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專題02 混合物的分離和提純 【知識回放】 1．物質分離與提純的區(qū)別 （1）分離：將混合物中各物質通過物理或化學變化，把各成分彼此分開的過程。分開后的物質要恢復到原來狀態(tài)。 （2）提純：將混合物中的雜質除去，得到純凈物的過程。雜質如果發(fā)生化學變化，不必恢復到原來狀態(tài)。 2．物質分離與提純的基本原理 （1）“四原則” ①不增：不得引入新雜質； ②不減：盡量不減少被提純的物質； ③易分離：使被提純或分離的物質跟其他物質易分離； ④易復原：被提純的物質要易被還原。 （2）“四注意” ①除雜試劑必須過量； ②過量試劑必須除盡(除去過量試劑帶入的新雜質)； ③同時注意加入試劑的順序； ④選擇最佳的除雜途徑。 3．物質分離與提純的一般方法 （1）物理方法 ①含義：根據(jù)物質物理性質的差異分離和提純物質的方法 ②方法：過濾、蒸發(fā)結晶、蒸餾(分餾)、萃取、分液、升華等 （2）化學方法 ①含義：根據(jù)化學性質上的特點分離和提純物質的方法 ②方法 a．加熱法：混合物中混有熱穩(wěn)定性差的物質，加熱使熱穩(wěn)定性差的物質分解而分離或轉變成被提純的物質。如：KCl中混有的KClO3. CaCO3中混有的Ca(HCO3)2等。 b．沉淀法：混合物中加入某試劑，使雜質轉化為沉淀而分離出去，但使用試劑時一定要注意不能引入新雜質。若使用多種試劑，將溶液中不同離子逐一沉淀。應注意：后加試劑能將先加試劑的過量部分除去，最后加的試劑不引入新雜質。 c．轉化法：有兩種情況 一是將雜質轉化為被提純物質，如用飽和NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl，NaHCO3與HCl反應生成CO2。 二是不能通過一步反應達到分離的目的，而要經(jīng)過轉化為其他物質才能分離，再將轉化物質轉化為原物質。注意：轉化過程中盡量減少被提純物質的損失。 d．溶解法：選擇適當試劑將雜質溶解 e．吸收法：常用于氣體的凈化或干燥，可根據(jù)被提純氣體中所含雜質氣體的性質選擇適當?shù)脑噭┳魑談Ｈ绯2中的CO2氣體，可將氣體通過堿石灰或NaOH固體。 【新知精講】 一、過濾和蒸發(fā) 1.過濾：分離固體和液體。 2.蒸發(fā)：將可溶性固體溶質從溶劑中分離出來。 3.粗鹽的提純 (1)不溶性雜質的除去。 溶解----粗鹽逐漸溶解，食鹽水呈現(xiàn)渾濁 過濾----液體透過濾紙，濾紙上有不溶物，波浪較澄清 蒸發(fā)----水分不斷蒸發(fā)，逐漸有固體析出 (2)粗鹽中可溶性雜質的除去。 雜質 加入的試劑 化學方程式 硫酸鹽 BaCl2溶液 Na2SO4+BaCl2BaSO4↓+2NaCl MgCl2 NaOH溶液 MgCl2+2NaOHMg(OH)2↓+2NaCl CaCl2 Na2CO3溶液 CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl 4. SO42-的檢驗 試劑----稀鹽酸和氯化鋇溶液 操作----先加稀鹽酸，后加氯化鋇溶液 現(xiàn)象----開始無明顯現(xiàn)象，后來出現(xiàn)白色沉淀 結論----溶液中含SO42- 二、蒸餾 1.原理 利用混合物中各組分的沸點不同,除去液態(tài)混合物中易揮發(fā)、難揮發(fā)或不揮發(fā)的雜質的方法。 2.制取蒸餾水 (1)儀器及裝置圖。 蒸餾裝置 記憶口訣:隔網(wǎng)加熱冷管傾,需加碎瓷防暴沸,熱氣冷水逆向行。 (2)實驗操作。 ①檢驗Cl-。 在試管中加入少量自來水,滴入幾滴稀硝酸和幾滴AgNO3溶液,試管中產(chǎn)生白色沉淀。說明自來水中含有Cl-。 ②蒸餾。在100 mL燒瓶中加入約體積的自來水,再加入幾粒沸石,按上圖連接好裝置,向冷凝管中通入冷卻水,加熱燒瓶,棄去開始餾出的部分液體。 ③再次檢驗Cl-。 取少量收集到的液體于試管中,然后滴入幾滴稀硝酸和幾滴AgNO3溶液,試管內無沉淀。說明制得的蒸餾水不含Cl-。 三、萃取和分液 1.原理 分離操作 萃取 分液 定義 利用物質在互不相溶的溶劑里溶解度的不同,用一種溶劑把物質從它與另一種溶劑所組成的溶液里提取出來的方法 把兩種互不相溶的液體分開的操作 實例 用四氯化碳提取碘水中的碘 分離四氯化碳和水的混合物 2.實例 (用CCl4萃取碘水中的碘) (1)加萃取劑。 用量筒量取10 mL碘的飽和水溶液,倒入分液漏斗,然后再注入4 mL四氯化碳,蓋好玻璃塞,發(fā)現(xiàn)溶液分層。四氯化碳在下層。 (2)振蕩萃取。 用右手壓住分液漏斗口部,左手握住活塞部分,把分液漏斗倒轉過來振蕩,使兩種液體充分接觸。 【科學探究】 探究一 粗鹽的提純 1.利用過濾的方法提純的粗鹽是否純凈? 提示 不純凈。過濾能除去不溶性的雜質,但不能除去可溶性的雜質,故提純后的食鹽中還含有可溶性的CaCl2、MgCl2、Na2SO4等。 2.在除去上述粗鹽中可溶性雜質的過程中,是否需要考慮除雜試劑用量問題?除雜試劑是否會引入新的雜質? 提示 除雜試劑應稍過量,這樣才能使雜質離子完全變成沉淀,通過過濾除去,但過量的除雜試劑又成為新的雜質。 探究二 過濾和蒸發(fā) 1.過濾完畢后就能得到純凈的固體物質嗎? 提示 不能,過濾后的固體殘留物表面還含有母液及某些可溶性物質,要用蒸餾水進行洗滌。 2.如何對過濾后的固體物質進行洗滌?怎樣證明已洗滌干凈了? 提示 沿玻璃棒向過濾器中加入蒸餾水,至蒸餾水浸沒濾紙上的固體,當水自然流下后重復操作2~3次;根據(jù)固體上可能附著的雜質離子選擇合適的檢驗試劑,取最后流出的洗滌液適量,加入檢驗試劑,檢驗沉淀是否已洗滌干凈。 探究三 蒸餾實驗操作 1.在制取蒸餾水的實驗中,冷卻水的流向為什么是下口進上口出? 提示 冷卻水的流向若上進下出,可能會使冷水充不滿冷凝器,下進上出時,能使冷凝器中的冷水充滿且冷水的流向與氣流方向相反,氣流由上至下所處的溫度越來越低,冷凝效果好。 2.對液體加熱一段時間后,發(fā)現(xiàn)未加沸石,從安全的角度考慮,此時立即補加還是冷卻后再補加? 提示 此時加入沸石,會引起暴沸,應冷卻后再補加。 探究四 萃取、分液操作 1.分析萃取碘水中碘的實驗,能否把萃取劑CCl4改為酒精? 提示 不能,若改為酒精,酒精與水互溶,加入酒精后混合溶液不會分層,無法實現(xiàn)萃取。 2.思考萃取碘水中的碘的實驗,萃取劑能否與原溶劑或溶質發(fā)生化學反應? 提示 不能,若與溶劑發(fā)生化學反應,萃取劑將不再存在,也就無法萃取了;與溶質反應時,溶質與萃取劑都不存在了,故不可以發(fā)生化學反應。 【重點突破】 1.過濾操作中的“一貼、二低、三靠” 一貼:濾紙緊貼漏斗內壁 2.蒸發(fā)操作的操作要領 (1)蒸發(fā)皿內的溶液不能超過蒸發(fā)皿容積的2/3。 (2)加熱過程中要不斷攪拌,以防暴沸,溶液濺出。 (3)如果需要蒸干,當析出大量晶體時就應熄滅酒精燈,利用余熱蒸干。 3.物質分離和提純的“三個必須” ①除雜試劑必須稍過量; ②過量試劑必須除盡,且容易除去; ③除雜途徑選最佳,有多種雜質時除雜順序必須合理。 4..除去粗鹽中可溶性雜質的原理 5.蒸餾操作的注意事項 (1)蒸餾燒瓶中所盛液體體積一般應介于其容積的1/3-2/3之間。 (2)蒸餾時在蒸餾燒瓶中放少量碎瓷片或沸石,防止液體暴沸。 (3)冷凝管中冷卻水從下口進,上口出。先通冷凝水,再加熱。 (4)溫度計水銀球在蒸餾燒瓶支管口處,水銀球上緣與支管口下緣相平。 (5)給蒸餾燒瓶加熱時,要墊上石棉網(wǎng)。 6.萃取、分液的注意事項 (1)分液漏斗使用的第一步操作:檢查是否漏水。 (2)操作注意事項——“三防止兩保證”: 操作 目的 振蕩過程中要不時旋開活塞放氣 “防止”分液漏斗內部壓強過大發(fā)生危險 分液時要先打開分液漏斗上口的玻璃塞 “保證”分液漏斗內大氣壓與外界相同,使液體順利流下 分液時要使分液漏斗的下端管口緊靠燒杯內壁 “防止”液體飛濺 待下層液體恰好流盡時及時關閉活塞 “防止”上層液體流出 上層液體從上口倒出 “保證”上層液體盡量少地沾附下層液體 (3)萃取劑的選擇條件 ?萃取劑和原溶劑互不相溶;?萃取劑與原溶劑和溶質不發(fā)生反應; ?溶質在萃取劑中的溶解度遠大于在原溶劑中的溶解度。 【典題探究】 典例1. 化為了除去KCl固體中少量的MgCl2、MgSO4,可選用Ba(OH)2溶液、鹽酸和K2CO3溶液三種試劑,按下圖步驟操作: 固體溶液濾液KCl溶液KCl固體 (1)寫出三種試劑的化學式: A　　　　,B　　　　,C　　　　。 (2)①加入過量A的目的是　,有關化學方程式為　。 ②加入過量B的目的是　,有關化學方程式為　。 ③加熱煮沸目的是　。 (3)操作Ⅰ是　　　　,操作Ⅱ是　　　　。 【答案】:(1)Ba(OH)2　K2CO3　HCl (2)①除盡MgCl2和MgSO4　MgCl2+Ba(OH)2BaCl2+Mg(OH)2↓,MgSO4+Ba(OH)2BaSO4↓+Mg(OH)2↓?、诔M過量Ba(OH)2和生成的BaCl2　Ba(OH)2+K2CO3BaCO3↓+2KOH,BaCl2+K2CO3BaCO3↓+2KCl?、凼笻Cl揮發(fā) (3)過濾　蒸發(fā) 易錯警示：解答此類題目常因忽略兩個問題而造成錯誤: (1)忽略了除雜質時為了使雜質離子完全除去所加的除雜試劑應過量。 (2)僅僅選擇了除雜所需的試劑而忽略了試劑的加入順序。 變式訓練1-1.為了除去粗鹽中的Ca2+、Mg2+、SO42-和泥沙,可將粗鹽溶于水,然后進行下列五項操作,正確的操作順序是(　　) ①過濾?、诩舆^量NaOH溶液?、奂舆m量鹽酸　④加過量Na2CO3溶液?、菁舆^量BaCl2溶液 A.①④②⑤③ B.④①②⑤③ C.②④⑤①③ D.⑤②④①③ 【答案】:D 【解析】:首先要明確除去粗鹽中的Ca2+、Mg2+、SO42-,可分別加入Na2CO3溶液、NaOH溶液和BaCl2溶液,且三種溶液均過量,才能使雜質離子分別變成CaCO3、Mg(OH)2、BaSO4沉淀,過量的BaCl2溶液只能用Na2CO3溶液除去,故要先加入BaCl2溶液,再加入Na2CO3溶液,才能保證不引入新雜質Ba2+,而多余的NaOH和Na2CO3只需要在過濾后再加入鹽酸即可,至于NaOH溶液的加入順序,只要在過濾前加入就可除去Mg2+,故D項正確。 典例2.下列關于過濾操作的說法中,錯誤的是(　　) A.玻璃棒下端要靠在三層濾紙?zhí)? B.濾紙邊緣低于漏斗邊緣,多余部分要剪去,并用水潤濕貼緊,不留氣泡 C.過濾時將液體沿玻璃棒注入過濾器,并使液面高于濾紙邊緣 D.漏斗下端緊靠燒杯內壁 【答案】:C 【解析】:過濾操作的基本要領“一貼、二低、三靠”是判斷依據(jù)。 變式訓練2-1.在“粗鹽提純”的實驗中,蒸發(fā)時正確的操作是(　　) A.把渾濁的液體倒入蒸發(fā)皿內加熱 B.開始析出晶體后用玻璃棒攪拌 C.待水分完全蒸干后停止加熱 D.蒸發(fā)皿中出現(xiàn)大量固體時即停止加熱 【答案】:D 變式訓練2-2.某學生發(fā)現(xiàn)滴瓶中的溶液有懸浮物,通過如圖所示的操作進行過濾,其操作上錯誤的地方有(　　) A.4處 B.3處 C.2處 D.1處 【答案】:B 【解析】:操作上錯誤的地方有三處:①液體未能沿玻璃棒轉移;②標簽沒有向著手心;③漏斗頸的末端沒有與燒杯內壁相接觸。 變式訓練2-3.分離下列混合物,按溶解、過濾、蒸發(fā)順序進行的是(　　) A.氧化銅、木炭 B.碳酸鈣、氯化鈉 C.氯化鎂、碳酸鈉 D.乙醇、水 【答案】:B 【解析】:按“溶解、過濾、蒸發(fā)”順序分離的兩種混合物,其中一種為難溶物,一種為易溶物。A項均難溶于水;B項CaCO3難溶于水,NaCl易溶,符合條件;C項均易溶于水;D項,二者互溶,應利用蒸餾法分離。 典例3.將所列儀器組裝為一套實驗室蒸餾石油的裝置,并進行蒸餾,可以得到汽油和煤油。 (1)寫出A、B、C所代表儀器的名稱: A:　　　　;B:　　　　;C:　　　　。 (2)寫出A儀器的進水口:　　　　,出水口:　　　　。 (3)用字母表示裝置的連接順序:　。 (4)在B中注入原油后,加入幾片碎瓷片的目的是　。 【答案】:(1)冷凝管　蒸餾燒瓶　錐形瓶 (2)c　d (3)e—i,h—a—b—w (4)防止暴沸 (4)在蒸餾過程中,在蒸餾燒瓶中加入少許碎瓷片的目的是防止液體暴沸。 借題發(fā)揮 在有些實驗中需將冷凝管豎直放立時,若從上口進水,則冷凝管中冷卻水不能充滿而使冷凝效果差,此時正確做法也是冷卻水從下口進,上口出。 變式訓練3-1.海水淡化是海島地區(qū)提供淡水的重要手段,所謂海水淡化是指除去海水中的鹽分以獲得淡水的工藝過程(又稱海水脫鹽),其方法較多,如反滲透法、水合物法、電滲析法、離子交換法和壓滲法等。下列方法中也可以用來進行海水淡化的是(　　) A.過濾法 B.蒸餾法 C.分液法 D.萃取法 【答案】:B 【解析】:過濾、分液和萃取不能除去海水中的溶質。 變式訓練3-2下列制取蒸餾水的實驗操作,不正確的是(　　) A.實驗中必須使用溫度計指示實驗溫度 B.冷凝管中的水流方向是從下口進入,上口流出 C.實驗中需要在蒸餾燒瓶中加入幾粒碎瓷片,防止出現(xiàn)暴沸現(xiàn)象 D.給圓底燒瓶加熱時必須墊石棉網(wǎng) 【答案】:A 【解析】:制取蒸餾水的實驗中沒必要用溫度計;B項,采用逆流冷卻效果更好;C項,加入碎瓷片能防止液體劇烈沸騰;D項,墊石棉網(wǎng)能使燒瓶受熱均勻,防止因局部受熱而使燒瓶炸裂。 典例4 某化學課外小組用海帶為原料制取了少量碘水?，F(xiàn)用CCl4從碘水中萃取碘,并用分液漏斗分離兩種溶液。其實驗操作可分解為如下幾步: A.把盛有溶液的分液漏斗放在鐵架臺的鐵圈中; B.把10 mL碘水和4 mL CCl4 加入分液漏斗中,并蓋好玻璃塞; C.檢驗分液漏斗活塞和上口的玻璃塞是否漏液; D.倒轉分液漏斗用力振蕩,并不時旋開活塞放氣,最后關閉活塞,把分液漏斗放正; E.旋開活塞,用燒杯接收溶液; F.從分液漏斗上口倒出上層水溶液; G.將分液漏斗上口的玻璃塞打開或使塞上的凹槽(或小孔)對準分液漏斗口上的小孔; H.靜置,分層。 就此實驗,完成下列填空: (1)正確操作步驟的順序是:(用上述各操作的編號字母填寫)　　　→　　　→　　　→A→　　→G→E→F。 (2)上述E步驟的操作中應注意　 ; 上述G步驟操作的目的是　 。 (3)選用CCl4從碘水中萃取碘的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)已知碘在酒精中的溶解度比在水中大得多,　　　(填“能”或“不能”)用酒精來萃取碘水中的碘,其理由是　　　　　　　　。 【答案】: (1)C　B　D　H　 (2)使分液漏斗下端管口緊靠燒杯內壁;及時關閉活塞,不要讓上層液體流出　使分液漏斗內外壓強相等,以保證E操作時,分液漏斗里的液體能順利流出　 (3)CCl4與水不互溶,并且碘在CCl4中溶解度比在水中大很多　 (4)不能　酒精和水可以互溶,碘溶于酒精中所形成的酒精溶液與水無法分液 它在原溶劑中的溶解度。 變式訓練4-1已知Br2易溶于有機溶劑(如CCl4、汽油等)而微溶于水,且易揮發(fā)。欲從溴水中提取溴單質,應進行的操作是(　　) A.萃取 　 B.蒸餾 C.先萃取分液,后進行蒸餾 D.萃取分液 【答案】:C 【解析】:可采用萃取分液的方法,用CCl4先將Br2從水中分離出來,然后蒸餾即可。 變式訓練4-2如果你家里的食用花生油不小心混入了大量的水,利用你所學的知識,最簡便的分離方法是(　　) 【答案】:B 【解析】:花生油不溶于水,分離兩種互不相溶的液體,可用分液法。 變式訓練4-3已知苯是一種常用的有機溶劑,其密度比水的小。從海帶中提取碘的實驗過程中,涉及下列操作,其中正確的是 (　　) 【答案】:D 變式訓練4-4 選擇下列實驗方法分離物質,將分離方法的序號填在橫線上。 A.萃取分液法　B.分液法　C.蒸餾法　D.過濾法 (1)　　　　分離飽和食鹽水與沙子的混合物。 (2)　　　　分離水和汽油的混合物。 (3)　　　　從碘的水溶液里提取碘。 【答案】:(1)D　(2)B　(3)A和C 【解析】:分離方法的選擇依據(jù)是混合物的性質,例如:沸點、溶解度、物質的狀態(tài)等,難溶固體和液體的分離法是過濾,兩種互不相溶的液體分離法是分液。相互溶解的液體并且沸點差別大的液體分離法是蒸餾。