張立鋒+?オ?
物質(zhì)的分離是指將混合物中的各物質(zhì)通過某種方式分離后各自得到純凈物的過程;而物質(zhì)的提純是通過適當?shù)姆椒ò鸦烊肽澄镔|(zhì)里的少量雜質(zhì)除去,以便獲得相對純凈的物質(zhì),又稱除雜。
一、物質(zhì)除雜的原則
1.注意事項幾個“不”
(1)不能“玉石俱焚”。即所選試劑只與雜質(zhì)反應,一般不與被提純的物質(zhì)反應。但在特殊情況下所選試劑需要和被提純的物質(zhì)反應,但最終要轉(zhuǎn)化成被提純的物質(zhì)。如除去FeCl3溶液中的NaCl,可加過量的NaOH溶液→過濾→洗滌→加適量稀鹽酸。
(2)“不增”“不減”。即不增加新的雜質(zhì),不減少被提純的物質(zhì)。
(3)不污染環(huán)境。即要求所選用的除雜方法,不能產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)。
(4)不能“舊貌換新顏”。即除雜結(jié)束前,要恢復被提純物質(zhì)的原有狀態(tài)。
2.除雜方法的幾個優(yōu)化原則
(1)若同時有多種方法能除去雜質(zhì),要選擇那些簡便易行、除雜徹底的方法。
(2)應盡量選擇既可除去雜質(zhì),又可增加被提純物質(zhì)的方法,即“一舉兩得”。
(3)先考慮物理方法,再考慮化學方法。
二、物質(zhì)除雜的主要方法
1.物理方法:常見的有溶解法、過濾法、蒸發(fā)溶劑法、冷卻熱飽和溶液法等。
2.化學方法:常見的有沉淀法、氣化法、置換法、加熱法、轉(zhuǎn)化法等。
三、酸、堿、鹽溶液的除雜技巧
1.被提純物質(zhì)與雜質(zhì)所含陽離子相同時,選取與雜質(zhì)中陰離子不共存的陽離子,再與被提純物中的陰離子組合出除雜試劑。如Na2SO4(NaOH):可選用稀H2SO4為除雜試劑(生成物為
Na2SO4和H2O,達到除雜目的);KCl(K2SO4):可選用BaCl2溶液為除雜試劑(生成物為BaSO4沉淀和KCl,達到除雜目的)。
2.被提純物質(zhì)與雜質(zhì)所含陰離子相同時,選取與雜質(zhì)中陽離子不共存的陰離子,再與被提純物中的陽離子組合出除雜試劑。如NaCl(BaCl2):可選用Na2SO4溶液為除雜試劑(生成物為BaSO4沉淀和NaCl,達到除雜目的);KNO3
(AgNO3):可選用KCl溶液為除雜試劑(生成物為AgCl沉淀和KNO3,達到除雜目的)。
3.被提純物質(zhì)與雜質(zhì)所含陰、陽離子都不相同時,選取與雜質(zhì)中陰、陽離子都不共存的陽、陰離子組合出除雜試劑。如NaNO3(CuSO4):可選用Ba(OH)2溶液為除雜試劑\[生成物為Cu(OH)2沉淀和BaSO4沉淀,達到除雜目的)。
四、中考真題解讀
例1除去表1所列各物質(zhì)中混有的少量雜質(zhì),所用試劑或方法正確的是()。
適量的氫氧化鈉溶液
解析二氧化碳中混有少量的一氧化碳,雖然一氧化碳能夠燃燒,但二氧化碳不支持燃燒,在二氧化碳大量存在的條件下,利用點燃的方法不能使一氧化碳燃燒而被除去,A錯誤;氧氣不與生石灰反應,生石灰能夠吸收水蒸氣而將混在氧氣中的水蒸氣除去,B正確;鋁粉能與稀硫酸反應,銅不與稀硫酸反應,加入適量的稀硫酸并過濾,除去了主要物質(zhì),不能除去雜質(zhì),C錯誤;氯化鈣不能與氫氧化鈉溶液反應,鹽酸能與氫氧化鈉溶液反應生成氯化鈉和水,用適量的氫氧化鈉溶液能夠除去氯化鈣中混有的少量鹽酸,但又引入了氯化鈉這種新雜質(zhì),D錯誤。
答案:B。
例2將KCl、MgCl2和BaSO4的固體混合物逐一分離開來,加入的試劑及順序正確的是
()。
A.水、AgNO3溶液、稀硝酸
B.水、NaOH溶液、稀鹽酸
C.水、KOH溶液、稀鹽酸
D.水、KOH溶液、稀硫酸
解析BaSO4難溶于水,KCl、MgCl2易溶于水,可加水溶解,再進行過濾,分離出BaSO4;然后滴加適量的KOH溶液,MgCl2能與KOH溶液反應生成Mg(OH)2白色沉淀和KCl,再進行過濾,分離出KCl溶液和Ba(OH)2沉淀;最后向Mg(OH)2沉淀中滴加稀鹽酸,Mg(OH)2能與稀鹽酸反應生成MgCl2和水,故選C。
答案:C。
例3除去NaCl溶液中CaCl2、MgCl2、Na2SO4雜質(zhì)的操作有:①加入過量的NaOH溶液,②加入過量的BaCl2溶液,③過濾,④加適量的鹽酸;⑤加過量的Na2CO3溶液。
(1)以上操作合理的先后順序為(數(shù)字序號不能重復使用)。
(2)請寫出BaCl2溶液與Na2CO3溶液反應的化學方程式。
(3)上述試劑中的Na2CO3不能用K2CO3代替,請說明原因。
解析(1)加入過量的NaOH溶液可以除去MgCl2;加入過量的BaCl2溶液可以除去Na2SO4;除去MgCl2和Na2SO4不分先后順序,加入Na2CO3溶液可把CaCl2和過量的BaCl2轉(zhuǎn)化為沉淀,因此Na2CO3溶液要放在BaCl2溶液之后加入;離子沉淀后,再進行過濾;最后再加入鹽酸除去反應剩余的氫氧根離子和碳酸根離子,所以正確的順序為①②⑤③④或②①⑤③④或②⑤①③④。(2)氯化鋇和碳酸鈉反應生成碳酸鋇沉淀和氯化鈉。(3)如果將碳酸鈉改為碳酸鉀,碳酸鉀能和氯化鈣、氯化鋇反應生成新的雜質(zhì)氯化鉀,違反了除雜原則。
答案(1)①②⑤③④(或②①⑤③④或②⑤①③④)(2)BaCl2+Na2CO3BaCO3↓+2NaCl(3)K2CO3與其他物質(zhì)反應生成KCl,會引入新的雜質(zhì)
例4根據(jù)不同物質(zhì)的性質(zhì),提純物質(zhì)的方法可以有多種。下面呈現(xiàn)的是化學課堂上“物質(zhì)提純”的小組競賽場景。
(1)甲組抽到的題目是“從30 g NaCl和2 g KNO3的混合物中提純NaCl”(如圖1所示)。同學們經(jīng)研究認為依據(jù)兩物質(zhì)的溶解度曲線(圖2),可采用如圖1物理方法來提純。
圖1圖2
上述兩固體(填“能”或“不能”)全部溶解,操作m的名稱是,蒸發(fā)結(jié)晶后得到NaCl的質(zhì)量30 g(填“大于”、“小于”或“等于”)。
甲組一位同學問道:“能否用降溫結(jié)晶的方法從上述溶液a中析出KNO3,從而達到分離的目的?”請你判斷此方法是否可行,并說出理由。
(2)乙組抽到的題目是“從NaCl和Na2CO3的混合物中提純NaCl”。同學們經(jīng)過討論認為利用兩物質(zhì)化學性質(zhì)的差異,可采用如圖3化學方法來提純。
圖3
圖3中X的化學式為。由于BaCl2溶液的用量不易控制,會使溶液b的溶質(zhì)有多種情況,導致蒸發(fā)后得到的固體可能不純。
(3)同學們對乙組方案中溶液b的溶質(zhì)成分進行探究。
作出猜想猜想一:NaCl、BaCl2
猜想二:NaCl猜想三:。
設計方案經(jīng)討論,大家認為只用一種試劑就能作出判斷。
表2
實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論
取少量溶液b于試管中,向其中加入
若看到猜想一正確
若無明顯現(xiàn)象猜想二正確
若看到冒出氣泡
猜想三正確
各組依據(jù)表2設計方案進行了實驗,驗證了反應后溶質(zhì)的確有三種情況。
(4)同學們對甲乙兩組提純方法的效果進行了研討。
反思評價大家認為用物理方法和化學方法都可以實現(xiàn)物質(zhì)的提純。用化學方法提純還要考慮到反應物用量對提純效果的影響。
拓展提升老師說:“合理選擇試劑,用化學方法可以從NaCl和Na2CO3的混合物中提純NaCl,方法是向混合物中加入過量的,充分反應后,經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶就能得到NaCl”。
解析(1)根據(jù)兩種物質(zhì)的溶解度曲線可知,20℃時,氯化鈉的溶解度為36 g,硝酸鉀的溶解度大于13.3 g,因此30 g氯化鈉和2 g硝酸鉀在100 g水中能全部溶解;根據(jù)圖示,操作m后可以得到氯化鈉固體和溶液,因此該操作為過濾;由于剩余的溶液仍為氯化鈉的飽和溶液,溶液中仍有一部分氯化鈉,因此蒸發(fā)結(jié)晶后得到的氯化鈉晶體的質(zhì)量小于30 g;根據(jù)溶解度曲線可知,溫度降到0℃時,硝酸鉀溶液仍達不到飽和,更不能從溶液中結(jié)晶析出。(2)加入氯化鋇溶液能與碳酸鈉發(fā)生反應,生成碳酸鋇白色沉淀和氯化鈉,因此過濾后得到的固體X為碳酸鋇,其化學式為
BaCO3。(3)【作出猜想】過濾后的溶液b中一定含有反應的生成物NaCl,還可能存在過量的反應物。若恰好完全反應,則溶液b的溶質(zhì)為氯化鈉;若氯化鋇過量,則溶液b的溶質(zhì)為氯化鈉和氯化鋇;若碳酸鈉過量,則溶液b的溶質(zhì)為氯化鈉和碳酸鈉;【設計方案】根據(jù)氯化鋇和碳酸鈉的性質(zhì),試劑可以選用稀硫酸,加入稀硫酸后若有白色沉淀生成,說明氯化鋇過量,即猜想一正確;加入稀硫酸后若有氣泡產(chǎn)生,則證明碳酸鈉過量,即猜想三正確;加入稀硫酸后若無明顯現(xiàn)象,證明恰好完全反應,即猜想二正確。(4)根據(jù)氯化鈉和碳酸鈉的性質(zhì),可以選擇稀鹽酸,稀鹽酸只與碳酸鈉反應,且生成物為氯化鈉,不會引入新的雜質(zhì),同時過量的稀鹽酸在蒸發(fā)結(jié)晶時,氯化氫氣體會蒸發(fā)出來,從而得到純凈的氯化鈉。
答案:(1)能過濾小于不可行,根據(jù)溶解度曲線判斷,降溫過程中無法得到硝酸鉀的飽和溶液(2)BaCO3(3)【作出猜想】NaCl、
Na2CO3【設計方案】稀硫酸白色沉淀(4)稀鹽酸
(收稿日期:2016-10-15)