| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Назовите соответствующее оборудование для измерения времени, температуры, массы и объема, включая: (a) секундомеры (b) термометры (c) весы (d) бюретки (e) объемные пипетки (f) мерные цилиндры (g) газометрические шприцы | |
| 2 Предложите преимущества и недостатки экспериментальных методов и оборудования | |
| 3 Опишите: (a) растворитель как вещество, растворяющее растворенное вещество; (b) растворенное вещество как вещество, которое растворяется в растворителе; (c) раствор как смесь одного или нескольких растворенных веществ, растворенных в растворителе; (d) насыщенный раствор как раствор, содержащий максимальную концентрацию растворенного вещества, растворенного в растворителе при указанной температуре; (e) осадок как вещество, остающееся после испарения, дистилляции, фильтрации или любого аналогичного процесса; (f) фильтрат как жидкость или раствор, прошедший через фильтр |
Экспериментальные методы и химический анализ
Химия IGCSE · Тема 12
13:26
Экспериментальные методы
Вам дают неизвестный белый порошок и бесцветный раствор. Без этикеток. Как узнать, что это? Химия дает вам набор инструментов следователя: добавьте…
Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
12.1
Экспериментальный дизайн
Программа
Источник: Программа Cambridge International
Приборы
Вы должны знать, какой прибор использовать для каждого измерения:
| Измерение | Прибор |
|---|---|
| время | секундомер |
| температура | термометр |
| масса | весы |
| объем (точный) | бюретта или мерный пипетчик |
| объем (приблизительный) | мерный цилиндр |
| объем газа | газовый шприц |
Ключевые слова
Эти слова используются во всей практической химии:
- Растворитель — это вещество, растворяющее растворенное вещество.
- Растворенное вещество — это вещество, которое растворяется в растворителе.
- Раствор — это смесь одного или нескольких растворенных веществ, растворенных в растворителе.
- Насыщенный раствор содержит максимальное количество растворенного вещества, способного раствориться при данной температуре.
- Осадок/остаток — это вещество, оставшееся после выпаривания, перегонки или фильтрации.
- Фильтрат — это жидкость, прошедшая через фильтр.
Исследовать
Маршрут планирования эксперимента
Следуйте принципам честного теста от вопроса до надежного вывода.
12.2
Титрование кислот и оснований
Программа
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите кислотно-основное титрование, включая использование: (a) бюретки (b) объемной пипетки (c) подходящего индикатора | |
| 2 Опишите, как определить точку эквивалентности титрования с помощью индикатора |
Источник: Программа Cambridge International
Титрование определяет точный объем одного раствора, который реагирует с другим.
- Используйте мерный пипетчик для измерения фиксированного объема одного раствора в колбе.
- Добавьте несколько капель подходящего индикатора.
- Добавляйте другой раствор из бюретки медленно, пока цвет не изменится.
Конечная точка — это момент изменения цвета индикатора, что указывает на полное завершение реакции. Вы снимаете показания с бюретки, чтобы найти добавленный объем.
Исследовать
Кислотно-основное титрование
pH скакает в точке эквивалентности
Отслеживайте pH по мере добавления основания — он резко меняется в нейтральной области в точке эквивалентности.
Словарь
Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| titration/taɪˈtreɪʃn/ | титрование |
| indicator/ˈɪndɪkeɪtə/ | индикатор |
| end-point/end pɔɪnt/ | конец титрования |
12.3
Хроматография
Программа
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите, как бумажная хроматография используется для разделения смесей растворимых окрашенных веществ с помощью подходящего растворителя | 3 Опишите, как бумажная хроматография используется для разделения смесей растворимых бесцветных веществ с помощью подходящего растворителя и обнаруживающего агента. Знание конкретных обнаруживающих агентов не требуется |
| 2 Интерпретируйте простые хроматограммы для идентификации: (a) неизвестных веществ путем сравнения с известными веществами (b) чистых и загрязненных веществ | 4 Уравняйте и используйте уравнение для $R_{\text{f}}$: $$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance travelled by substance}}{\text{distance travelled by solvent}}$$ |
Источник: Программа Cambridge International
Бумажная хроматография разделяет смесь растворимых веществ. Вы наносите каплю смеси внизу бумаги, затем помещаете бумагу в растворитель. По мере подъема растворителя по бумаге вещества смещаются на разные расстояния, благодаря чему происходит разделение.
- Для окрашенных веществ вы можете видеть пятна напрямую.
- Для бесцветных веществ необходимо распылить проявитель (лоцирующий агент), чтобы сделать пятна видимыми.
Полученная бумага представляет собой хроматограмму. Её можно использовать для того, чтобы:
- идентифицировать неизвестное вещество, сравнивая его с известными образцами;
- определить чистоту вещества (чистое вещество даёт только одно пятно).
Вы также можете рассчитать значение $R_{\text{f}}$ для пятна:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the substance}}{\text{distance moved by the solvent}}$$
Разобранный пример. На хроматограмме фронт растворителя поднялся на 8,0 см от базовой линии, а пятно переместилось на 6,0 см. Найдите его значение $R_{\text{f}}$.
$$R_{\text{f}} = \frac{6.0}{8.0} = 0.75$$
Оба расстояния измеряются от базовой линии (карандашной чертой), а расстояние до пятна берётся до её центра. Значение $R_{\text{f}}$ не имеет единиц измерения и всегда меньше 1, так как пятно никогда не может пройти дальше растворителя, который его несёт; если результат больше 1, значит, расстояния были поделены друг на друга в неправильном порядке.
Исследовать
Маршрут хроматографии
Наблюдайте разделение смеси по мере движения фронта растворителя.
Словарь
Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| stop-watch/stɒp wɒtʃ/ | секундомер |
| thermometer/θɜːˈmɒmɪtə/ | термометр |
| balance/ˈbæləns/ | баланс |
| burette/bjʊəˈret/ | бюретка |
| volumetric pipette/ˌvɒljuːˈmetrɪk pɪˈpet/ | мензурка для объемного пипетирования |
| measuring cylinder/ˈmeʒərɪŋ ˈsɪlɪndə/ | мерный цилиндр |
| gas syringe/ɡæs sɪˈrɪndʒ/ | газовый шприц |
| solvent/ˈsɒlvənt/ | растворитель |
| solute/ˈsɒljuːt/ | растворённым веществом |
| solution/səˈluːʃn/ | раствором |
| saturated solution/ˈsætʃəreɪtɪd səˈluːʃn/ | насыщенный раствор |
| paper chromatography/ˈpeɪpə krəʊməˈtɒɡrəfi/ | бумажная хроматография |
| locating agent/ləʊˈkeɪtɪŋ ˈeɪdʒənt/ | локализирующий агент |
| chromatogram/krəʊˈmætəɡræm/ | хроматограмма |
12.4
Разделение и очистка
Программа
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите и объясните методы разделения и очистки с использованием: (a) подходящего растворителя (b) фильтрации (c) кристаллизации (d) простой дистилляции (e) фракционной дистилляции | |
| 2 Предложите подходящие методы разделения и очистки, имея информацию о вовлеченных веществах | |
| 3 Идентифицируйте вещества и оцените их чистоту, используя данные о температурах плавления и кипения |
Источник: Программа Cambridge International
Метод выбирается в зависимости от смеси:
| Метод | Применяется для разделения |
|---|---|
| растворение в подходящем растворителе, затем фильтрование | нерастворимого твёрдого вещества из жидкости |
| кристаллизация | растворимого твёрдого вещества из его раствора |
| простая перегонка | растворителя (жидкости) из раствора |
| фракционная перегонка | двух или более жидкостей с разными температурами кипения |
Чистоту вещества можно проверить по его температуре плавления и температуре кипения: чистое вещество плавится и кипит при строго определённых температурах, тогда как примеси снижают температуру плавления и повышают температуру кипения.
Исследовать
Лабораторный метод разделения
Выберите метод, соответствующий смеси.
Словарь
Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| residue/ˈresɪdjuː/ | остаток |
| filtrate/ˈfɪltreɪt/ | фильтрат |
| filtration/fɪlˈtreɪʃn/ | фильтрация |
| crystallisation/ˌkrɪstəlaɪˈzeɪʃn/ | кристаллизация |
| simple distillation/ˈsɪmpl dɪstɪˈleɪʃn/ | простой дистилляции |
| fractional distillation/ˈfrækʃənl dɪstɪˈleɪʃn/ | фракционная перегонка |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | температура плавления |
| boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ | температура кипения |
| anion/ˈænaɪən/ | анион |
| carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ | карбонат |
| carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ | углекислый газ |
| chloride/ˈklɔːraɪd/ | хлорид |
| nitric acid/ˈnaɪtrɪk ˈæsɪd/ | азотной кислоты |
| silver nitrate/ˈsɪlvə ˈnaɪtreɪt/ | нитрат серебра |
| bromide/ˈbrəʊmaɪd/ | бромид |
| iodide/ˈaɪədaɪd/ | иодид |
| nitrate/ˈnaɪtreɪt/ | нитрат |
| aluminium/ˌæljʊˈmɪnɪəm/ | алюминий |
| sodium hydroxide/ˈsəʊdɪəm haɪˈdrɒksaɪd/ | гидроксид натрия |
| ammonia/æˈməʊnɪə/ | аммиак |
| sulfate/ˈsʌlfeɪt/ | сульфат |
| barium nitrate/ˈbeərɪəm ˈnaɪtreɪt/ | нитрат бария |
| sulfite/ˈsʌlfaɪt/ | сульфит |
| potassium manganate(VII)/pəˈtæsɪəm ˈmæŋɡəneɪt/ | перманганат калия(VII) |
| cation/ˈkætaɪən/ | катион |
12.5
Идентификация ионов и газов
Программа
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите тесты для идентификации анионов: (a) карбонат, $\text{CO}_3^{2-}$, по реакции с разбавленной кислотой и последующей проверке на углекислый газ; (b) хлорид, $\text{Cl}^-$, бромид, $\text{Br}^-$, и йодид, $\text{I}^-$, по подкислению разбавленной азотной кислотой и последующему добавлению водного раствора нитрата серебра; (c) нитрат, $\text{NO}_3^-$, по восстановлению фольгой алюминия и водным раствором гидроксида натрия и последующей проверке на аммиак; (d) сульфат, $\text{SO}_4^{2-}$, по подкислению разбавленной азотной кислотой и последующему добавлению водного раствора нитрата бария; (e) сульфит, $\text{SO}_3^{2-}$, по реакции с подкисленным водным раствором перманганата калия(VII) | |
| 2 Опишите тесты с использованием водного гидроксида натрия и водного аммиака для идентификации водных катионов: (a) алюминий, $Al^{3+}$ (b) аммоний, $NH_4^+$ (c) кальций, $Ca^{2+}$ (d) хром(III), $Cr^{3+}$ (e) медь(II), $Cu^{2+}$ (f) железо(II), $Fe^{2+}$ (g) железо(III), $Fe^{3+}$ (h) цинк, $Zn^{2+}$ | |
| 3 Опишите тесты для идентификации газов: (a) аммиак, $NH_3$, с использованием влажной красной бумажки лакмуса (b) углекислый газ, $CO_2$, с использованием известковой воды (c) хлор, $Cl_2$, с использованием влажной бумажки лакмуса (d) водород, $H_2$, с использованием зажжённой спички (e) кислород, $O_2$, с использованием тлеющей спички (f) сернистый газ, $SO_2$, с использованием подкисленной водной перманганата калия(VII) | |
| 4 Опишите использование пробирки на огне для идентификации катионов: (a) литий, $Li^+$ (b) натрий, $Na^+$ (c) калий, $K^+$ (d) кальций, $Ca^{2+}$ (e) барий, $Ba^{2+}$ (f) медь(II), $Cu^{2+}$ |
Источник: Программа Cambridge International
Тесты на анионы
Анион — это отрицательный ион.
| Анион | Тест | Результат |
|---|---|---|
| карбонат ($\text{CO}_3^{2-}$) | добавьте разбавленную кислоту | шипение; газ мутит известковую воду (углекислый газ) |
| хлорид ($\text{Cl}^-$) | добавьте разбавленную азотную кислоту, затем нитрат серебра | белый осадок |
| бромид ($\text{Br}^-$) | добавьте разбавленную азотную кислоту, затем нитрат серебра | кремовый осадок |
| иодид ($\text{I}^-$) | добавьте разбавленную азотную кислоту, затем нитрат серебра | желтый осадок |
| нитрат ($\text{NO}_3^-$) | добавьте фольгу из алюминия и гидроксид натрия, нагрейте | выделяется газ аммиак |
| сульфат ($\text{SO}_4^{2-}$) | добавьте разбавленную азотную кислоту, затем нитрат бария | белый осадок |
| сульфит ($\text{SO}_3^{2-}$) | добавьте подкисленный перманганат калия(VII) | фиолетовый цвет исчезает |
Тесты на катионы
Катион — это положительный ион. Добавьте гидроксид натрия в водном растворе или аммиачную воду и посмотрите на образовавшийся осадок.
| Катион | С гидроксидом натрия | С аммиачной водой |
|---|---|---|
| алюминий ($\text{Al}^{3+}$) | белый, растворяется в избытке | белый, не растворяется |
| аммоний ($\text{NH}_4^+$) | выделяется газ аммиак при нагревании | — |
| кальций ($\text{Ca}^{2+}$) | белый, не растворяется | осадок не образуется |
| хром(III) ($\text{Cr}^{3+}$) | зелёный, растворяется в избытке | зелёный, не растворяется |
| медь(II) ($\text{Cu}^{2+}$) | светло-голубой, не растворяется | светло-голубой, растворяется до тёмно-синего |
| железо(II) ($\text{Fe}^{2+}$) | зелёный, не растворяется | зелёный, не растворяется |
| железо(III) ($\text{Fe}^{3+}$) | красно-коричневый, не растворяется | красно-коричневый, не растворяется |
| цинк ($\text{Zn}^{2+}$) | белый, растворяется в избытке | белый, растворяется в избытке |
Тесты на газы
| Газ | Тест | Результат |
|---|---|---|
| аммиак ($\text{NH}_3$) | влажная красная бумажка лакмуса | синеет |
| углекислый газ ($\text{CO}_2$) | пропустить через известковую воду | мутнеет |
| хлор ($\text{Cl}_2$) | влажная бумажка лакмуса | обесцвечивается (становится белой) |
| водород ($\text{H}_2$) | зажжённая спичка | горит со свистом |
| кислород ($\text{O}_2$) | тлеющая спичка | вспыхивает |
| диоксид серы ($\text{SO}_2$) | подкисленный перманганат калия(VII) | фиолетовый цвет исчезает |
Проба на окрашивание пламени
Проба на окрашивание пламени позволяет идентифицировать некоторые металлические катионы по цвету, который они придают пламени:
| Катион | Цвет пламени |
|---|---|
| литий ($\text{Li}^+$) | красный |
| натрий ($\text{Na}^+$) | жёлтый |
| калий ($\text{K}^+$) | лиловый (фиолетовый) |
| кальций ($\text{Ca}^{2+}$) | оранжево-красный |
| барий ($\text{Ba}^{2+}$) | светло-зелёный |
| медь(II) ($\text{Cu}^{2+}$) | сине-зелёный |
Исследовать
Лаборатория тестирования ионов и газов
Соотнесите наблюдения теста с присутствующим ионом или газом.
Словарь
Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ | осадком |
| ammonium/æˈməʊnɪəm/ | аммоний |
| calcium/ˈkælsɪəm/ | кальций |
| chromium/ˈkrəʊmɪəm/ | хром |
| copper/ˈkɒpə/ | медь |
| iron/ˈaɪən/ | железа |
| zinc/zɪŋk/ | цинка |
| litmus/ˈlɪtməs/ | лакмус |
| limewater/ˈlaɪmwɔːtə/ | известковая вода |
| chlorine/ˈklɔːriːn/ | хлор |
| hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ | водород |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | кислородом |
| flame test/fleɪm test/ | проба на пламени |
| lithium/ˈlɪθɪəm/ | литий |
| sodium/ˈsəʊdɪəm/ | натрий |
| potassium/pəˈtæsɪəm/ | калий |
| barium/ˈbeərɪəm/ | барий |
12.5
Советы для экзамена
- Выбирайте оборудование по типу измерения: бюретка или пипетка для точных объёмов, мерный цилиндр для грубого объёма, газовый шприц для объёма газа, весы для массы.
- $R_f = \dfrac{\text{distance moved by the substance}}{\text{distance moved by the solvent}}$, поэтому он всегда меньше 1. Чистое вещество даёт одно пятно.
- Выучите тесты на анионы: карбонат шипит, а выделяющийся газ мутит известковую воду; галогениды с нитратом серебра дают хлорид белый, бромид кремовый, иодид жёлтый осадок; сульфат дает белый осадок с нитратом бария.
- Изучите тесты на газы: водород даёт характерный писк, кислород заставляет тлеющую спичку вспыхнуть, углекислый газ мутнеет в известковой воде, хлор обесцвечивает влажную индикаторную бумагу, аммиак окрашивает влажную красную индикаторную бумагу в синий цвет.
- Для определения катионов добавьте гидроксид натрия и определите цвет осадка: медь(II) — светло-голубой, железо(II) — зелёный, железо(III) — красно-коричневый.
Интерактивные уроки по этой теме
Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.