Номер 437, страница 99 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

437. Плотность этанола при $20 \text{ °C}$ равна $0,79 \text{ г/см}^3$, плотность н-гексана — $0,65 \text{ г/см}^3$, плотность воды — $1 \text{ г/см}^3$.

а) Что будет наблюдаться, если смешать этанол с водой?

б) Что будет наблюдаться, если смешать н-гексан с водой?

в) Какие из способов, показанных на рисунках 1—4, следует использовать для разделения смесей, полученных в пунктах а) и б):

Дано:

Плотность этанола $ρ_{эт} = 0,79 \text{ г/см}^3$
Плотность н-гексана $ρ_{гекс} = 0,65 \text{ г/см}^3$
Плотность воды $ρ_{в} = 1 \text{ г/см}^3$

Перевод в систему СИ:

$ρ_{эт} = 790 \text{ кг/м}^3$
$ρ_{гекс} = 650 \text{ кг/м}^3$
$ρ_{в} = 1000 \text{ кг/м}^3$

Найти:

а) Что будет наблюдаться при смешивании этанола с водой.
б) Что будет наблюдаться при смешивании н-гексана с водой.
в) Способы разделения смесей из пунктов а) и б) согласно рисункам 1-4.

Решение:

а) Что будет наблюдаться, если смешать этанол с водой?
Этанол (этиловый спирт, $C_2H_5OH$) и вода ($H_2O$) являются полярными жидкостями. Молекулы этанола и воды способны образовывать друг с другом водородные связи, что обуславливает их неограниченную взаимную растворимость. При смешивании этанола с водой образуется гомогенная (однородная) смесь — прозрачный раствор без видимой границы раздела фаз.

Ответ: При смешивании этанола с водой образуется однородный раствор.

б) Что будет наблюдаться, если смешать n-гексан с водой?
Н-гексан ($C_6H_{14}$) является неполярным веществом (алканом), в то время как вода ($H_2O$) — полярным растворителем. Согласно правилу "подобное растворяется в подобном", неполярные и полярные вещества практически не смешиваются друг с другом. Поэтому при смешивании н-гексана с водой образуется гетерогенная (неоднородная) смесь. Плотность н-гексана ($ρ_{гекс} = 0,65 \text{ г/см}^3$) меньше плотности воды ($ρ_{в} = 1 \text{ г/см}^3$), поэтому после отстаивания смесь разделится на два слоя: н-гексан будет образовывать верхний слой, а вода — нижний.

Ответ: При смешивании н-гексана с водой образуется неоднородная смесь, которая расслаивается на два слоя: верхний — н-гексан, нижний — вода.

в) Какие из способов, показанных на рисунках 1—4, следует использовать для разделения смесей, полученных в пунктах а) и б)?
Для разделения полученных смесей необходимо выбрать методы, соответствующие их физическим свойствам.

Смесь из пункта а) (этанол и вода) является гомогенной смесью (раствором) двух жидкостей с разными температурами кипения (температура кипения этанола ≈ 78,4 °C, воды — 100 °C). Такие смеси разделяют методом дистилляции (перегонки). Этому методу соответствует установка, изображенная на рисунке 4.

Смесь из пункта б) (н-гексан и вода) является гетерогенной смесью двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью. Такие смеси разделяют методом отстаивания с помощью делительной воронки. Этому методу соответствует установка, изображенная на рисунке 1.

На других рисунках показаны: 2) фильтрование (для разделения нерастворимого твердого вещества и жидкости) и 3) выпаривание (для выделения растворенного твердого вещества из раствора), которые в данном случае не применимы.

Ответ: Для разделения смеси этанола и воды (пункт а) следует использовать способ, показанный на рисунке 4 (дистилляция). Для разделения смеси н-гексана и воды (пункт б) следует использовать способ, показанный на рисунке 1 (разделение с помощью делительной воронки).