Rozdzielanie i identyfikacja substancji

W tym typie doświadczeń należy największą uwagę skupić na ich własnościach fizykochemicznych i różnicach pomiędzy nimi. Może to oczywiste, ale czasem i oczywiste rzeczy trzeba pisać, by lepiej wbiło się do głowy. Mówię fizykochemicznych, a nie tylko chemicznych, bo czasem się zdarza, że substancje są do siebie bardzo podobne i podobnie reagują, ale na przykład mają różne temperatury topnienia lub różną rozpuszczalność w danej substancji. A to też może posłużyć ich odróżnieniu. Złym pomysłem jest skupianie się tylko na jednej stronie. Skoro wiemy już, który z dwóch gazów to chlor, po co bawić się z drugim? Jest kilka powodów.

Tym, który zazwyczaj najbardziej interesuje licealistów jest to, że napisanie reakcji charakterystycznej dla obu odczynników jest punktowane na maturze i jeśli załatwi się tylko jeden, nie dostanie się maksymalnej ilości punktów. Z bardziej laboratoryjnego punktu widzenia czasem jest tak, że reakcja charakterystyczna wychodzi dla jednego z odczynników, a reakcja charakterystyczna na drugi nie wychodzi i jest to sygnał, że przy pierwszej mogliśmy coś sknocić, dlatego otrzymaliśmy pozytywny wynik. "Czynników sknocających" jest wiele i nie będę ich tutaj opisywać, bo to nie jest do końca związane z tematem. Dość jednak powiedzieć, że dobrze jest sobie wyrobić bezpieczny zwyczaj sprawdzania wszystkiego kilka razy.

Niezłym ćwiczeniem jest próba zaprojektowania danego doświadczenia ponownie, ale tym razem innymi reakcjami. Przy odróżnieniach nie zawsze jedna odpowiedź jest możliwa, a sprawia to, że umysł staje się bardziej giętki i gdy na maturze spotkamy się z podobnym zadaniem i (co więcej) będą jeszcze napisane konkretne odczynniki, których trzeba użyć, a które nie będą nam pasowały do pierwszej koncepcji, łatwiej będzie wyjść poza jeden schemat. Ogólnie inne, niestandardowe pomysły, są w naukach ścisłych nagradzane. Naprawdę.

Teraz dość teorii, przejdźmy do przykładów.

1

Zaprojektuj i opisz doświadczenie pozwalające odróżnić roztwór sacharozy od wody destylowanej. W opisie uwzględnij użyte odczynniki i sprzęt, spisz po kolei czynności, obserwacje i wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: dwie parowniczki, palnik
• Opis czynności: do parowniczki nalewamy niewielką ilość pierwszego roztworu i wstawiamy na palnik, a następnie odparowujemy wodę. Obserwujemy to, co pozostało. Analogicznie postępujemy z drugim roztworem
• Obserwacje: po odparowaniu jednego roztworu nic nie pozostało w parowniczce, zaś po odparowaniu drugiego pozostał czarny osad.
• Wnioski: pierwszą substancją była woda, drugą zaś roztwór sacharozy - na dnie parowniczki pozostał zwęglony osad.

2

W jaki sposób doświadczalnie sprawdzić, w której kolbie znajduje się eten, a w której metan? W opisie uwzględnij użyte odczynniki i sprzęt, spisz po kolei czynności, obserwacje i wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: woda bromowa
• Opis czynności: do obu kolb nalewamy kilka kropel wody bromowej, następnie szczelnie je zamykamy i wytrząsamy przez pewien czas
• Obserwacje: w jednym z naczyń woda bromowa uległa odbarwieniu
• Wnioski: substancją, która odbarwiła wodę bromową był eten, który reaguje z bromem w myśl następującej reakcji:
  \[ CH_{2}=CH_{2} + Br_{2} \rightarrow CH_{2}Br-CH_{2}Br \] Metan reaguje z bromem dopiero po bardzo silnym naświetleniu, dlatego nie odbarwił wody bromowej.

3

Dysponujesz jedynie kwasem solnym oraz roztworem wodorotlenku sodu. W jaki sposób sprawdzisz, czy stały siarczan(VI) sodu jest zanieczyszczony następującymi substancjami: węglan sodu, siarczan(VI) amonu.

• Sprzęt i odczynniki: kwas solny, roztwór wodorotlenku sodu oraz probówki
• Opis czynności: do dwóch probówek sypiemy takie same ilości badanej soli, czyli zanieczyszczonego siarczanu(VI) sodu. Następnie do jednej z nich dodajemy nieco kwasu solnego, zaś do drugiego - wodorotlenku sodu.
• Obserwacje: w probówce, do której dodano wodorotlenku zaczął się wydzielać bezbarwny gaz o charakterystycznym, drażniącym zapachu. W probówce, do której dodano kwasu zaczął się wydzielać bezbarwny i bezwonny gaz.
• Wnioski: sól była zanieczyszczona zarówno węglanem sodu, jak i siarczanem(VI) amonu. Substancje te reagowały zgodnie z następującymi równaniami: \[ NH_{4}^{+} + OH^{-} \rightarrow NH_{3}↑ + H_{2}O\\ CO_{3}^{2-} + 2 H^{+} \rightarrow H_{2}O + CO_{2}↑ \] Dodatkowo: w tej analizie można wykorzystać dowolny wodorotlenek lub kwas, jedyny warunek jest taki, że muszą być mocne.

4

Zaproponuj i opisz sposób rozdzielenia dwóch stałych soli: chlorku sodu i siarczanu(VI) baru. W opisie uwzględnij użyte odczynniki i sprzęt, spisz po kolei czynności, obserwacje i wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: palnik, woda destylowana, parowniczka, sączek i lejek, dwie kolby.
• Opis czynności: badaną mieszaninę umieszczamy w kolbie, a następnie dodajemy trochę wody i intensywnie mieszamy. W drugiej kolbie umieszczamy lejek z sączkiem, a następnie przesączamy mieszaninę. Przesącz wlewamy do parowniczki i odparowujemy nad palnikiem.
• Obserwacje: na sączku pozostał biały osad, zaś w kolbie był bezbarwny przesącz. Po odparowaniu wody w parowniczce pozostał biały osad.
• Wnioski: na sączku pozostał siarczan(VI) baru, który jest solą nierozpuszczalną w wodzie. Dobrze rozpuszczalny NaCl został oddzielony w postaci przesączu, a następnie pozostał w parowniczce po odparowaniu wody.

Dodatkowo: to doświadczenie wydaje się krótkie i proste, ale warto je dodatkowo omówić. Składa się ono z trzech ważnych etapów:

1. Ekstrakcji NaCl z mieszaniny za pomocą wody
2. Sączenia w celu rozdzielenia składników różniących się stanem skupienia
3. Odparowania wody w celu strącenia NaCl

By przedstawiona metoda prowadziła do dokładnego rozdzielenia substancji, cały proces należy powtórzyć kilkukrotnie.

5

Zaprojektuj i opisz doświadczenie mające na celu oczyszczenie powietrza z domieszki siarkowodoru. W opisie uwzględnij użyte odczynniki i sprzęt, spisz po kolei czynności, obserwacje i wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: płuczka, roztwór azotanu(V) ołowiu(II) oraz pompka powietrza
• Opis czynności: w płuczce należy umieścić roztwór azotanu(V) ołowiu(II). Następnie płuczkę łączymy z pompką za pomocą węża tak, by przepływające powietrze było wdmuchiwane do roztworu.
• Obserwacje: z końca rurki wewnątrz płuczki wydostają się bąble powietrza, co oznacza, że gaz jest wtłaczany pod powierzchnię roztworu azotanu(V) ołowiu(II). Następnie wypływa on rurką odprowadzającą. Roztwór w płuczce lekko mętnieje, a potem wytrąca się czarny osad.
• Wnioski: obecny w powietrzu siarkowodór reagował z azotanem(V) ołowiu(II) tworząc nierozpuszczalną sól. Wydostający się gaz był pozbawiony zanieczyszczenia siarkowodorem. W roztworze przebiegały następujące reakcje: \[ H_{2}S + Pb(NO_{3})_{2} \rightarrow PbS↓ + 2 HNO_{3}\\ H_{2}S + Pb^{2+} \rightarrow PbS↓ + 2 H^{+} \]

6

Zaprojektuj i opisz doświadczenie mające na celu rozdzielenie mieszaniny aniliny i fenolu. Dysponujesz wodorotlenkiem sodu oraz kwasem solnym. W opisie uwzględnij użyte odczynniki i sprzęt, spisz po kolei czynności, obserwacje i wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: lejek i sączek, dwie kolby i korek
• Opis czynności: badaną mieszaninę umieszczamy w kolbie, a następnie dodajemy roztwór kwasu solnego i intensywnie mieszamy. W drugiej kolbie umieszczamy lejek z sączkiem, a następnie przesączamy mieszaninę. Do przesączu dodajemy trochę wodorotlenku i dekantujemy nierozpuszczalną warstwę, która wytworzyła się na powierzchni.
• Obserwacje: na sączku pozostały bezbarwne kryształy, zaś w kolbie znalazł się bezbarwny przesącz. Po dodaniu wodorotlenku do przesączu na powierzchni cieczy pojawiła się nierozpuszczalna w wodzie ciecz.
• Wnioski: na sączku pozostał fenol, który jest bardzo słabo rozpuszczalny w mocnych kwasach. Anilina roztworzyła się łatwo w kwasie, tworząc odpowiednią sól w myśl reakcji: \[ C_{6}H_{5}NH_{2} + HCl \rightarrow C_{6}H_{5}NH_{3}Cl \] Chlorowodorek aniliny został oddzielony w przesączu. Po dodaniu wodorotlenku ponownie powstała anilina zgodnie z reakcją: \[ C_{6}H_{5}NH_{3}Cl + NaOH \rightarrow C_{6}H_{5}NH_{2} + NaCl + H_{2}O \] Dodatkowo: to rozdzielenie można prowadzić w odwrotnej kolejności, to znaczy najpierw dodać wodorotlenku, by rozpuścił się fenol, a następnie kwasu, by ponownie go wytrącić.

7

Zaprojektuj i opisz doświadczenie mające na celu oczyszczenie powietrza z tlenku siarki(VI). W opisie uwzględnij użyte odczynniki i sprzęt, spisz po kolei czynności, obserwacje i wnioski.

• Sprzęt i odczynniki: płuczka, roztwór NaOH oraz pompka powietrza
• Opis czynności: w płuczce należy umieścić roztwór wodorotlenku sodu. Następnie płuczkę łączymy z pompką za pomocą węża tak, by przepływające powietrze było wdmuchiwane do roztworu.
• Obserwacje: z końca rurki wewnątrz płuczki wydostają się bąble powietrza, co oznacza, że gaz jest wtłaczany pod powierzchnię roztworu wodorotlenku sodu. Następnie wypływa on rurką odprowadzającą.
• Wnioski: tlenek siarki(VI) zawarty w powietrzu ma charakter kwasowy, więc reaguje z zawartym w wodzie wodorotlenkiem sodu tworząc nielotną, dobrze rozpuszczalną w wodzie sól. Po wyjściu z płuczki gaz jest pozbawiony zanieczyszczenia tlenkiem siarki(VI). Reakcja z NaOH przebiega następująco: \[ SO_{2} + 2 NaOH \rightarrow Na_{2}SO_{3} + H_{2}O\\ SO_{2} + 2 OH^{-} \rightarrow SO_{3}^{2-} + H_{2}O \]