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- 2021-05-10 发布
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例谈常见物质的除杂、提纯与分离
常见物质的除杂、提纯与分离是初中化学各类考试中的必考科学探究类试题,题型多样,所涉及知识综合性强、范围广,所考查能力水平较高,具有较强的综合性,往往是整套试题中的拔高题、选拔题或压轴题。
一、概念剖析
1.物质的除杂与提纯
物质的除杂是指用适当的方法,把混如某物质中的其他物质除去,以便获得相对纯净的
物质。物质的提纯是指将混合物中的杂质分离出来,以此提高所保留物质的纯度,又可以称为物质的除杂。除杂与提纯作为一种重要的化学方法,不仅在化学研究中具有重要作用,在化工生产中同样具有十分重要的作用。
物质的除杂与提纯的一般原则是:一是不增加新杂质;二是一般不减少要保留物质的质量;三是所选除杂试剂一般只与杂质反应,不与所保留物质反应;四是所选除杂方法不能产生污染环境的物质;五是除杂结束前要恢复所保留物质的原有状态。
2.物质的分离
物质的分离是指将混合物中的每一种物质,通过某种方式分离后,各自得到纯净物的过程。物质的分离的一般原则:一是不减少原混合物中每一种纯净物的质量;二是分离后的每一种物质都要是纯净物;三是分离后得到的物质种类与原混合物中的物质种类要相同,不能增加也不能减少;四是所选分离方法不能产生污染环境的物质;五是分离结束后要恢复原混合物中每一种物质的原有状态。相对于物质的除杂与提纯,物质的分离要求更高、难度更大。
二、方法探析
1.物理方法
物理方法是利用混合物中各物质物理性质的差异,采用溶解、过滤、蒸发、烘干和冷却等方法达到实验目的的方法。[来源:Zxxk.Com]
例1. 除去KCl固体中混有的MnO2。
此题涉及两种固体物质,其中KCl是可溶性的,MnO2是不溶性的。将混合物溶解到足量的水中,过滤,将滤液蒸发可得到KCl,将滤渣烘干可得到MnO2。
例2. 除去碳粉中混有的铁粉。
此题涉及两种固体物质,其中铁粉可被磁铁吸引,但碳粉不可以。可利用磁铁将碳粉和铁粉分离,达到实验目的。[来源:Z.xx.k.Com]
例3.从含有HCl的NaCl溶液中分离出NaCl。
此题属于除去液体混合物中易挥发杂质的问题。通过蒸发液体混合物,可以除去溶液中的溶剂H2O,同时可以让溶解在水中的HCl逸出,最终获得NaCl晶体,达到除杂的目的。[来源:学#科#网]
例4.从含有少量NaCl的KNO3固体中提纯KNO3。
此题中两种固体物质都易溶于水,但两种物质的溶解度受温度的影响大小有较大的差异,所以,可以用热水配成混合物的饱和溶液,再通过降低温度的方式析出固体KNO3。当然,此方法会使一部分KNO3损失,但方法简单易行,用在需要大量提纯的工业生产中,成本相对低廉。
2.化学方法
化学方法是利用混合物中各物质化学性质的差异,采用直接消耗杂质或将杂质转化为其他物质,再采用物理或化学方法除杂或分离的方法。
例5. 除去CO中混有的少量CO2。
利用CO不与氢氧化钠溶液反应,CO2
可以与氢氧化钠溶液反应这一化学性质上的差异,直接将混合气体通入足量的氢氧化钠溶液中,消耗掉CO2。当然,由于气体通过氢氧化钠溶液后会使气体中混有一些水蒸气,要用浓硫酸除去水蒸气,获得干燥的CO。
例6. 除去铜粉中混有的少量铁粉。[来源:学§科§网]
向混合溶液中加入足量的H2SO4溶液,利用,而铜不与H2SO4溶液发生化学反应,将固体中的杂质转化为液体,成功除去。
例7. 除去NaCl溶液中混有的少量Na2SO4。
向混合溶液中加入适量的BaCl2溶液,利用,而NaCl与BaCl2不发生化学反应,将液体中的杂质转化为沉淀后再进行过滤,成功除去杂质。
例8. 除去Na2SO4溶液中的少量Na2CO3
向混合溶液中加入适量的H2SO4溶液,利用 ,而Na2SO4与H2SO4不发生化学反应,将液体中的杂质转化为气体,成功除去。
在上述例5中,气体的除杂常使用一些液体试剂,但除去杂质后,又会有新的杂质水产生,故一般情况下最后还需要进一步将气体干燥。例6中,除去铁粉也可以将粉末放入足量的硫酸铜溶液中后进行过滤,再对滤渣烘干,但可能会出现新生成的铜粉包裹着铁粉的情况,除杂效果不理想。
例7和例8属于常见的酸、碱、盐的除杂问题,针对此类问题,常分三种情况选择合适的方法:
三、解题的一般思路和方法
1.两种物质混合的问翅
例9. 除去CO2中混肴的少量CO。
方法一:直接除杂。将混合气体通过灼热的氧化铜,利用,而二氧化碳不和氧化铜反应,且反应不生成新的气体杂质,从而除去一氧化碳。[来源:1]
方法二:转化所需物质除杂。将混合气体通入足量氢氧化钠溶液中,利用,而一氧化碳不与水和氢氧化钠反应,成功地将二氧化碳转化为碳酸钠,然后再加入足量稀盐酸,利用重新获得所需要的二氧化碳,同时也达到将一氧化碳和二氧化碳分离的目的。
在例9中,我们在设计除杂方案时,既可以从杂质角度考虑,也可以从所需物质角度考虑。
在前述例1~9中,都是两种物质混合的除杂或分离问题,针对该问题,我们可以总结出解题的一般思路和方法:
第一步:审清题意。找出是哪两种物质混合,哪一种是所需物质,哪一种是杂质。
第二步:确定状态。确定混合物中各物质的状态,是固固混合、液液混合、气气混合还是其他情况。
第三步:分析性质。分析混合物中各物质的物理性质和化学性质。
第四步:选择方法。方法一:直接针对杂质采用物理方法或化学方法;方法二:将所需物质转化为中间物质,再将中间物质转化为所需物质。
第五步:检查结果。一是检查原杂质除去后,是否有
新杂质产生,如果有,进一步除去;二是检查除杂后所需物质是否恢复原有状态,必须保证所需物质恢复原有状态。
2.多种物质混合的问题
例10. 小丽为除去食盐中混有的少量CaCl2、MgSO4杂质,设计了一种制备精盐的实验方案,步骤如下(用于生成沉淀反应的试剂稍过量):
根据上述实验步骤,回答下列问题:
(1)步骤①⑦中的操作分别为 、 。
(2)步骤②中发生反应的化学方程式为 。
(3)步骤④加人的试剂为 溶液。
(4)步骤⑤过滤后所得固体E的成分除Mg(OH)2外,还有 。(填化学式)。
(5)步骤⑥中加入适量盐酸的作用是 。
本题属于比较典型的多种固体物质混合的除杂问题,并且以实验探究的形式出现,是对学生综合解决问题能力的考查。
审清题意:“除去食盐中混有的少量CaCl2、MgSO4杂质”,共涉及NaCl、CaCl2、MgSO4三种物质,其中NaCl为所需物质,CaCl2、MgSO4为杂质。
确定状态:混合物中各物质均为固态,属固固混合型。
分析性质:题中涉及的三种物质中要除去CaCl2和MgSO4,溶于水后从离子角度分析,杂质离子为、和,一般是将这三种杂质离子转化为沉淀而除去。我们一般利用与,与,与一=分别结合成CaCO3、Mg(OH)2和BaSO4沉淀。
选择方法:流程图②③④中,分别是用三种试剂除去两种杂质,即、和三种离子。步骤③加入NaOH溶液,利用,与结合成Mg(OH)2,且没有引入新的杂质阳离子,因此,除去可选择Na2CO3溶液,除去可选择BaCl2溶液。
确定顺序:对多种物质混合的除杂或分离问题,顺序选择是非常关键的一环,这也决定了它比两种物质的混合难度更大,综合性更强。针对本题,我们不可能知道杂质的量,也不可能确定我们加入试剂的量,所以一般实验室中加入的试剂量都是过量的。当然,有的试题命制时,题目中明确了“适量”,这是一种理想化的情况。我们在“选择方法”中已经确定了用Na2CO3溶液、BaCl2溶液和NaOH溶液,但如果试剂过量又会引入、和三种新杂质离子,虽然和可以结合成BaCO3沉淀,但依然存在其他杂质。步骤⑥为加入适量盐酸,盐酸可以除去和,所以步骤②③④中试剂的顺序为BaCl2溶液、NaOH溶液和Na2CO3溶液,步骤④中的Na2CO3溶液不但可以除去,还可以除去步骤②中过量的BaCl2溶液中的。
检查结果:检查A、B、C、D、固体E、滤液F和G中各物质的成分,最终确定题中各空的答案。
【参考答案】(1)(加水)溶解蒸发(结晶)
(2 )
(3) Na2CO3
(4) BaSO4、CaCO3、 BaCO3
( 5)除去过量的NaOH和Na2CO3