Практическая работа 2. Очистка загрязнённой поваренной соли

Определения и обозначения

Растворение — переход поваренной соли в раствор при смешивании с водой. Частицы соли распределяются между частицами воды, а песок остаётся твёрдым. Это свойство позволяет отделить растворимую соль от нерастворимой примеси.

Фильтрование — разделение смеси с помощью фильтра. Нерастворимые частицы, например песчинки, задерживаются на фильтре, а жидкость с растворёнными веществами проходит через него. Такой способ нужен, чтобы убрать песок из раствора соли.

Выпаривание — удаление растворителя из раствора при нагревании. В данном опыте растворителем является вода, а соль остаётся в посуде. Выпаривание позволяет вернуть растворённое вещество в твёрдое состояние.

Кристаллизация — образование кристаллов растворённого вещества при удалении растворителя или охлаждении раствора. Кристаллы соли появляются, когда воде становится трудно удерживать всё растворённое вещество. Этот процесс можно использовать вместо полного выпаривания.

Как это устроено

Соль и песок сначала смешаны в виде твёрдых частиц, поэтому сразу пропустить их через фильтр недостаточно: оба вещества останутся на нём. Вода нужна потому, что соль в ней растворяется, а песок не меняет агрегатное состояние и не переходит в раствор. Значит, вода превращает смесь в такую систему, где компоненты можно разделить уже другим способом.

Для приготовления раствора к смеси добавляют небольшое количество воды и перемешивают. При перемешивании вода соприкасается с кристаллами соли, и они постепенно исчезают, переходя в раствор. Большой избыток воды не нужен: он не улучшает разделение песка, но увеличивает время последующего выпаривания.

Затем смесь аккуратно пропускают через фильтр. Песчинки крупнее пор фильтра задерживаются, потому что не могут пройти вместе с жидкостью, а вода с растворённой солью проходит вниз. Нельзя лить слишком быстро и захватывать осадок со дна, иначе песок попадёт в фильтрат и раствор останется мутным.

Раствор соли нагревают, чтобы ускорить испарение воды и уменьшить объём жидкости. По мере удаления воды концентрация соли растёт, поэтому растворённым частицам становится легче соединяться в твёрдое вещество. Нагревательный прибор используют только по инструкции, а горячую посуду берут щипцами или специальными держателями и не наклоняются над кипящей жидкостью.

Когда часть воды удалена, раствор можно охладить или продолжить осторожное испарение. При охлаждении и уменьшении количества воды раствор уже не способен удерживать прежнее количество соли, поэтому появляются кристаллы. Если выпаривать слишком резко, соль может разбрызгиваться, а кристаллы получатся мелкими и могут прилипнуть к посуде.

Как компоненты смеси ведут себя при очистке поваренной соли

Таблица показывает, какое превращение происходит с каждым компонентом на разных этапах. По ней удобно проверить порядок действий: сначала ищут вещество, которое растворяется, затем отделяют нерастворимый остаток и в конце удаляют воду из фильтрата. Фильтрат не является чистой водой, потому что в нём содержится растворённая соль.

Разбор задач

Задача 1. Выбор первого действия

В смеси находятся поваренная соль и песок. Нужно указать, с какого действия начать очистку и объяснить выбор. Сначала сравним свойства компонентов, а не будем выбирать способ случайно.

1. Определим растворимость веществ: соль растворяется в воде, песок — нет.
2. Добавим к смеси немного воды и перемешаем, чтобы соль перешла в раствор.
3. После этого песок можно отделить фильтрованием, потому что он останется твёрдым осадком.

Ответ: очистку начинают с добавления воды и перемешивания. Соль растворяется, а песок не растворяется, поэтому их можно разделить фильтрованием.

Задача 2. Получение очищенной соли

Нужно отделить песок от раствора соли и получить очищенную соль. Для этого важно выстроить операции так, чтобы песок не попал обратно в жидкость, а соль не осталась на фильтре. Рассуждаем по свойствам смеси и назначению каждого этапа.

1. Добавляем к загрязнённой соли небольшое количество воды и перемешиваем до растворения соли.
2. Аккуратно переносим смесь на фильтр, не выливая песок вместе с жидкостью.
3. Собираем фильтрат — раствор соли, а песок оставляем на фильтре.
4. Нагреваем фильтрат осторожно, удаляя воду, либо выпариваем только часть воды и затем охлаждаем раствор для кристаллизации.
5. После образования кристаллов отделяем их от оставшейся жидкости и просушиваем.

Ответ: правильная последовательность такова: растворение, фильтрование, выпаривание или кристаллизация, затем сушка соли. Песок удаляется на стадии фильтрования, а соль выделяется из фильтрата после удаления воды.

Задача 3. Мутный фильтрат и песчинки в соли

После фильтрования раствор оказался мутным, а в полученной соли видны песчинки. Это значит, что разделение прошло не полностью. Нужно отдельно выяснить причину мутности и причину загрязнения твёрдого продукта.

1. Проверяем фильтр: он мог порваться, неправильно прилегать к воронке или иметь слишком крупные поры.
2. Проверяем способ переливания: жидкость могли лить слишком быстро или вместе с песком со дна.
3. Повторно фильтруем мутный раствор через новый фильтр, не перенося осадок.
4. Если песок уже оказался в соли, растворяем полученный продукт в воде и снова фильтруем до выпаривания.

Ответ: вероятные причины — повреждённый фильтр, быстрое переливание или перенос осадка. Исправление состоит в повторном качественном фильтровании, после которого соль снова выделяют из чистого фильтрата.

Типичные ошибки

Нагревать исходную смесь до фильтрования — неверно, потому что соль ещё не растворена и может остаться вместе с песком. Так иногда делают, путая нагревание с первым этапом разделения. Проверьте себя: перед фильтрованием соль должна находиться в растворе, а песок — в осадке.

Считать, что фильтр задержит растворённую соль — ошибка в понимании работы фильтра. Растворённые частицы проходят через поры вместе с водой, поэтому соль окажется в фильтрате. Проверьте себя: фильтр удаляет песок, но не выделяет соль из раствора.

Переливать смесь слишком быстро или вместе с осадком опасно для чистоты фильтрата. Поток может разрушить фильтр, а песчинки попадут в собранный раствор. Проверяйте себя: лейте жидкость по стенке и оставляйте осадок в исходной посуде.

Допускать сильное разбрызгивание или брать горячую посуду руками нельзя из-за риска ожога и потери вещества. Ошибку допускают, когда стараются ускорить выпаривание или не используют держатель. Проверяйте себя: нагрев должен быть умеренным, а горячую посуду перемещают только специальным приспособлением.

Связь с другими темами

Для этой работы нужно знать, что вещества имеют разную растворимость в воде. Раствор состоит из растворителя и растворённого вещества: здесь вода является растворителем, а соль — растворённым веществом. Эти знания помогают заранее выбрать подходящий способ разделения смеси.

Фильтрование и выпаривание применяют не только в школьной лаборатории, но и при очистке веществ и обработке растворов. Различие растворимости подсказывает, какое вещество сначала перевести в раствор. Затем используют свойства оставшегося осадка и растворителя, чтобы завершить разделение.

Что запомнить

• Соль растворяется в воде, песок — нет.
• Сначала растворяют соль, затем отделяют песок фильтрованием.
• Раствор соли, прошедший через фильтр, называют фильтратом.
• Фильтр задерживает нерастворимые частицы, но не растворённую соль.
• Чтобы получить соль из раствора, удаляют воду выпариванием или выращивают кристаллы.
• Нагревать раствор и обращаться с горячей посудой нужно осторожно.