenje ekstrakcijske separacije ili separacije ne zahtijeva složenu ili skupu opremu. Proces se može automatizirati i po potrebi daljinski kontrolirati.
DEFINICIJA
sorpcija- metoda izolacije i pročišćavanja tvari koja se temelji na apsorpciji čvrsto tijelo(adsorpcija) ili tekući sorbent (apsorpcija) razne tvari(sorbati) iz plinskih ili tekućih smjesa.
Najčešće se u industriji apsorpcijske metode koriste za pročišćavanje emisija plin-zrak od čestica prašine ili dima, kao i otrovnih plinovite tvari. U slučaju apsorpcije plinovitih tvari može doći do kemijske reakcije između sorbensa i otopljene tvari. Na primjer, kada apsorbira plin amonijakNH 3otopinom dušične kiseline HNO 3 nastaje amonijev nitrat NH 4 NO 3(amonijev nitrat), koji se može koristiti kao visoko učinkovito dušično gnojivo.
2.6. Postupci razdvajanja heterogenih smjesa u proizvodnji hrane
2.6.1. Klasifikacija heterogenih sustava i metode njihova razdvajanja ja
Heterogeni sustavi su smjese najmanje dvije komponente koje su u različitim faznim stanjima i odvojeni jasnim granicama. U takvim sustavima mogu se razlikovati dvije faze materije: kontinuirano distribuirani kontinuum faze tzv disperzivan okoliš, te zdrobljene čestice različitih veličina i oblika sadržane u njemu - raspršena faza. Čestice disperzne faze imaju jasne granice koje ih odvajaju od disperzijskog medija. Heterogeni sustavi se također nazivaju heterogena ili raspršena.Disperzni medij heterogenih sustava može biti u tri agregatna stanja. U tim stanjima može biti i disperzivna faza. Teoretski je moguće postojanje 9 heterogenih sustava. Međutim, prema ovoj klasifikaciji, heterogeni sustav plin-plin (G-G) ne postoji, budući da je mješavina plinova homogen sustav. U navedenoj klasifikaciji nehomogenih sustava potrebno je razlikovati i sustave s čvrstim faze T-J, T-G, T-T, koji se ne mogu odvojiti i stoga se ne mogu smatrati heterogenim.
Stoga se prašine, pare, maglice, suspenzije, emulzije i pjene trebaju klasificirati kao heterogeni sustavi.
Prah– heterogeni sustav koji se sastoji od plina i u njemu raspoređenih krutih čestica veličine 5 - 50 mikrona. Nastaje uglavnom tijekom drobljenja i transporta čvrstih materijala.
Dim– heterogeni sustav koji se sastoji od plina i u njemu raspoređenih krutih čestica veličine 0,3 - 5 mikrona. Nastaje izgaranjem tvari.
Magla– heterogeni sustav koji se sastoji od plina i kapljica tekućine veličine 0,3 - 3 mikrona raspoređenih u njemu, nastalih kao rezultat kondenzacije.
Nose se prašina, dim, magla uobičajeno ime aerosoli.
Suspenzija– heterogeni sustav koji se sastoji od tekućine i krutih čestica suspendiranih u njoj. Ovisno o veličini čestica, razlikuju se suspenzije: nepristojan s česticama većim od 100 mikrona, tanak s česticama većim od 0,1 - 100 mikrona i koloidne otopine koji sadrži čestice manje od 0,1 mikrona.
Emulzija- heterogeni sustav koji se sastoji od tekućine i kapljica druge tekućine raspoređenih u njoj koje se ne tope u prvoj. Veličina čestica disperzne faze varira u prilično širokim granicama.
Pjena– heterogeni sustav koji se sastoji od tekućine i u njoj raspoređenih mjehurića plina.
Kada se promijeni koncentracija disperzne faze, heterogeni sustav može promijeniti svoju strukturu. Ovo je popraćeno tzv inverzija fazama Tijekom inverzije disperzni medij postaje disperzna faza i obrnuto. Dakle, s povećanjem koncentracije čvrste faze u suspenzijama može doći trenutak kada čvrsta faza formira kontinuirani kontinuum (kontinuirani medij) u kojem su raspoređeni ograničeni volumeni tekuće dispergirane faze. U ovom slučaju može se tvrditi da se ovjes transformirao u plastičnu masu klase T-Zh.
Slične se promjene događaju i kod pjene ako se u njoj poveća sadržaj tekućine; prelazi u prezasićenu karbonatnu tekućinu, u kojoj se raspoznaje dispergirana faza plinskih mjehurića. Takav sustav nije dovoljno stabilan, iako u tom stanju može ostati relativno dugo.
S povećanjem koncentracije krute disperzne faze prašina prelazi u rasuti proizvod specifičnih svojstava, tj. krutih i tekućih medija. Takav sustav ima određenu elastičnost i plastičnost (sposobnost zadržavanja oblika pod relativno malim opterećenjima), ali poprima oblik posude u koju se ulijeva; kada se izlije na ravninu, oblikuje stožac s kutom mirovanja.
Za razdvajanje nehomogenih sustava koriste se metode i oprema koju karakterizira širok raspon fizikalnih pojava. Izbor optimalne opreme određen je izborom karakteristike po kojoj se disperzni medij i disperzna faza bitno razlikuju po svojim svojstvima i po kojoj ih treba razdvojiti. Takve značajke su: gustoća, čvrstoća, magnetska i elektronska svojstva, itd. Metode razdvajanja ovih sustava se temelje na korištenju jedne ili više od ovih značajki.
Značajka koja se sastoji u razlici u gustoćama koje čine heterogeni sustav koristi se u sljedećim metodama razdvajanja: taloženje zbog gravitacije, taloženje centrifugiranje (odvajanje) i ciklonski proces.
U konzervativnom polja sile(sile teže, centrifugalne sile, sile inercije) čestice disperzne faze poprimaju akceleraciju, koja je, prema drugom Newtonovom zakonu, proporcionalna djelovanju sile i obrnuto proporcionalna masi čestica. U otopini se čestice počinju kretati u disperzijskom mediju u smjeru vektora djelujuća sila. Njihove se brzine na kraju stabiliziraju na razini koja odgovara ravnoteži pogonske sile i sila otpora okoline. Pri ovoj brzini sve "teške" i gušće čestice od disperzijskog medija talože se na tvrdim površinama opreme.
Značajka, koja se sastoji u razlici u magnetskim svojstvima koja čine nehomogeni sustav, koristi se za odvajanje čestica metalomagnetskih inkluzija iz disperzijskog medija. U tom slučaju, pod utjecajem magnetskih sila, metalomagnetske čestice se ubrzavaju u smjeru svog djelovanja, a okolina ostaje nepomična. Zbog toga dolazi do razdvajanja faza u prostoru.
U elektrofilterima se koristi znak koji se temelji na razlici električnih svojstava koja čine heterogeni sustav. Pod utjecajem visokih električni napončestice disperzne faze mogu se ionizirati i kretati u prostoru do elektroda filtera.
U procesima se koristi svojstvo zadržavanja čestica disperzne faze na čvrstim pregradama filtriranje(zbog razlike tlaka i centrifugalne filtracije).
Oznaka povezana s kombinacijom raspršenih čestica u veće komplekse, koji se koriste u procesima odvajanja prašnjavih plinskih sustava mokra metoda.
Također je moguće kombinirati metode za razdvajanje heterogenih sustava.
2.6.2. Materijalne bilance procesa separacije
Razmotrimo heterogeni sustav, na primjer, suspenziju koja je podložna razdvajanju i sastoji se od tvari (kontinuirana faza) i čestica tvari (dispergirana faza) raspoređenih u njoj.
Označimo: - mase početne smjese, pročišćene tekućine i nastalog taloga; - sadržaj tvari u početnoj smjesi, pročišćenoj tekućini i talogu (maseni udjeli).
Ako tijekom procesa odvajanja nema gubitaka, jednadžba. materijalna ravnoteža imaju oblik:
ukupnim brojem tvari
disperziranom fazom (tvar)
Zajedničko rješavanje jednadžbi omogućuje određivanje količine pročišćene tekućine i količine dobivenog taloga za određeni sadržaj tvari u sedimentu i pročišćenoj tekućini.
Ako se raspršene čestice sporo oslobađaju iz medija ili je potrebno prethodno bistriti heterogeni sustav, koriste se metode kao što su flokulacija, flotacija, klasifikacija, koagulacija itd.
Koagulacija je proces adhezije čestica u koloidnim sustavima (emulzijama ili suspenzijama) uz stvaranje agregata. Adhezija nastaje zbog sudaranja čestica tijekom Brownovo gibanje. Koagulacija se odnosi na spontani proces koji nastoji ući u stanje koje ima nižu slobodnu energiju. Koagulacijski prag je minimalna koncentracija primijenjene tvari koja uzrokuje koagulaciju. Umjetno se koagulacija može ubrzati dodavanjem posebnih tvari - koagulatora - u koloidni sustav, kao i nanošenjem na sustav električno polje(elektrokoagulacija), mehanički utjecaji (vibracije, miješanje) itd.
Tijekom koagulacije, u odvojenu heterogenu smjesu često se dodaju kemikalije za zgrušavanje koje uništavaju solvatizirane ljuske, a smanjuju difuzijski dio dvostrukog električnog sloja koji se nalazi na površini čestica. To olakšava aglomeraciju čestica i stvaranje agregata. Dakle, zbog stvaranja većih frakcija disperzne faze, ubrzava se taloženje čestica. Kao koagulanti koriste se soli željeza, aluminija ili soli drugih polivalentnih metala.
Peptizacija je obrnuti proces koagulacije, a to je razgradnja agregata u primarne čestice. Peptizacija se provodi dodavanjem peptizirajućih tvari disperzijskom mediju. Ovaj proces potiče rastavljanje tvari na primarne čestice. Peptizatori mogu biti površinski aktivne tvari ili elektroliti, poput huminskih kiselina ili željezov klorid. Za proizvodnju tekućine koristi se proces peptizacije disperzirani sustavi od pasta ili pudera.
Flokulacija je pak vrsta koagulacije. U ovom procesu, male čestice koje su suspendirane u plinovitom ili tekućem mediju tvore flokulentne agregate koji se nazivaju flokule. Topljivi polimeri, na primjer, polielektroliti, koriste se kao flokulanti. Tvari koje stvaraju flokule tijekom flokulacije mogu se jednostavno ukloniti filtracijom ili taloženjem. Flokulacija se koristi za obradu vode i odvajanje vrijednih tvari iz otpadne vode, kao i za obogaćivanje minerala. U slučaju obrade vode koriste se flokulanti u niskim koncentracijama (od 0,1 do 5 mg/l).
Za uništavanje agregata u tekućim sustavima koriste se aditivi koji induciraju naboje na česticama koji sprječavaju njihovo međusobno približavanje. Ovaj se učinak može postići i promjenom pH okoliša. Ova metoda se naziva deflokulacija.
Flotacija je proces odvajanja čvrstih hidrofobnih čestica od tekuće kontinuirane faze njihovim selektivnim fiksiranjem na granici između tekuće i plinovite faze (dodirna površina tekućine i plina ili površina mjehurića u tekućoj fazi). Rezultirajući sustav krute čestice i plinoviti uključci uklanjaju se s površine tekuće faze. Ovaj se postupak koristi ne samo za uklanjanje čestica disperzne faze, već i za odvajanje različitih čestica zbog razlika u njihovoj močivosti. U tom se procesu hidrofobne čestice fiksiraju na sučelju i odvajaju od hidrofilnih čestica koje se talože na dno. Najbolji rezultati flotacije postižu se kada je veličina čestica između 0,1 i 0,04 mm.
Postoji nekoliko vrsta flotacije: pjena, ulje, film itd. Najčešća je pjenasta flotacija. Ovaj proces omogućuje da čestice tretirane reagensima budu prenesene na površinu vode pomoću mjehurića zraka. To omogućuje stvaranje pjenastog sloja čija se stabilnost podešava pomoću koncentrata pjene.
Klasifikacija se koristi u uređajima promjenjivog presjeka. Uz njegovu pomoć, moguće je odvojiti određeni broj malih čestica od glavnog proizvoda, koji se sastoji od velikih čestica. Klasifikacija se provodi pomoću centrifuga i hidrociklona zbog djelovanja centrifugalne sile.
Odvajanje suspenzija magnetskom obradom sustava vrlo je obećavajuća metoda. Voda koja je obrađena u magnetskom polju dugo zadržava promijenjena svojstva, na primjer, smanjenu sposobnost vlaženja. Ovaj proces omogućuje intenzivnije odvajanje suspenzija.
Teorijski blok.
Definicija pojma "mješavina" dana je u 17. stoljeću. engleski znanstvenik Robert Boyle: “Mješavina je integralni sustav koji se sastoji od heterogenih komponenti.”
Usporedna svojstva smjese i čiste tvari
Znakovi usporedbe | Čista tvar | Smjesa |
Konstantno | prevrtljiv |
|
Supstance | Isti | Razni |
Fizička svojstva | Trajna | prevrtljiv |
Promjena energije tijekom formiranja | Događa se | Ne događa se |
Razdvajanje | Kroz kemijske reakcije | Fizikalnim metodama |
Smjese se međusobno razlikuju po izgledu.
Klasifikacija smjesa prikazana je u tablici:
Navedimo primjere suspenzija (riječni pijesak + voda), emulzija (biljno ulje + voda) i otopina (zrak u tikvici, kuhinjska sol + voda, sitni novac: aluminij + bakar ili nikal + bakar).
Metode odvajanja smjesa
U prirodi tvari postoje u obliku smjesa. Za laboratorijska istraživanja, industrijsku proizvodnju te za potrebe farmakologije i medicine potrebne su čiste tvari.
Za pročišćavanje tvari koriste se različite metode razdvajanja smjesa.
Isparavanje je odvajanje krutih tvari otopljenih u tekućini njihovim pretvaranjem u paru.
Destilacija- destilacija, odvajanje tvari sadržanih u tekućim smjesama prema vrelištima, nakon čega slijedi hlađenje pare.
U prirodi se voda ne pojavljuje u čistom obliku (bez soli). Oceanska, morska, riječna, bunarska i izvorska voda su vrste otopina soli u vodi. No, ljudima je često potrebna čista voda koja ne sadrži soli (koristi se u automobilskim motorima; u kemijskoj proizvodnji za dobivanje raznih otopina i tvari; za izradu fotografija). Takvu vodu nazivamo destiliranom, a način njezina dobivanja destilacijom.
Filtriranje - procjeđivanje tekućina (plinova) kroz filtar kako bi se očistile od čvrstih nečistoća.
Te se metode temelje na razlikama u fizičkim svojstvima komponenti smjese.
Razmotrite metode odvajanja heterogenai homogene smjese.
Primjer smjese | Metoda odvajanja |
Suspenzija - mješavina riječnog pijeska i vode | Zagovaranje Razdvajanje braneći se na temelju različitih gustoća tvari. Teži pijesak taloži se na dno. Također možete odvojiti emulziju: odvojite ulje ili biljno ulje od vode. U laboratoriju se to može učiniti pomoću lijevka za odjeljivanje. Nafta ili biljno ulje čini gornji, lakši sloj. Uslijed taloženja iz magle pada rosa, iz dima se taloži čađa, a u mlijeku se taloži vrhnje. Odvajanje smjese vode i biljnog ulja taloženjem |
Mješavina pijeska i kuhinjske soli u vodi | Filtriranje Na čemu se temelji razdvajanje heterogenih smjesa pomoću filtriranje?O različitoj topivosti tvari u vodi i o različitim veličinama čestica. Kroz pore filtera prolaze samo njima usporedive čestice tvari, dok se veće čestice zadržavaju na filteru. Na taj način možete odvojiti heterogenu mješavinu kuhinjske soli i riječnog pijeska. Kao filteri mogu se koristiti različite porozne tvari: vata, ugljen, pečena glina, prešano staklo i drugo. Metoda filtracije osnova je za rad kućanskih aparata, poput usisavača. Koriste ga kirurzi - zavoji od gaze; bušači i radnici na dizalima - maske za disanje. Koristeći cjedilo za čaj za filtriranje listova čaja, Ostap Bender, junak djela Ilfa i Petrova, uspio je uzeti jednu od stolica od Ellochke the Ogress ("Dvanaest stolica"). Odvajanje smjese škroba i vode filtracijom |
Mješavina željeza i sumpora u prahu | Djelovanje magnetom ili vodom Željezni prah bio je privučen magnetom, ali sumporni prah nije. Sumporni prah koji se ne može močiti ispliva na površinu vode, a teški prah željeza koji se može močiti taloži se na dno. Odvajanje smjese sumpora i željeza pomoću magneta i vode |
Otopina soli u vodi je homogena smjesa | Isparavanje ili kristalizacija Voda isparava, ostavljajući kristale soli u porculanskoj šalici. Kada se voda ispari iz jezera Elton i Baskunchak, dobiva se kuhinjska sol. Ova metoda odvajanja temelji se na razlici u vrelištima otapala i otopljene tvari. Ako se tvar, npr. šećer, zagrijavanjem raspadne, tada voda nije potpuno isparila - otopina ispari, a zatim se iz zasićene otopine talože kristali šećera. Ponekad je potrebno ukloniti nečistoće iz otapala s nižim vrelištem, poput soli iz vode. U tom slučaju, pare tvari moraju se skupiti i potom kondenzirati nakon hlađenja. Ovaj način odvajanja homogene smjese naziva se destilacija ili destilacija. U posebnim uređajima – destilatorima dobiva se destilirana voda koja se koristi za potrebe farmakologije, laboratorija, rashladnih sustava automobila. Kod kuće možete napraviti takav destilator: Ako odvojite smjesu alkohola i vode, tada će se alkohol s vrelištem = 78 °C najprije destilirati (sakupiti u prijemnoj epruveti), a voda će ostati u epruveti. Destilacija se koristi za proizvodnju benzina, kerozina i plinskog ulja iz nafte. Razdvajanje homogenih smjesa |
Posebna metoda za razdvajanje komponenti, koja se temelji na njihovoj različitoj apsorpciji od strane određene tvari, je kromatografija.
Koristeći kromatografiju, ruski botaničar prvi je izolirao klorofil iz zelenih dijelova biljaka. U industriji i laboratorijima umjesto filter papira za kromatografiju koriste se škrob, ugljen, vapnenac i aluminijev oksid. Jesu li uvijek potrebne tvari s istim stupnjem pročišćavanja?
Za različite svrhe potrebne su tvari s različitim stupnjevima pročišćavanja. Vodu za kuhanje treba ostaviti da odstoji dovoljno da se uklone nečistoće i klor koji se koristi za dezinfekciju. Voda za piće mora se prvo prokuhati. A u kemijskim laboratorijima za pripremu otopina i provođenje eksperimenata, u medicini je potrebna destilirana voda, pročišćena što je više moguće od tvari otopljenih u njoj. Osobito čiste tvari, čiji sadržaj nečistoća ne prelazi milijunti dio postotka, koriste se u elektronici, poluvodiču, nuklearnoj tehnologiji i drugim preciznim industrijama.
Metode iskazivanja sastava smjesa.
· Maseni udio komponente u smjesi- omjer mase komponente prema masi cjelokupne smjese. Obično se maseni udio izražava u %, ali ne nužno.
ω ["omega"] = mkomponenta / mmmješavina
· Molni udio komponente u smjesi- omjer broja molova (količine tvari) komponente prema ukupnom broju molova svih tvari u smjesi. Na primjer, ako smjesa sadrži tvari A, B i C, tada:
χ ["chi"] komponenta A = nkomponenta A / (n(A) + n(B) + n(C))
· Molarni omjer komponenata. Ponekad problemi za smjesu ukazuju na molarni omjer njenih komponenti. Na primjer:
nkomponenta A: nkomponenta B = 2:3
· Volumni udio komponente u smjesi (samo za plinove)- omjer volumena tvari A prema ukupnom volumenu cjelokupne plinske smjese.
φ ["phi"] = Vkomponenta / Vmješavina
Praktični blok.
Pogledajmo tri primjera problema u kojima smjese metala reagiraju s sol kiselina:
Primjer 1.Kada je smjesa bakra i željeza težine 20 g bila izložena višku klorovodične kiseline, oslobođeno je 5,6 litara plina (n.e.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
U prvom primjeru bakar ne reagira sa solnom kiselinom, odnosno vodik se oslobađa kada kiselina reagira sa željezom. Dakle, znajući volumen vodika, možemo odmah pronaći količinu i masu željeza. I, sukladno tome, maseni udjeli tvari u smjesi.
Rješenje primjera 1.
n = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
2. Prema jednadžbi reakcije:
3. Količina željeza je također 0,25 mol. Možete pronaći njegovu masu:
mFe = 0,25 56 = 14 g.
Odgovor: 70% željeza, 30% bakra.
Primjer 2.Kada je smjesa aluminija i željeza mase 11 g bila izložena višku klorovodične kiseline, oslobođeno je 8,96 litara plina (br.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
U drugom primjeru reakcija je oba metal Ovdje se vodik već oslobađa iz kiseline u obje reakcije. Stoga se ovdje ne može koristiti izravni izračun. U takvim je slučajevima prikladno riješiti pomoću vrlo jednostavnog sustava jednadžbi, uzimajući x kao broj molova jednog od metala, a y kao količinu supstance drugog.
Rješenje primjera 2.
1. Nađi količinu vodika:
n = V / Vm = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
2. Neka je količina aluminija x molova, a količina željeza x molova. Tada možemo izraziti količinu oslobođenog vodika u smislu x i y:
2HCl = FeCl2 + |
4. Poznata nam je ukupna količina vodika: 0,4 mol. Sredstva,
1,5x + y = 0,4 (ovo je prva jednadžba u sustavu).
5. Za smjesu metala trebate izraziti mase kroz količinu tvari.
m = M n
Dakle, masa aluminija
mAl = 27x,
masa željeza
mFe = 56u,
i masu cijele smjese
27x + 56y = 11 (ovo je druga jednadžba u sustavu).
6. Dakle, imamo sustav od dvije jednadžbe:
7. Mnogo je prikladnije riješiti takve sustave metodom oduzimanja, množenjem prve jednadžbe s 18:
27x + 18y = 7,2
i oduzimanjem prve jednadžbe od druge:
8. (56 − 18)y = 11 − 7.2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mol (Al)
mFe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
mAl = 0,2 27 = 5,4 g
ωFe = mFe / mm smjesa = 5,6 / 11 = 0,50,91%),
odnosno,
ωAl = 100% − 50,91% = 49,09%
Odgovor: 50,91% željeza, 49,09% aluminija.
Primjer 3.16 g smjese cinka, aluminija i bakra tretirano je suviškom otopine klorovodične kiseline. U ovom slučaju oslobođeno je 5,6 litara plina (n.o.), a 5 g tvari se nije otopilo. Odredite masene udjele metala u smjesi.
U trećem primjeru dva metala reagiraju, ali treći metal (bakar) ne reagira. Dakle, ostatak od 5 g je masa bakra. Količine preostala dva metala - cinka i aluminija (imajte na umu da im je ukupna masa 16 − 5 = 11 g) mogu se pronaći pomoću sustava jednadžbi, kao u primjeru br. 2.
Odgovor na primjer 3: 56,25% cinka, 12,5% aluminija, 31,25% bakra.
Primjer 4.Mješavina željeza, aluminija i bakra obrađena je s viškom hladne koncentrirane sumporne kiseline. U ovom slučaju dio smjese se otopio, te je oslobođeno 5,6 litara plina (n.o.). Preostala smjesa je obrađena sa suviškom otopine natrijevog hidroksida. Oslobođeno je 3,36 litara plina i ostalo je 3 g neotopljenog ostatka. Odredite masu i sastav početne smjese metala.
U ovom primjeru to moramo zapamtiti hladno koncentriran sumporna kiselina ne reagira sa željezom i aluminijem (pasivacija), ali reagira s bakrom. Pritom se oslobađa sumporov (IV) oksid.
S alkalijom reagira samo aluminij- amfoteran metal (osim aluminija, u lužinama se otapaju i cink i kositar, a berilij se može otopiti i u vrućoj koncentriranoj lužini).
Rješenje primjera 4.
1. Samo bakar reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom, broj molova plina:
nSO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
2H2SO4 (konc.) = CuSO4 + |
2. (ne zaboravite da se takve reakcije moraju izjednačiti pomoću elektronske vage)
3. Budući da je molarni omjer bakra i sumporovog dioksida 1:1, tada je i bakra 0,25 mol. Možete pronaći masu bakra:
mCu = n M = 0,25 64 = 16 g.
4. Aluminij reagira s otopinom lužine, što rezultira stvaranjem hidrokso kompleksa aluminija i vodika:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
Al0 − 3e = Al3+ | ||
5. Broj molova vodika:
nH2 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol,
molarni omjer aluminija i vodika je 2:3 i, prema tome,
nAl = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Težina aluminija:
mAl = n M = 0,1 27 = 2,7 g
6. Ostatak je željezo, mase 3 g. Možete pronaći masu smjese:
mm smjesa = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.
7. Maseni udjeli metala:
ωCu = mCu / mm smjesa = 16 / 21,7 = 0,7,73%)
ωAl = 2,7 / 21,7 = 0,1,44%)
ωFe = 13,83%
Odgovor: 73,73% bakra, 12,44% aluminija, 13,83% željeza.
Primjer 5.21,1 g mješavine cinka i aluminija otopljeno je u 565 ml otopine dušične kiseline koja sadrži 20 mas. % NNO3 i gustoće 1,115 g/ml. Volumen oslobođenog plina, koji je jednostavna tvar i jedini produkt redukcije dušične kiseline, iznosio je 2,912 l (br.). Odredite sastav dobivene otopine u masenim postocima. (RHTU)
Tekst ovog problema jasno ukazuje na produkt redukcije dušika - “jednostavnu tvar”. Budući da dušična kiselina s metalima ne proizvodi vodik, to je dušik. Oba metala otopljena u kiselini.
Problem ne postavlja sastav početne smjese metala, već sastav dobivene otopine nakon reakcija. To otežava zadatak.
Rješenje primjera 5.
1. Odredite količinu plinovite tvari:
nN2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.
2. Odredite masu otopine dušične kiseline, masu i količinu otopljene HNO3:
m otopina = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
mHNO3 = ω motopina = 0,2 630,3 = 126,06 g
nHNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 mol
Imajte na umu da budući da su se metali potpuno otopili, to znači - kiseline je svakako bilo dovoljno(ovi metali ne reagiraju s vodom). Sukladno tome, bit će potrebno provjeriti Ima li previše kiseline?, te koliko toga ostaje nakon reakcije u dobivenoj otopini.
3. Sastavljamo jednadžbe reakcije ( ne zaboravite na svoju elektroničku vagu) i, radi lakšeg izračuna, uzimamo da je 5x količina cinka, a 10y da je količina aluminija. Tada će, u skladu s koeficijentima u jednadžbama, dušik u prvoj reakciji biti x mol, au drugoj - 3y mol:
12HNO3 = 5Zn(NO3)2 + |
Zn0 − 2e = Zn2+ | ||
36HNO3 = 10Al(NO3)3 + |
Al0 − 3e = Al3+ | ||
5. Zatim, s obzirom da je masa smjese metala 21,1 g, njihova molarne mase- 65 g/mol za cink i 27 g/mol za aluminij, dobivamo sljedeći sustav jednadžbi:
6. Zgodno je ovaj sustav riješiti tako da prvu jednadžbu pomnožimo s 90 i oduzmemo prvu jednadžbu od druge.
7. x = 0,04, što znači nZn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, što znači nAl = 0,03 10 = 0,3 mol
8. Provjerite masu smjese:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
9. Sada prijeđimo na sastav otopine. Bit će zgodno ponovno prepisati reakcije i iznad reakcija napisati količine svih izreagiranih i nastalih tvari (osim vode):
10. Sljedeće pitanje: je li u otopini ostalo dušične kiseline i koliko je ostalo?
Prema jednadžbama reakcija, količina kiseline koja je reagirala:
nHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mol,
tj. kiselina je bila u višku i možete izračunati njen ostatak u otopini:
nHNO3res. = 2 − 1,56 = 0,44 mol.
11. Dakle, u konačno rješenje sadrži:
cink nitrat u količini od 0,2 mol:
mZn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 g
aluminijev nitrat u količini od 0,3 mol:
mAl(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 g
višak dušične kiseline u količini od 0,44 mol:
mHNO3 odmor. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
12. Kolika je masa konačne otopine?
Podsjetimo se da se masa konačne otopine sastoji od onih komponenti koje smo pomiješali (otopine i tvari) minus oni produkti reakcije koji su izašli iz otopine (talozi i plinovi):
13.
Zatim za naš zadatak:
14. mnovo otopina = masa otopine kiseline + masa metalne legure - masa dušika
mN2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
mnovo otopina = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO3)2 = mv-va / mr-ra = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO3)3 = mv-va / mr-ra = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ωHNO3 ostatak. = mv-va / mr-ra = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Odgovor: 5,83% cinkov nitrat, 9,86% aluminijev nitrat, 4,28% dušična kiselina.
Primjer 6.Kada se 17,4 g smjese bakra, željeza i aluminija tretira s viškom koncentrirane dušične kiseline, oslobađa se 4,48 litara plina (n.e.), a kada se ova smjesa izloži istoj masi suvišne klorovodične kiseline, 8,96 litara ispušten je plin (n.e.). Odrediti sastav početne smjese. (RHTU)
Prilikom rješavanja ovog problema, moramo imati na umu, kao prvo, da koncentrirana dušična kiselina s neaktivnim metalom (bakrom) proizvodi NO2, ali željezo i aluminij ne reagiraju s njim. Klorovodična kiselina, naprotiv, ne reagira s bakrom.
Odgovor na primjer 6: 36,8% bakra, 32,2% željeza, 31% aluminija.
Problemi za samostalno rješavanje.
1. Jednostavni zadaci s dvije komponente smjese.
1-1. Mješavina bakra i aluminija mase 20 g tretirana je 96% otopinom dušične kiseline, pri čemu je oslobođeno 8,96 litara plina (n.e.). Odredite maseni udio aluminija u smjesi.
1-2. Mješavina bakra i cinka mase 10 g obrađena je koncentriranom otopinom lužine. U ovom slučaju ispušteno je 2,24 litre plina (n.y.). Izračunajte maseni udio cinka u početnoj smjesi.
1-3. Mješavina magnezija i magnezijeva oksida mase 6,4 g obrađena je dovoljnom količinom razrijeđene sumporne kiseline. U ovom slučaju ispušteno je 2,24 litre plina (n.o.). Odredite maseni udio magnezija u smjesi.
1-4. Smjesa cinka i cinkova oksida mase 3,08 g otopljena je u razrijeđenoj sumpornoj kiselini. Dobili smo cink sulfat mase 6,44 g. Izračunajte maseni udio cinka u izvornoj smjesi.
1-5. Kada je smjesa praha željeza i cinka težine 9,3 g bila izložena višku otopine bakrovog (II) klorida, nastalo je 9,6 g bakra. Odrediti sastav početne smjese.
1-6. Kolika će masa 20% otopine klorovodične kiseline biti potrebna za potpuno otapanje 20 g smjese cinka i cinkova oksida, ako se oslobađa vodik s volumenom 4,48 l (br.)?
1-7. Kada se 3,04 g smjese željeza i bakra otopi u razrijeđenoj dušičnoj kiselini, oslobađa se dušikov oksid (II) volumena 0,896 l (br.). Odrediti sastav početne smjese.
1-8. Otapanjem 1,11 g mješavine opilaka željeza i aluminija u 16% otopini klorovodične kiseline (ρ = 1,09 g/ml) otpušteno je 0,672 litre vodika (n.e.). Odredite masene udjele metala u smjesi i odredite volumen utrošene klorovodične kiseline.
2. Zadaci su složeniji.
2-1. Mješavina kalcija i aluminija mase 18,8 g kalcinirana je bez zraka s viškom grafitnog praha. Reakcijski produkt je tretiran s razrijeđenom klorovodičnom kiselinom i oslobođeno je 11,2 litara plina (n.o.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
2-2. Za otapanje 1,26 g legure magnezija i aluminija utrošeno je 35 ml 19,6% otopine sumporne kiseline (ρ = 1,1 g/ml). Višak kiseline reagirao je s 28,6 ml otopine kalijevog bikarbonata koncentracije 1,4 mol/l. Odredite masene udjele metala u slitini i volumen plina (br.) koji se oslobađa pri otapanju legure.
