物质的分离与提纯方法详解

这些巨大的球体是污水处理厂的一部分,你知道它们有什么用吗?

它们是污泥消化罐,其作用是将污水处理过程中产生的沉淀物加以浓缩,再做最后处理．

知能概述

物质的分离与物质的提纯(即除杂)意义是不同的．

混合物的分离:

将混合物中的几种物质分离开来,分别得到较纯净的物质的过程．

物质的提纯(除杂):

选择适当的实验方法除去物质中所含有的杂质而得到纯净物的过程．

除杂的原则:

不增、不减、易分、不变、环保,即

提纯过程中不得引入新的杂质;

被提纯物物质一般不参加反应,提纯过程中一般不改变其质量和成分;

除杂时实验操作应简单且易分离;

除杂完成后,被分离物质应保持其原有状态不变．

所加试剂或实验过程及反应完成后的产物对环境均无污染．

问题解决

例1　除去下列物质中含有的少量杂质,所选用的试剂不正确的是(　)．

(湖南省长沙市中考题)

解题思路　向混有少量稀硫酸的盐酸中加入足量的硝酸钡虽然可以将转化为BaSO4沉淀过滤除去,但同时生成了硝酸,即引入了新的杂质．

例2　电解食盐水可制得重要的化工产品:氢氧化钠、氯气和氢气．而粗盐中常含有硫酸镁和氯化钙,精制时可采用的操作为:①过滤,②加入过量氢氧化钠溶液,③加入适量盐酸,④加入过量碳酸钠溶液,⑤加入过量氯化钡溶液．试回答:

(1)正确的操作顺序为(　)．

A．①④②⑤③　B．④①②⑤③

C．②⑤④①③　D．③②④①⑤

(2)加入过量氢氧化钠和氯化钡溶液的作用是(　)．

A．除去氯化钙　B．中和溶液的酸性

C．除去硫酸镁　D．除去氯化钙和硫酸镁

(3)操作中发生的化学反应,属于(　)．

A．复分解反应　B．置换反应

C．分解反应　D．化合反应

(山东省竞赛题)

解题思路　要除去的杂质有Mg2＋,,Ca2＋等,加过量的NaOH溶液可将Mg2＋完全除尽,并可以沉淀部分Ca2＋,而要将除去则可加入过量的BaCl2溶液,未除尽的Ca2＋及此前加入过量的NaOH溶液、过量的BaCl2溶液,均可在后面的操作中加过量Na2CO3,再加适量的稀盐酸至无气泡产生时,恰好完全反应,至此,杂质及过量的物质一并除去．

除杂的实验操作顺序决定了能否将杂质除尽,“先除杂,再干燥”要记牢．

除去时不能加Ba(NO3)2,因为会引入新的杂质．

例3　某化工厂排出的废水透明、澄清、略显蓝色．一同学取少量废水,用盐酸酸化,有白色沉淀生成(不溶于稀硝酸)．过滤,将所得的滤液分成两份,一份滤液中加入稀硫酸,也有白色沉淀生成(不溶于稀硝酸);另一份滤液中加入足量NaOH溶液,产生蓝色沉淀．已知白色的Fe(OH)2固体在潮湿的空气中可生成红褐色的Fe(OH)3．试回答:

(1)过滤后,向滤液中滴加NaOH溶液,开始时观察不到蓝色沉淀,原因是:_______________________________________________________________．

(2)该同学设计了一个从废水中除去重金属离子的实验方案如下:

①固体A中一定含有的物质为_________(写化学式)．

②B溶液中的溶质一定含有________(写化学式)．

(全国复赛题)

解题思路　废水略显蓝色,则溶液中含有Cu2＋．实验时先酸化,再加NaOH溶液,Cu(OH)2不溶于水,但可以溶于酸,刚开始无蓝色沉淀生成,一定是盐酸过量,在酸性条件下不会有Cu(OH)2生成．根据加HCl有不溶于稀HNO3的白色沉淀生成,加稀H2SO4也有不溶于稀HNO3的白色沉淀生成及后续实验的现象推导,废水中含有的重金属离子有Ag＋,Ba2＋,Cu2＋等．再用置换法、沉淀法逐一除去．

例4　为了除去KCl溶液中的少量MgCl2和MgSO4,从Na2CO3溶液、稀盐酸、Ba(NO3)2溶液、K2CO3溶液、Ba(OH)2溶液中选择A,B,C三种试剂,按如下步骤实验:

(1)A,B,C三种试剂中溶质的化学式是:A________,B________,C_________．

(2)实验Ⅰ中,加A过量的原因是________________________________,有关的化学方程式是__________________________________________________．

(3)实验Ⅱ中,加B过量的目的是________________________________,有关的化学方程式是__________________________________________________．

(4)实验Ⅲ中,试剂加到________情况时方为适量,而得到较纯净的KCl溶液．

(全国复赛题)

解题思路　从待选五种试剂中选出三种完成除杂的实验,选何种试剂,与KCl溶液中所含有的杂质有关．因为Mg(OH)2为不溶于水的沉淀,除去Mg2＋,应加足量甚至过量的KOH溶液(并非加NaOH溶液的原因?);而要除去Ba2＋,则应加入足量的Ba(OH)2溶液[不加Ba(NO3)2溶液的原因?];而除去过量的Ba2＋,OH－,再加入足量的K2CO3(不加Na2CO3溶液的原因?)和适量的盐酸便可以得到纯净的KCl溶液．

要很好地完成除杂的实验,需熟练掌握物质在水中的溶解性,即哪些物质可转化为沉淀除去．

例5　将下表所列物质中含有的杂质除去:

解题思路　根据被提纯物质和杂质的物理性质及化学性质选择适当的药品与方法,如(5)中,可加足量的水,CaCO3不溶,Na2CO3易溶,过滤就可以完全将其分离．要注意的是,除杂前后,物质的状态不变,除杂前为Na2CO3粉末,因除杂的要求将其溶解,故过滤后还应将溶液蒸发,得到Na2CO3粉末,即要恢复原状．

1．除去下列物质中混有的少量杂质,所选用的试剂及操作方法正确的是(　)．

(2019年江苏省苏州市中考题)

2．除去氯化钾中含有的少量硫酸钾,加入试剂的最佳顺序是(　)．

A．CaCl2溶液→K2CO3溶液→盐酸

B．Ba(NO3)2溶液→K2CO3溶液→盐酸

C．BaCl2溶液→K2CO3溶液→盐酸

D．BaCl2溶液→Na2CO3溶液→盐酸

(山东省竞赛题)

3．除去下列各组物质括号内的杂质,所选用的试剂及操作方法均正确的是(　)．

A．Fe2O3(Fe)——用盐酸浸泡,然后过滤、洗涤、烘干

B．Na2CO3(NH4HCO3)——加热至质量不再减少为止

C．CaO(CaCO3)——加水溶解,过滤、烘干

D．NaCl(Na2CO3)——加入适量Ca(NO3)2溶液,溶解、过滤、蒸发、结晶

(广东省中山市竞赛题)

Cu与CuO均不溶于水,但CuO溶于酸,而Cu则不溶,据此可分离．

除杂时加入顺序不当会引入新的杂质,为保证除净杂质,通常加入过量试剂,然后在后续实验中将过量部分去除．

NH4HCO3加热易分解:

Na2CO3对热较稳定．

4．下列各组物质进行分离提纯,与除去粗盐中不溶性杂质实验步骤均相同的是(　)．

A．从空气中分离出氧气

B．从医用酒精中提纯酒精

C．从双氧水制取氧气的废液中回收二氧化锰

D．从草木灰中提取碳酸钾(不考虑其他可溶性杂质)

(河南省竞赛题)

5．除去下列物质中少量杂质,所选用的试剂和操作方法均正确的是(　)．

(黑龙江省哈尔滨市中考题)

6．(双选)要除去下列4种物质中的少量杂质(括号内物质为杂质):

甲:CaCO3(Na2CO3);乙:NaOH(Na2CO3);丙:KCl(KHCO3);丁:炭粉(CuO)．可选用的试剂及操作方法有:①加适量盐酸,搅拌,过滤;②加适量水,搅拌,过滤;③加适量盐酸,蒸发;④溶解,加适量石灰水,过滤,蒸发．

下列组合正确的是(　)．

A．甲——②,乙——④　B．乙——③,丙——①

C．丙——①,丁——②　D．丁——①,丙——③

7．某粗盐样品中除含有不溶性固体杂质外,可能还含有少量氯化镁、氯化钙、硫酸钠．某化学兴趣小组开展如下探究活动:

探究一:除去粗盐中不溶性杂质(www.xing528.com)

探究二:从滤液1中提取氯化钠固体(该探究中,微溶物不沉淀)

第7题图

关于以上探究活动,有下列说法:

①试剂甲是碳酸钠溶液,试剂乙是氯化钡溶液

②滤液1中的溶质一定有氯化钠,可能有氯化钙

③若向探究二所得的白色滤渣中加入过量的稀盐酸,滤渣不溶解

④往滤液4中加入适量的试剂丙时有中和反应发生

上述说法中正确的是(　)．

A．①③　B．①④　C．②③　D．②④

(湖北省武汉市中考题)

8．(双选)下列选用的除杂试剂和实验操作都正确的是(括号内为杂质)(　)．

A．NaCl(Na2CO3)加足量稀盐酸、蒸发、结晶

B．CaCl2(CaCO3)加足量稀硫酸、蒸发、结晶

C．Fe(Cu)加足量稀盐酸、过滤、洗涤、干燥

D．MnO2(KCl)加足量水溶解、过滤、洗涤、干燥

(甘肃省兰州市竞赛题)

9．物质的鉴别和除杂是重要的实验技能．下列实验方法能达到目的的一项是(　)．

(2019年山西省中考题)

10．下列各组物质组成的混合物可按溶解、过滤、蒸发的操作顺序,将各成分分离的是(　)．

A．氧化铜和木炭粉　B．硝酸钠和硝酸钾

C．二氧化锰和氯化钾　D．氧化钙和氯化钠

(上海市竞赛题)

11．欲除去下列物质中的杂质(括号中的物质为杂质),请将所选用的试剂填写在横线上．

(1)Cu(Zn)______________________________________________________;

(2)KCl溶液(KOH)______________________________________________．

(河南省竞赛题)

12．某化学兴趣小组欲分离KCl和BaCl2混合溶液,得到都含单一溶质的两种溶液．他们设计了如图所示的实验流程:

第12题图

供选试剂:K2SO4溶液,Na2CO3溶液,K2CO3溶液,盐酸,稀硫酸

(1)步骤①中,分离A,B的实验操作名称是________,试剂a是________．

(2)沉淀B表面残留少量滤液,需用蒸馏水多次洗涤,为了检验沉淀B是否洗涤干净,可向步骤②的最后一次洗涤液中加入的试剂是________(双选,填序号)．

A．NaOH溶液　B．CaCl2溶液

C．NaCl溶液　D．AgNO3和HNO3混合溶液

(3)步骤③中,发生反应的化学方程式为_____________________________．

(4)要达到预期的目的,还需要改进的方法为________________________．

(2019年重庆市中考题)

13．以下实验装置一般不用于物质分离操作的是(　)．

第13题图

(湖北省竞赛题)

14．MgO在医药、建筑等行业应用广泛．硫酸镁和木炭高温煅烧的产物为MgO(固体),SO2,CO2,CO,硫蒸气．

(1)工业上,SO2的任意排放会引起的环境问题是_________．化石燃料燃烧是产生SO2的主要原因,下列做法能减少SO2排放的是_________(填字母)．

a．开发新能源替代化石燃料　b．向高空排放SO2

(2)在高温、催化剂条件下,CO和H2可化合成燃料甲醇(CH3OH),该反应中CO和H2的分子个数比为_________．若CO和H2中混有H2S气体,H2S会与催化剂中的Cu在高温下发生置换反应,其中一种产物为CuS,该反应的化学方程式为_____________________．

(3)利用如图装置对硫酸镁和木炭进行高温煅烧,并对产生的四种气体进行分步吸收或收集．

已知:常温下,硫为固体;SO2,CO2均能与NaOH溶液反应．

第14题图

①装置B,C中的溶液分别是_________、________(填字母)．

a．NaOH溶液　b．KMnO4溶液

②装置B,C的作用分别是_________________________________、________________________________．

③装置D的作用是___________________________________________．

④若将装置A中的固体隔绝空气加热至500℃,就会变成蒸气,其中有一种相对分子质量为128的气体．该气体的化学式为___________．

(2019年江苏省扬州市中考题)

解题相关信息:

5SO2＋2KMnO4＋2H2O K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4．

15．根据不同物质的性质,提纯物质的方法可以有多种．下面呈现的是化学课堂上“物质提纯”的小组竞赛场景．

(1)甲组抽到的题目是“从30gNaCl和2gKNO3的混合物中提纯NaCl”．同学们经研究认为依据两物质的溶解度曲线,可采用如下物理方法来提纯．

第15题图1

第15题图2

上述两固体___________(填“能”或“不能”)全部溶解,操作m的名称是___________,蒸发结晶后得到NaCl的质量___________(填“大于”“小于”或“等于”)30g．

甲组一位同学问道:“能否用降温结晶的方法从上述溶液a中析出KNO3,从而达到分离的目的?”请你判断此方法是否可行,并说出理由:___________________________________________________________．

(2)乙组抽到的题目是“从NaCl和Na2CO3的混合物中提纯NaCl”．同学们经讨论认为利用两物质化学性质的差异,可采用如下化学方法来提纯．

第15题图3

图中X的化学式为__________．由于BaCl2溶液的用量不易控制,会使溶液b的溶质有多种情况,导致蒸发后得到的固体可能不纯．

(3)同学们对乙组方案中溶液b的溶质成分进行探究．

【作出猜想】猜想一:NaCl,BaCl2;猜想二:NaCl;猜想三:__________

【设计方案】经讨论,大家认为只用一种试剂就能作出判断．

各组依据上述设计方案进行了实验,证实了反应后溶质的确有三种情况．

(4)同学们对甲、乙两组提纯方法的效果进行了研讨．

【反思评价】大家认为用物理方法和化学方法都可以实现物质的提纯．

用化学方法提纯还要考虑到反应物用量对提纯效果的影响．

【拓展提升】老师说:“合理选择试剂,用化学方法可以从NaCl和Na2CO3的混合物中提纯NaCl,方法是向混合物中加入过量的______,充分反应后,经蒸发结晶就能得到NaCl．”

(山西省中考题)

例1　D　例2　(1)C　(2)C　(3)A

例3　(1)滤液中含有未反应盐酸,NaOH会和盐酸发生中和反应　(2)①Fe,Ag,Cu　②Fe(NO3)2,Ba(NO3)2

例5

1．B　2．C　3．B　4．D　5．C　6．AD　7．D　8．AD　9．B　10．C

11．(1)稀硫酸或硫酸铜溶液　(2)盐酸

12．(1)过滤　K2CO3溶液　(2)B　D　(3)BaCO3＋2HCl BaCl2＋H2O＋CO2↑　(4)“加入过量试剂a”改为“加入适量试剂a”(或向滤液A中加入适量的稀盐酸)

13．D

14．(1)酸雨　a　(2)1∶2　(3)①b　a　②吸收SO2　吸收CO2　③收集CO　④S4

15．(1)能　过滤　小于　不行,根据溶解度曲线判断,降温过程中无法得到KNO3饱和溶液(2)BaCO3　(3)【作出猜想】NaCl,Na2CO3(写名称亦可)　【设计方案】稀硫酸　白色沉淀　(4)【拓展提升】稀盐酸