Изучение физических и химических явлений

Правила     техники                безопасности                                   при выполнении работы

В данной практической работе будут

предложены опыты, при выполнении которых необходимо использовать стеклянную посуду, спиртовку.

При   выполнении   практической     работы соблюдайте      порядок    на   рабочем                   столе.    Все лишние предметы должны быть убраны.

Работайте в халате! Не суетитесь. Помните, аккуратность – залог успеха! Оформите работу согласно требований учителя.

1. Какие правила необходимо

соблюдать при работе со стеклянной посудой и спиртовкой?

 

 

2. Как правильно производить нагревание пробирки при помощи пробиркодержателя?

 

Изучение физических явлений

Опыт 1. В пробирку при помощи шпателя поместите  несколько  кристалликов медного купороса. С помощью пипетки прилейте 1–2 мл воды. Аккуратно перемешайте содержимое пробирки стеклянной палочкой. Что наблюдаете? Растворяются ли кристаллы в воде? Какую окраску приобретает раствор? Проведите аналогичный опыт с кристаллами пищевой соды в другой пробирке.

Опыт 2. Несколько капель раствора медного купороса при помощи пипетки поместите в фарфоровую чашку. Чашку разместите в штативном кольце и осторожно нагрейте на слабом пламени. Во избежание попадания в глаза во время внезапного разбрызгивании жидкости при нагревании, работайте в защитных очках! Прекратите нагрев после испарения воды. Что наблюдаете?

По каким признакам можно судить, что наблюдаемые вами явления – физические?

 

Изучение химических явлений

Опыт 3.    Смешайте приготовленные в опыте 1 растворы медного купороса и соды.

Что наблюдаете? По какому признаку можно судить, что протекает химическая реакция?

Опыт 4. К полученному в  опыте 3  осадку  голубого  цвета  прибавьте  несколько капель уксусной кислоты (используйте пипетку). Содержимое пробирки перемешайте стеклянной палочкой. Что наблюдаете? По какому признаку можно судить, что протекает химическая реакция?

Опыт 5. Поместите в пробирку несколько кусочков нарезанного листа краснокочанной капусты (можно использовать свежий лист капусты или сушеный). Прилейте туда с помощью пипетки несколько миллилитров воды, закрепите пробирку в пробиркодержателе и нагрейте до кипения. Что наблюдаете?

Немного остудите пробирку. Аккуратно перелейте жидкость (без кусочков капусты) в две пустые пробирки. В первую прибавьте из пипетки несколько капель уксусной кислоты, во вторую – несколько капель раствора соды. Что наблюдаете? По какому признаку можно судить, что протекает химическая реакция?

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

Для чего перед началом работы проверяют наличие всего необходимого для опытов оборудования и обдумывают последовательность выполнения опытов?

По какому свойству вода и уксус сходны, а по какому их легко отличить друг от друга?

О  каком  веществе можно  сказать:  твердое вещество,  блестящее, красноватого  цвета, плотность около 9 г/см3, высокая электропроводность? Где применяется это вещество?

Какие из признаков (свойств): круглый, плоский, овальный, зеленый, газообразный, выпуклый, тяжелый, твердый, растворимый, имеющий определенную температуру плавления

– могут быть отнесены:

а) только к предметам (телам);

б) и к телам (предметам), и к веществам?

Предложите несколько признаков (свойств), которыми можно охарактеризовать: а) вещество; б) тело; в) и тело, и вещество.

Придя домой с одного из первых уроков химии, Юный Химик с удивлением обнаружил, что его просто-таки преследуют химические процессы. Так, цвет изменяют бумага под кисточкой с акварелью, экран включенного телевизора, высыхающие брызги грязи на ботинках; тепло выделяют горящая спичка, батарея отопления и кожа самого Юного Химика; сырой картофель отличается по вкусу от жареного, даже если его обмакнуть в масло; пузырьки газа выделяются из бутылки «Колы», из сдобного теста и с горячей сковороды, на которую попала вода. Отнеся все эти явления к химическим, Юный Химик решил, что химия

– самая главная наука и, забросив все остальные школьные предметы, занялся только ею. Какие свои ошибки Юный Химик скоро увидит? Ответ обоснуйте.

Вставьте пропущенные слова:

В результате... явления меняется форма тела или агрегатное состояние вещества. В результате... явления образуется новое вещество.

Процесс фотосинтеза относится к... явлениям, потому что....

Назовите, какие признаки химических реакций появляются: а) при скисании молока;                                   б) при гниении белка;

в) при ржавлении железа;                     г) при горении спирта в спиртовке.

Какие факты свидетельствуют о том, что работа автомобильного двигателя связана с физическими и химическими явлениями? Ответ поясните.

Безводный сульфат меди – белого цвета. При добавлении к нему воды наблюдается разогревание и получается раствор, окрашенный в голубой цвет. Происходит ли при этом физическое или же химическое явление? Ответ поясните.

 

 

15. Газ и вода

Блокнот эрудита

Если в стакан с газированной водой бросить щепотку соли, то начинает выделяться растворенный углекислый газ. Почему?

Газированная вода – это раствор углекислого газа в воде. Чтобы избыток газа выделился, нужны «зародыши», например микропузырьки воздуха. Однако добавление к газированной воде речного песка не приведет к выделению газа. Как только кристаллы соли попадут в стакан, они начнут растворяться, и вокруг них растворимость газа резко уменьшается, появляются маленькие пузырьки газа – «зародыши». Как только «зародыши» вырастают, они отрываются от кристаллов, и в соприкосновение с солью приходят новые порции раствора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся соль не растворится или пока не выделится весь углекислый газ.

Если посолить нагретую до 70–80°С водопроводную воду, она «вскипает» от выделившихся пузырьков растворенного воздуха. Объяснение этому явлению – то же.

16. Какого цвета соль?

Чистая поваренная соль бесцветна. «Деликатесная», или «царская», поваренная соль нежно-розового цвета и с приятным ароматом, содержит микроскопические водоросли, попавшие в нее из воды соляного озера. Встречается и соль синего цвета.

В  природе  синяя  поваренная,  или  каменная,  соль  –

большая редкость. А в лаборатории ее получить не так уж трудно. Для этого в плотно закрытом сосуде нагревают смесь

Рисунок 39. Синяя каменная соль

металлического натрия и поваренной соли. Металл способен растворяться в соли, это и служит причиной появления окраски кристаллов. Кстати, при растворении синих кристаллов в воде образуется бесцветный раствор – совсем как из обычной поваренной соли. В природной каменной соли синяя окраска образуется под действием излучения, сопровождающего радиоактивные превращения.

17. Поиск истины

В английских патентах вплоть до конца XIX в. содержались рекомендации добавлять в закалочную жидкость при обработке железа полевые цветы. Эту курьезную рекомендацию породило незнание действительных причин закаливания стали. Твердость закаленной стали долгое время объясняли превращением содержащегося в ней углерода в алмаз. Более того, в конце XVIII в. французский ученый Гитон де Морво получал сталь (наверное, самую дорогую в мире во все времена!) сильным нагреванием чистого железа с алмазами.

18. Почему зеленеет медь?

Медная посуда и бронзовые изделия покрываются со временем зеленым налетом. Это объясняется тем, что в воздухе всегда присутствуют влага и углекислый газ. Взаимодействуя с ними, медь превращается в соединение зеленого цвета. Это вещество тождественно известному зеленому минералу малахиту. Если надо очистить изделие от зеленого налета, следует подержать его в водном растворе аммиака (нашатырном спирте).

После растворения зеленого налета нужно обязательно промыть поверхность металла для удаления следов аммиака и солей аммония, так как в их присутствии металлическая медь реагирует с кислородом воздуха.

19. Цвет пламени

Некоторые вещества способны окрашивать пламя в непривычные для человека цвета. Это удивительное и захватывающее зрелище, которое можно показать и в классе на уроке химии,  и  дома  своим близким.  Ведь изменить  цвет  огня  очень  легко.  Так,  пламя  можно

окрасить в красный, зеленый, ослепительно-белый цвет. Это явление применяется в производстве фейерверков. Для окраски пламени можно использовать соединения натрия, например, поваренную соль, NaCl. Пламя окрасится в ярко-желтый цвет. Зеленый цвет различных оттенков можно получить при использовании медного купороса и борной кислоты. Соединения, в состав которых входит кальций и стронций, окрашивают пламя в красный цвет различных оттенков. Соединения лития – в малиновый, а калия – в фиолетовый. Ослепительно-белый цвет пламени – результат сгорания порошков металлов, в которых частицы металлов крайне малы, на воздухе.

20. Индикаторы

Рисунок 40. Окраска пламени соединениями металлов

Индикаторы (от английского indicate – указывать) – это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов качественно определяют реакцию среды. Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский химик и физик Роберт Бойль. Чтобы понять, как устроен мир, Бойль провел тысячи опытов. Вот один из них. В лаборатории горели свечи, в ретортах что-то кипело, когда некстати зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Бойль очень любил цветы, но предстояло начать опыт. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, открыли колбу, из нее повалил едкий пар. Когда же опыт кончился, Бойль случайно взглянул на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса – фиалки, их темно-фиолетовые лепестки, стали красными. Случайный опыт? Случайная находка? Роберт Бойль не был бы настоящим ученым, если бы прошел мимо такого случая. Ученый велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Наконец, ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения. Эксперименты следовали один за другим. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Тогда Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту – фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде. В настоящее время на практике широко применяют следующие индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.

Вывод: очень часто у ученых есть какое-нибудь необычное увлечение, как любовь к цветам, например. На первый взгляд, это «хобби» было совершенно бесполезным и ничем не могло помочь Бойлю в его настоящей профессии. Но было бы ошибочно и далее полагать, что увлечения и наука не взаимосвязаны. Если бы Бойль не любил цветы и, следовательно, не принес бы корзину с фиалками в свою лабораторию, то неизвестно, кто, когда и каким образом открыл бы индикаторы вместо него.

21. Необычное в обычном

Обычный чай – тоже индикатор. Если в стакан с крепким чаем капнуть лимонный сок или растворить несколько кристалликов лимонной кислоты, то чай сразу станет светлее. Если же растворить в чае питьевую соду, раствор потемнеет (пить такой чай, конечно, не следует). Чай же из цветков («каркаде») дает намного более яркие цвета.

§7. Чистые вещества и смеси

Чистые вещества и смеси

Существуют ли абсолютно чистые вещества? Вещества абсолютно чистые, в составе которых нет ни единого постороннего атома или молекулы? В природе таких веществ не существует. Любое вещество содержит определенное количество примесей. Даже хорошо очищенная вода не может считаться чистым веществом, так как в ней растворены кислород, углекислый газ, и другие газы, содержащиеся в воздухе. Все вещества в природе в том или ином виде являются смесями.

Если в веществе содержание посторонних веществ незначительно, то такие вещества условно считают чистыми.

Если из водопроводной воды в значительной мере удалить все растворенные в ней вещества, то такую воду можно считать чистым веществом. Растворимость газов воздуха в воде крайне мала и ею можно пренебречь.

Таким образом, все вещества и материалы в природе можно разделить на индивидуальные вещества и смеси веществ.

Представление о смесях и чистых веществах имели еще древнегреческие ученые. Согласно этим представлениям, чистое вещество состоит из частиц одного вида, а смеси состоят из различных частиц. Итак, чистое вещество состоит из одинаковых молекул, а смеси – из разных.

В смесях веществ свойства отдельных компонентов не меняются.

 

Смеси, в свою очередь, делят на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

Гомогенные смеси можно делить по агрегатному состоянию на твердые, жидкие и газообразные. Например,  воздух  –  это  гомогенная

смесь различных газов. Гомогенными смесями являются сплавы металлов, растворы соли, сахара в воде.

Гетерогенные смеси могут быть различными. Рассмотрим два примера таких смесей. Первая смесь – смесь муки и воды. В данной смеси, после ее перемешивания, частицы муки какое-то время равномерно распределены в воде. Такие смеси называют суспензиями.

 

 

Вторая смесь состоит из воды и подсолнечного масла. Данные жидкости не смешиваются друг с другом. Но если смесь энергично перемешать, то какое-то время капельки масла будут равномерно распределены в воде. Такие смеси называются эмульсиями.

 

Рисунок 41. Суспензия муки в воде

 

Гетерогенные смеси могут состоять и из компонентов, находящихся в одном агрегатном состоянии. Например, смесь песка и древесных опилок – гетерогенная, так как ее компоненты легко различить визуально.

Существует множество способов, при помощи которых смеси веществ можно разделить на отдельные компоненты.

 

Способы разделения смесей

Действие магнита (магнитная сепарация)

Если в состав смеси входят порошки металлов, обладающих магнитными свойствами, то при помощи магнита эти металлы можно извлечь из смеси. Магнитными свойствами обладают такие металлы как железо, кобальт, никель. Необходимо просто рассыпать смесь по ровной поверхности и провести над ней магнитом. Частицы металла притянутся к магниту.

Отстаивание и декантация

Некоторые смеси можно разделить при помощи отстаивания и  последующего  сливания  слоя  жидкости  с  осевшего  вещества

 

 

Рисунок 42. Отделение железных опилок (магнитная сепарация)

(декантации). Данный способ основан на различной плотности веществ. Например, смесь древесных опилок и песка можно разделить при помощи данного метода. Смесь необходимо высыпать в стакан с водой. Тяжелые частицы песка осядут на дно, а легкие опилки будут плавать на поверхности воды. Осторожным сливанием верхнего слоя с опилками смесь будет разделена.

Смесь двух твёрдых веществ, сильно различающихся по плотности, удобно разделять, пропуская через неё поток воды. Раньше так выделяли крупинки золота из измельчённой золотоносной породы. Золотоносный песок помещали на наклонный жёлоб, по которому пускали струю воды.  Поток воды подхватывал и уносил пустую породу, а тяжёлые крупинки золота оседали на дне жёлоба.

Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей можно провести  в   делительной  воронке.  Например,  смесь  бензина  и  воды  или

подсолнечного масла и воды. Такие смеси быстро расслаиваются. При помощи делительной воронки нижний слой жидкости можно аккуратно слить, а верхний слой останется в воронке.

Фильтрование

Рисунок 43. Делительная воронка

Смеси, содержащие нерастворимые в воде вещества, можно разделить фильтрованием. В лаборатории для фильтрования используют стеклянную воронку, в которую вставлен фильтр  —  сложенный  вчетверо  круг  фильтровальной  бумаги.  Фильтровальная  бумага,  в

отличие от обычной, не содержит клеящих веществ, поэтому легко впитывает и пропускает жидкость. Размер пор в ней таков, что позволяет отделять от раствора частицы размером больше 0,01 мм.

Например, смесь из песка и поваренной соли следует всыпать в стакан с водой  и хорошо перемешать стеклянной палочкой до полного растворения соли, песок при этом не растворится. Далее песок необходимо отделить от раствора соли, это можно сделать при помощи фильтрования. Фильтром будет служить специальная фильтровальная бумага.

На рисунке 44 показана последовательность изготовления бумажного фильтра, а на рисунке 45 – процесс фильтрования раствора.

             

Рисунок 44. Изготовление бумажного фильтра

Рисунок 45. Фильтрование раствора

После фильтрования раствора песок остается на бумажном фильтре, а раствор соли будет собран в стакане или колбе.

Фильтрованием легко очистить воду или раствор от попавших туда пылинок и других загрязнений, а также отделить осадок от раствора.

В промышленности в качестве фильтров часто используют ткани. Например, на маслобойных заводах измельчённые семена подсолнечника оборачивают плотной суконной тканью и сжимают между стальными плитами.

Растительное масло проходит через ткань, а внутри остаётся твёрдая масса — жмых.

Выпаривание

Метод выпаривания применяют для выделения растворителя из раствора, концентрирования раствора, кристаллизации растворенных веществ.

Раствор поваренной соли выливают в фарфоровую чашку, помещают в штативное кольцо и нагревают до полного испарения воды.

Перегонка

Способ разделения гомогенных смесей, основанный на различных температурах кипения веществ, называется перегонкой или дистилляцией.

 

 

Рисунок 46.

Выпаривание вещества

Рисунок 47. Перегонка (дистилляция)

Предположим, необходимо разделить смесь спирта и воды. Ни один из ранее рассмотренных способов не годится для разделения этой смеси.

Спирт и вода имеют различные температуры  кипения.  Так,  вода  кипит  при

+100°С а спирт при +78°С. При нагревании такой смеси спирт закипит раньше и начнет испаряться. Пары спирта поступают в холодильник – трубку, охлаждаемую проточной водой. В холодильнике пары спирта  конденсируются  в  жидкость  и

собираются в колбе-приемнике. Вода остается в реакционной колбе. Таким образом, можно отделить спирт от воды. Схема установки для перегонки, представлена на рисунке 47.

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

7.1.	В чем разница между однородными и неоднородными смесями?
7.2.	Приведите  примеры однородных и неоднородных смесей, с	которыми	вы

сталкиваетесь в быту.

Из нижеперечисленных смесей отдельно выпишите однородные и неоднородные: воздух, морская вода, молоко, свежевыжатый апельсиновый сок, раствор сахара в воде, ил в реке, туман, дым, смесь уксуса и воды.

Укажите различие между эмульсиями и суспензиями.

Приведите примеры эмульсий и суспензий.

Укажите способы разделения следующих смесей:

1) смесь песка и железных опилок;                  4) смесь серы, соли и песка;

2) смесь сахара и древесных опилок;              5) смесь оливкового масла и воды;

3) смесь песка, соли и железных опилок;        6) смесь спирта и уксуса.

Из дополнительных источников информации подберите сведения о методе разделения смесей – центрифугировании. В чем суть данного метода?

Предложите смесь, состоящую из трех твердых компонентов, которую можно разделить в такой последовательности: действие магнита ® отстаивание ® выпаривание.

Водопроводная вода – чистое вещество или смесь?

При помощи какого способа разделения смесей можно провести опреснение морской воды?

Почему  нельзя  разделить  смесь  воды  и  уксусной  кислоты  –  столовый  уксус  – фильтрованием или отстаиванием?

Почему не удаётся выделить жир из молока фильтрованием? Как это можно сделать?

Путем тщательного смешивания растертого в мелкий порошок медного купороса с порошкообразной серой можно получить порошок зеленого цвета, кажущийся совершенно однородным. Как отличить такой порошок от порошка малахита?

Герой Ж. Верна капитан Немо рассказывал о составе морской воды: «В ней содержится 96,5% чистой воды, 2,67% хлорида натрия, а далее...». Продолжите рассказ капитана Немо. Как получить из морской воды чистую воду и чистый хлорид натрия?

Как  можно доказать, что воздух  – это смесь веществ, а не химическое соединение? Опишите план эксперимента и свои предполагаемые наблюдения.

Чёрный  порох  состоит  из  угля,  серы  и  калийной  селитры  (вещество,  хорошо растворимое в воде). Как доказать, что это смесь?

Выберите правильное утверждение касательно разделения смесей веществ: А. смесь нельзя разделить на отдельные чистые вещества;

Б. смесь можно разделить на чистые вещества только во время химических реакций;

В. смесь  можно  разделить  на  чистые  вещества,  основываясь  на  отличиях  их  физических свойств;

Г. смесь нельзя разделить на чистые вещества ни одним способом.

Являются ли правильными следующие суждения о чистых веществах и смесях? А. Молоко является чистым веществом.

Б. Гранит является смесью веществ.

1) правильное только А;

2) правильное только Б;

3) правильны оба суждения;

4) оба суждения неправильны.

Установите соответствие между названием метода разделения смеси и его сутью:

	Суть метода разделения смеси		Название метода
1.	сливание жидкости с осадка	А	дистилляция
2.	пропускание неоднородной смеси через пористое тело	Б	декантация
3.	поочередное    выпаривание    разных                          жидкостей с определенной температурой кипения	В	выпаривание
4.	выпаривание жидкости из раствора	Г	фильтрование
		Д	отстаивание

Тип смеси   Метод разделения 1. однородная  смесь жидкостей, которые                    отличаются температурами кипения А отстаивание 2. неоднородная  смесь  жидкости  с  твердым  веществом, которые отличаются плотностью Б дистилляция 3. неоднородная смесь веществ, которые                         отличаются размерами частиц В выпаривание 4. неоднородная  смесь  веществ,  одно  из  которых  является намагничивающимся Г действие магнитом     Д фильтрование

Установите  соответствие  между  типом  смеси  и  методом  разделения  смеси  на составляющие.

Блокнот эрудита

22. Чистота реактивов. Обычно химикам не нужны абсолютно чистые вещества, но иногда посторонние примеси могут мешать выполнению опытов, поэтому на банках с химическими реактивами обязательно указывается степень их чистоты. Этикетка с надписью

«техн.» (технический) указывает на высокое, до нескольких процентов, содержание примесей. Степень чистоты «Ч» (чистый) или «ХЧ» (химически чистый) означает, что примесей мало, меньше 1%. Чистые вещества можно использовать для производства лекарств, а химически чистые – для научных опытов. В некоторых случаях требуются очень чистые вещества, такие реактивы обозначаются «ОСЧ» (особенно чистый), в них содержится меньше 10−6% примесей. Такие вещества нужны для очень точных экспериментов, а также в производстве микросхем для компьютеров. Очистка веществ – это дорогостоящий процесс, поэтому, чем чище вещество, тем оно дороже. Например, особо чистые медь и железо стоят значительно дороже обычного золота.

 

 

Рисунок 48. Образец этикетки химического реактива

23. Очень чистые вещества (имеющие высокую степень чистоты) могут значительно отличаться по свойствам от веществ, имеющих обычную степень чистоты. Так, железо, с которым мы имеем дело каждый день – довольно твердый металл, который ржавеет на воздухе. С повышением степени чистоты характеристики железа сильно меняются: железо с чистотой 99,999% – мягкий металл, который с трудом вступает в химические реакции и практически не ржавеет.

 

 

§8. Практическая работа 3.