Практична робота 2. Розділення й очищення речовин. Перекристалізація. Екстракція

Урок 54. Практична робота 2. Розділення й очищення речовин. Перекристалізація. Екстракція

---

Мета уроку: Закріпити знання про методи очищення органічних речовин; навчити проводити перекристалізацію та екстракцію на прикладах безпечних речовин. 

Очікувані результати для вчителя:

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• органічні речовини
• розділення
• очищення
• перекристалізація
• екстракція

План уроку

1.  Інструктаж з техніки безпеки 
2. Теоретичні основи перекристалізації та екстракції 
3. Практична частина:
   • Перекристалізація твердої речовини 
   • Рідинно-рідинна екстракція 
4. Рефлексія 

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 3 хв

Під час роботи необхідно:

• дотримуватися інструкцій учителя; користуватися захисними окулярами та халатом;
• уникати потрапляння реактивів на шкіру;
• Нагрівайте розчини обережно, без перегріву та бризок.
• Не нагрівайте  закриті посудини.
• Посуд із гарячим розчином тримайте тримачем або щипцями.
• Фільтрування гарячого розчину проводьте обережно, щоб уникнути опіків.
• Лійку ставте стійко, фільтр не заповнюємо «до країв».
• Лійку не спрямовуйте  на себе або інших.
• Струшуйте лійку обережно, тримаючи пробку та кран.
• Періодично відкривайте кран, щоб знизити тиск.
• Рідини зливайте повільно, щоб не змішати шари.
• При використанні органічних розчинників,  працюйте  лише у провітрюваному приміщенні.
• Не використовуйте відкритий вогонь біля органічних розчинників.
• Всі операції з легкозаймистими та токсичними розчинниками проводьте у витяжній шафі.
• Уникайте  відкритого вогню при перекристалізації.

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 7 хв.

Для підготовки учнів до виконання практичної роботи можна скористатися технологією «перевернутого навчання» та напередодні уроку запропонувати здобувачам освіти детальніше ознайомитися з теоретичними відомостями  з теми, наприклад, прочитати про методи виділення та очищення органічних сполук (фільтрування, дистиляцію, хроматографію, перекристалізацію, екстракцію) з ресурсу: https://studfile.net/preview/9763606/page:7

У природі та техніці рідко зустрічаються абсолютно чисті речовини. Найчастіше ми маємо справу із сумішами. Для одержання чистих речовин використовують різні методи: фільтрування, відстоювання, випарювання, дистиляцію, хроматографію, перекристалізацію, екстракцію тощо.

Перекристалізація – це метод очищення твердих речовин, що ґрунтується на різній розчинності речовини у гарячому та холодному розчиннику. Перекристалізація як метод очищення речовин найчастіше використовується в лабораторному практикумі. Даний метод застосовується для твердих речовин, розчинність яких сильно збільшується при підвищенні температури. Перш ніж розпочинати процес перекристалізації необхідно правильно підібрати розчинник: речовина повинна погано розчинятися в ньому на холоді, але при нагріванні розчинність має зростати. При цьому домішки мають бути більш розчинними, ніж основна речовина. Спершу, при підвищенні температури, отримують розчин близький до насичення, далі проводять його охолодження. При цьому, внаслідок зменшення розчинності, частина розчиненої речовини виділяється у вигляді кристалів. Чим вища концентрація розчиненої речовини у гарячому насиченому розчині, тим більше його виділяється при охолодженні.  .  

Екстракція – це метод розділення, який базується на різній розчинності речовини в двох рідинах, що не змішуються між собою (наприклад, вода та органічний розчинник). Екстракція – спосіб розділення сумішей, що оснований на різному розподіленні речовини між двома рідинами, що не змішуються між собою і відрізняються за густиною. Розрізняють дискретну екстракцію (в апараті Сокслета чи струшуванням в ділильній лійці) чи безперервну екстракцію. Екстракцію використовують для вилучення речовин із природної сировини,  для розділення сумішей, для очищення від домішок, при промивці органічних речовин від кислот чи лугів, для розділення неполярних і полярних органічних сполук та ін.

Завдання. Дайте відповіді на запитання:

1. Що таке суміш? 
2. Які способи розділення сумішей вам відомі?
3. На яких властивостях речовин ґрунтується перекристалізація?
4. На яких властивостях ґрунтується екстракція?
5. Чому для екстракції використовують рідини, які не змішуються між собою?

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 32 хв.

Ви можете обрати для екстрагування іншу речовину та інший розчинник. Наприклад:

Екстрагування бензойної кислоти Для одержання бензойної кислоти влити у ділильну лійку 1-2 мл розчину натрій бензоату, додати 2-3 краплі концентрованої хлоридної кислоти. В результаті реакції обміну утворюються білі кристали бензойної кислоти: С6Н5СООNa + НСl = С6Н5СООН + NaСl .

Щоб виділити кислоту з водного розчину в лійку влити 5-6 мл діетилового етеру та інтенсивно перемішати. Бензойна кислота краще розчиняється в етері, тому переходить в нього з водного розчину. Ділильну лійку закріпити лапці штатива, дати суміші відстоятися. Водний і етерний шари не змішуються, тому чітко видно межу їх поділу. Далі зняти корок з лійки, відкрити кран і злити нижній водний шар суміші в стакан чи колбу. Кілька крапель етерної витяжки помістити на годинникове скельце і поставити у витяжну шафу для випаровування етеру. Через деякий час на склі утворюються кристали бензойної кислоти.

3. 1. Перекристалізація твердої речовини

Мета: очистити забруднену тверду речовину методом перекристалізації.

Хімічний посуд та обладнання: 

1. хімічна склянка або колба (75 – 100 мл);
2. скляна лійка;
3. скляна паличка;
4. колба або склянка для фільтрату;
5. промивальниця з водою;
6. нагрівальний прилад; 
7. паперові фільтри; 
8. штатив з кільцем; 
9. тримач;
10. кристалізатор. 

Реактиви:

1. бензойна кислота  1 г 
2. (бензойна кислота – кристалічна речовина білого кольору; розчинність у воді за 10^oС – 2,7 г   у 100 мл води, за 100^oС – 59 г у 100 мл води); 
3. дистильована вода  50 г, 
4. деревне вугілля.

Хід роботи 

1. Виготовте складчастий фільтр і вкладіть його в скляну лійку для фільтрування. 

2. Суміш кристалічної бензойної кислоти з порошком деревного вугілля вмістіть у стакан або колбу, добавте воду й обережно нагрійте до кипіння. Кислота повністю розчиниться. 
3. Гарячий розчин профільтруйте крізь складчастий фільтр. Посудину з фільтратом помістіть у холодну воду для охолодження (в кристалізатор). Кислота виділяється у вигляді кристалів. Дайте їм висохнути. 

Заповніть таблицю спостережень. Опишіть форму, колір та розмір кристалів до та після очищення.

3. 2. Рідинно-рідинна екстракція

Мета: відокремити речовину з водного розчину за допомогою органічного розчинника.

Обладнання:

1. ділильна лійка (50-100 мл);
2. штатив;
3. склянки (2 шт.);

Реактиви:

1. водний розчин йоду у воді;
2. органічний розчинник (тетрахлорометан або діетиловий етер  (етоксіетан)).

Хід роботи:

1. Перед початком роботи верхню пробку і нижній край ділильної лійки змащують тонким прошарком вазеліну.
2.  У ділильну лійку ємністю до 100 мл помістіть приблизно 10 мл розчину йоду та 20 мл розчинника. 
3. Загальний обсяг рідини в лійці не повинен перевищувати 2/3 її об’єму. 
4. Ділильну лійку закрийте пробкою й обережно струшуйте, плавно перевертаючи вниз-вгору протягом  5-10 хвилин, притримуючи пробку і край руками. 
5. При струшуванні підвищується тиск усередині лійки. Для його вирівнювання, ділильну лійку слід повер пробкою вниз і відкривають край. Пари розчинника вийдуть  і тиск зрівнюється з атмосферним. 
6. Після цього ділильну лійку закріпіть у штативі і залиште до повного поділу прошарків. Зніміть пробку з лійки, випустіть  нижній прошарок через кран, а верхній прошарок злийте через верхній отвір. 
7. Для повнішої екстракції речовини екстрагування повторюють декілька разів підряд, підливаючи щоразу  нові порції розчинника.  
8. Щоб визначити закінчення екстрагування, декілька крапель останньої порції екстракту ужарте на годинному склі досуха. Якщо проба випарується без залишку, то екстрагування закінчене.

Заповніть таблицю спостережень. Опишіть зміну забарвлення шарів та зробіть висновок, у якому розчиннику речовина розчиняється краще.

Зробіть висновки

1. Який із методів є більш придатним для очищення твердих речовин?
2. У яких випадках доцільніше використовувати екстракцію?
3. Чому перекристалізацію вважають одним із найефективніших методів очищення?

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 3 хв.

1. Що сьогодні було для вас найцікавішим?
2. Який етап роботи виявився найлегшим?
3. Який етап роботи викликав найбільші труднощі?
4. Як ви оцінюєте свою роботу? Аргументуйте думку

---

1. Знайдіть та запишіть кілька прикладів застосування методів очищення: (перекристалізація,  екстракція,  фільтрування, дистиляція) у: побуті, медицині, харчовій промисловості, екології.
2. Перелічіть етапи проведення перекристалізації та екстракції, визначте мету кожного етапу.

Урок 54. Практична робота 2. Розділення й очищення речовин. Перекристалізація. Екстракція

Робочий аркуш учнівства

---

Мета уроку: Закріпити знання про методи очищення органічних речовин; навчити проводити перекристалізацію та екстракцію на прикладах безпечних речовин. 

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова

• органічні речовини
• розділення
• очищення
• перекристалізація
• екстракція

План уроку

1.  Інструктаж з техніки безпеки 
2. Теоретичні основи перекристалізації та екстракції 
3. Практична частина:
   • Перекристалізація твердої речовини 
   • Рідинно-рідинна екстракція 
4. Рефлексія 

---

Під час роботи необхідно:

• дотримуватися інструкцій учителя; користуватися захисними окулярами та халатом;
• уникати потрапляння реактивів на шкіру;
• Нагрівайте розчини обережно, без перегріву та бризок.
• Не нагрівайте  закриті посудини.
• Посуд із гарячим розчином тримайте тримачем або щипцями.
• Фільтрування гарячого розчину проводьте обережно, щоб уникнути опіків.
• Лійку ставте стійко, фільтр не заповнюємо «до країв».
• Лійку не спрямовуйте  на себе або інших.
• Струшуйте лійку обережно, тримаючи пробку та кран.
• Періодично відкривайте кран, щоб знизити тиск.
• Рідини зливайте повільно, щоб не змішати шари.
• При використанні органічних розчинників,  працюйте  лише у провітрюваному приміщенні.
• Не використовуйте відкритий вогонь біля органічних розчинників.
• Всі операції з легкозаймистими та токсичними розчинниками проводьте у витяжній шафі.
• Уникайте  відкритого вогню при перекристалізації.

---

У природі та техніці рідко зустрічаються абсолютно чисті речовини. Найчастіше ми маємо справу із сумішами. Для одержання чистих речовин використовують різні методи: фільтрування, відстоювання, випарювання, дистиляцію, хроматографію, перекристалізацію, екстракцію тощо.

Перекристалізація – це метод очищення твердих речовин, що ґрунтується на різній розчинності речовини у гарячому та холодному розчиннику. Перекристалізація як метод очищення речовин найчастіше використовується в лабораторному практикумі. Даний метод застосовується для твердих речовин, розчинність яких сильно збільшується при підвищенні температури. Перш ніж розпочинати процес перекристалізації необхідно правильно підібрати розчинник: речовина повинна погано розчинятися в ньому на холоді, але при нагріванні розчинність має зростати. При цьому домішки мають бути більш розчинними, ніж основна речовина. Спершу, при підвищенні температури, отримують розчин близький до насичення, далі проводять його охолодження. При цьому, внаслідок зменшення розчинності, частина розчиненої речовини виділяється у вигляді кристалів. Чим вища концентрація розчиненої речовини у гарячому насиченому розчині, тим більше його виділяється при охолодженні.  .  

Екстракція – це метод розділення, який базується на різній розчинності речовини в двох рідинах, що не змішуються між собою (наприклад, вода та органічний розчинник). Екстракція – спосіб розділення сумішей, що оснований на різному розподіленні речовини між двома рідинами, що не змішуються між собою і відрізняються за густиною. Розрізняють дискретну екстракцію (в апараті Сокслета чи струшуванням в ділильній лійці) чи безперервну екстракцію. Екстракцію використовують для вилучення речовин із природної сировини,  для розділення сумішей, для очищення від домішок, при промивці органічних речовин від кислот чи лугів, для розділення неполярних і полярних органічних сполук та ін.

Завдання. Дайте відповіді на запитання:

1. Що таке суміш? 
2. Які способи розділення сумішей вам відомі?
3. На яких властивостях речовин ґрунтується перекристалізація?
4. На яких властивостях ґрунтується екстракція?
5. Чому для екстракції використовують рідини, які не змішуються між собою?

---

3. 1. Перекристалізація твердої речовини

Мета: очистити забруднену тверду речовину методом перекристалізації.

Хімічний посуд та обладнання: 

1. хімічна склянка або колба (75 – 100 мл);
2. скляна лійка;
3. скляна паличка;
4. колба або склянка для фільтрату;
5. промивальниця з водою;
6. нагрівальний прилад; 
7. паперові фільтри; 
8. штатив з кільцем; 
9. тримач;
10. кристалізатор. 

Реактиви:

1. бензойна кислота  1 г 
2. (бензойна кислота – кристалічна речовина білого кольору; розчинність у воді за 10^oС – 2,7 г   у 100 мл води, за 100^oС – 59 г у 100 мл води); 
3. дистильована вода  50 г, 
4. деревне вугілля.

Хід роботи 

1. Виготовте складчастий фільтр і вкладіть його в скляну лійку для фільтрування. 

2. Суміш кристалічної бензойної кислоти з порошком деревного вугілля вмістіть у стакан або колбу, добавте воду й обережно нагрійте до кипіння. Кислота повністю розчиниться. 
3. Гарячий розчин профільтруйте крізь складчастий фільтр. Посудину з фільтратом помістіть у холодну воду для охолодження (в кристалізатор). Кислота виділяється у вигляді кристалів. Дайте їм висохнути. 

Заповніть таблицю спостережень. Опишіть форму, колір та розмір кристалів до та після очищення.

3. 2. Рідинно-рідинна екстракція

Мета: відокремити речовину з водного розчину за допомогою органічного розчинника.

Обладнання:

1. ділильна лійка (50-100 мл);
2. штатив;
3. склянки (2 шт.);

Реактиви:

1. водний розчин йоду у воді;
2. органічний розчинник (тетрахлорометан або діетиловий етер  (етоксіетан)).

Хід роботи:

1. Перед початком роботи верхню пробку і нижній край ділильної лійки змащують тонким прошарком вазеліну.
2.  У ділильну лійку ємністю до 100 мл помістіть приблизно 10 мл розчину йоду та 20 мл розчинника. 
3. Загальний обсяг рідини в лійці не повинен перевищувати 2/3 її об’єму. 
4. Ділильну лійку закрийте пробкою й обережно струшуйте, плавно перевертаючи вниз-вгору протягом  5-10 хвилин, притримуючи пробку і край руками. 
5. При струшуванні підвищується тиск усередині лійки. Для його вирівнювання, ділильну лійку слід повер пробкою вниз і відкривають край. Пари розчинника вийдуть  і тиск зрівнюється з атмосферним. 
6. Після цього ділильну лійку закріпіть у штативі і залиште до повного поділу прошарків. Зніміть пробку з лійки, випустіть  нижній прошарок через кран, а верхній прошарок злийте через верхній отвір. 
7. Для повнішої екстракції речовини екстрагування повторюють декілька разів підряд, підливаючи щоразу  нові порції розчинника.  
8. Щоб визначити закінчення екстрагування, декілька крапель останньої порції екстракту ужарте на годинному склі досуха. Якщо проба випарується без залишку, то екстрагування закінчене.

Заповніть таблицю спостережень. Опишіть зміну забарвлення шарів та зробіть висновок, у якому розчиннику речовина розчиняється краще.

Зробіть висновки

1. Який із методів є більш придатним для очищення твердих речовин?
2. У яких випадках доцільніше використовувати екстракцію?
3. Чому перекристалізацію вважають одним із найефективніших методів очищення?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. Що сьогодні було для вас найцікавішим?
2. Який етап роботи виявився найлегшим?
3. Який етап роботи викликав найбільші труднощі?
4. Як ви оцінюєте свою роботу? Аргументуйте думку

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

1. Знайдіть та запишіть кілька прикладів застосування методів очищення: (перекристалізація,  екстракція,  фільтрування, дистиляція) у: побуті, медицині, харчовій промисловості, екології.
2. Перелічіть етапи проведення перекристалізації та екстракції, визначте мету кожного етапу.