二轮||“物质分离提纯”的12种方法精析,请收藏!
过滤、蒸发结晶、冷却热饱和溶液结晶、重结晶、蒸馏、萃取分液、升华、磁性分离、渗析、盐析、洗气、液化
流程题常考:过滤、蒸发结晶、蒸发浓缩冷却结晶(即冷却热饱和溶液结晶)、重结晶、蒸馏、萃取分液。
实验题常考:洗气(无机实验题);重结晶、蒸馏、萃取分液(有机实验题)。
1、过滤适用对象
用来分离固-液混合物,所有的工艺流程题中均会涉及。
2、过滤所需仪器
铁架台(带铁圈)、玻璃棒、普通漏斗、滤纸、烧杯,根据装置图示联想记忆,从左到右,从上到下。
3、过滤实验操作注意规则
一贴,滤纸紧贴漏斗内壁;二低,滤纸边缘低于漏斗边缘,液面低于滤纸边缘;三靠,倾倒时烧杯紧靠玻璃棒,玻璃棒紧靠三层滤纸处,漏斗下端尖部紧靠烧杯内壁。
【注意】除普通过滤外,抽滤也常用于实验室中的固液分离。抽滤即将装置内抽真空,利用内外压强差,实现快速过滤的一种操作方法。高考流程题中的固液分离如没有特别说明书写过滤即可。
4、抽滤所需仪器
真空泵、抽滤瓶、布氏漏斗、滤纸、玻璃棒。抽滤相对于过滤的主要优点是速度快,利用的是抽滤瓶内和外界的压强差。
1、蒸发结晶适用范围
如果溶质溶解度随温度的变化不明显或基本无变化,则该类溶质固体可以通过蒸发结晶从溶液中获得。
2、蒸发结晶所需仪器
铁架台(带铁圈)、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒。
3、蒸发结晶注意事项
(1)加热蒸发时,蒸发皿中所盛放的液体不应超过蒸发皿容积的2/3,以防液体溅出。
(2)加热时要用玻璃棒不断搅拌,防止溶液受热不均匀而导致的液体飞溅。
(3)当蒸发皿中出现较多固体时(或液体较少时),应停止加热,利用余热将剩余的液体蒸干,防止固体过热而迸溅。
4、过滤和蒸发结晶实例:粗盐提纯(必修一第一章)
粗盐的主要成分:氯化钠、硫酸钠、氯化镁、氯化钙、泥沙等,杂质离子主要为SO42-、Ca2 和Mg2 。
1、冷却热饱和溶液结晶适用范围
冷却热饱和溶液结晶(即蒸发浓缩,冷却结晶),适用于溶解度随温度的升高而显著升高的溶质,在加热浓缩至高浓度(或饱和态)后,停止加热并降温,随着温度的降低,该类溶质溶解度会显著下降进而结晶析出。
该种结晶方法在流程题中频繁考察,就是因为大多数溶质的溶解度是随着温度的升高而升高的,且变化较大。
2、技巧
如果流程题最后得到的固体是带有结晶水的物质,那么结晶方法一般选用蒸发浓缩,冷却结晶。如果用蒸发结晶一般不能获得带有结晶水的物质。
例如:下面工艺流程图中圈4实验操作名称为:蒸发浓缩,冷却结晶,过滤。
1、重结晶原理
为了得到纯度更高的晶体,把析出的含杂质的晶体用适宜的溶剂重新溶解,加热浓缩至浓溶液,趁热过滤不溶性杂质,再冷却析出结晶,过滤并干燥处理的一种联合操作过程。
2、操作目的
使不纯的物质纯化。
3、适用条件
(1)杂质在所选溶剂中溶解度很大或很小,易于除去。
(2)被提纯物质在所选溶剂中的溶解度受温度影响较大。
4、冷却热饱和溶液结晶和重结晶区别
5、实验探究实例:苯甲酸的重结晶(选修五第一章)
(1)实验仪器:酒精灯、三脚架、石棉网、烧杯、玻璃棒、短颈玻璃漏斗、铁架台(带铁圈)。
(2)实验步骤:首先将苯甲酸重新溶解到水溶液中,加热搅拌并浓缩,由于此时浓度较高,为了防止过滤时溶液温度降低而析出苯甲酸结晶,造成浪费损失,所以此时需要加入少量蒸馏水,降低溶液浓度;第二步“趁热过滤”是为了除去不溶性杂质;最后将溶液冷却,使苯甲酸结晶析出。
(3)由于有机化学反应副产物较多,所以有机化学实验中会经常使用重结晶来提纯产物或反应物。
1、适用对象
分离沸点相差较大的液体混合物。沸点差值最好>30℃。
2、蒸馏主要仪器
铁架台、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶。
3、蒸馏操作注意事项
(1)加热烧瓶时需要垫上石棉网,石棉网可以适当扩大火焰的横截面积,增大烧瓶的受热面积,减小烧瓶单位面积的受热强度,防止烧瓶炸裂。
(2)蒸馏时在烧瓶中加入少量沸石或碎瓷片,防止暴沸。
(3)蒸馏烧瓶中所盛液体体积为烧瓶容积的1/3~2/3,不可将溶液蒸干。
(4)温度计水银球的位置:放在蒸馏烧瓶支管口处,因为它测得是蒸汽温度,即馏分的沸点。
(5)冷凝管的冷凝水从下口进,上口出,保证蒸汽前进方向上一直是冷凝水,以使蒸汽充分冷凝变成液体;蒸馏操作中先通冷凝水,在点燃酒精灯。
4、蒸馏、分馏、干馏的区别
(1)蒸馏和分馏相同点:
都是利用液体混合物沸点不同来进行的分离操作,都属于物理方法,利用不同成分的沸点不同这一性质。
(2)蒸馏和分馏(常见于石油分馏)主要区别:
A、蒸馏只进行一次气化和冷凝,分离出来的物质一般较纯。例如:自来水中提取蒸馏水,工业酒精中提取无水乙醇等。
B、分馏一般需要多次气化和液化,分离出来的物质一般都是混合物。如:石油分馏出来的不同馏分,液化石油气、液化天然气、汽油、柴油、煤油、重油等,其均为混合物。
(3)干馏(常见于煤的综合利用):
A、干馏原理:固体或有机物在隔绝空气加强热条件下分解的过程称为干馏。因此干馏发生的是化学变化。
B、煤的干馏产物:
1、萃取和分液原理
利用物质在不互溶的溶剂中溶解度的不同,用一种溶剂(萃取剂)把物质(固体或液体)从它与另外一种溶剂所组成的溶液中提取出来,这种方法叫做萃取。将萃取后两种互不相溶的液体分开的操作,叫做分液。分液使用梨形分液漏斗,题干中如果没有同时出现球形分液漏斗和梨形分液漏斗,写分液漏斗即可,如果同时出现需要加前缀以示区别。
注意事项:
(1)如果进行萃取实验,在最后一定需要分液操作,也就是说萃取和分液需要一起用。但是对于分液来说,可以单独使用,例如两种互不相溶的液体,直接可以通过分液分离。
(2)萃取分液实验需要在分液漏斗内进行。
2、萃取分液操作要点
(1)装液:将溶液注入分液漏斗,溶液总量不能太多;盖好玻璃塞。
(2)振荡:用右手压住分液漏斗口部,左手握住活塞部分,把分液漏斗倒转过来用力振荡,振荡过程中要不时地放气。倒转分液漏斗时应使上下两个玻璃塞关闭。
(3)静置:把分液漏斗放在铁架台铁圈上静置。
(4)分液:将分液漏斗颈上的玻璃塞打开,或使塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗上的小孔,再将分液漏斗下面的活塞拧开,使下层液体慢慢沿烧杯壁流下。上层液体要从上口倒出。
3、萃取剂的选择条件
(1)与原溶剂互不相容。
(2)不能和原溶质或原溶剂反应。
(3)溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。
4、实例:从碘的饱和溶液中提取碘(必修一第一章)
(1)用量筒量取10 mL 碘的饱和水溶液,倒入分液漏斗,然后再注入4 mL 四氯化碳,盖好玻璃塞。
(2)用右手压着分液漏斗口部,左手握住活塞部分,把分液漏斗倒转过来震荡,使两种液体充分接触;震荡后将分液漏斗正过来打开活塞,将漏斗内气体放出(有机溶剂挥发)。
(3)将漏斗放置在铁架台上,静置。
(4)待液体分层后,将分液漏斗颈上的玻璃塞打开,或使塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗上的小孔,再将分液漏斗下面的活塞拧开,使下层液体慢慢沿烧杯壁流下。上层液体要从上口倒出。
5、常见萃取剂萃取碘、溴后的现象
1、洗气原理
用适当的溶剂来分离气体混合物,在实验题中经常考察。
2、实例分析:实验室制备氯气(必修一第四章)
1、磁性分离原理
对于有磁性的物质,可以利用其磁性实现快速分离。高中阶段常见的磁性物质为四氧化三铁Fe3O4,俗称磁性氧化铁。
2、Fe3O4的性质
(1)Fe和水蒸气受热反应生成Fe3O4
3Fe 4H2O(g)=Fe3O4 4H2↑(条件:酒精喷灯加热)
(2)铁丝在氧气中燃烧,火星四射,生成Fe3O4
3Fe 2O2=Fe3O4(条件:点燃)
(3)与酸反应
Fe3O4 8HCl=FeCl2 2FeCl3 4H2O
(4)易被氧化成红色的氧化铁
4Fe3O4 O2=6Fe2O3
1、升华分离法适用对象
分离固体混合物的一种方法。需分离的固体混合物中含有受热易升华和不易升华的物质,在受热条件下,易升华物质受热气化,遇冷又凝华固化,从而实现分离。如分离KI和I2。
2、所需仪器(可灵活选用)
酒精灯、三脚架(铁架台)、石棉网、烧杯(盛放固体混合物)、烧杯(盛有冷水)
3、简易装置如下
1、蛋白质的盐析现象
向某些蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后,可以降低蛋白质的溶解度,使蛋白质凝聚而从溶液中析出,这种作用叫作盐析,是物理变化,可复原。向某些蛋白质溶液中加入某些重金属盐,可以使蛋白质性质发生改变而凝聚,进而从溶液中析出,这种作用叫作变性,性质改变,是化学反应,无法复原。
2、高级脂肪酸盐的盐析现象
把动物脂肪或植物油与氢氧化钠按一定比例放在皂化锅内搅拌加热,反应后形成的高级脂肪酸钠、甘油、水形成混合物(胶体)。往锅内加入食盐颗粒,搅拌、静置,使高级脂肪酸钠与甘油、水分离,浮在液面。(该反应用以制肥皂)
3、盐析适用范围
利用某些物质(如上述蛋白质和高级脂肪酸钠)遇到某些无机盐时,其溶解度降低而聚沉的性质来分离物质。
4、盐析原理
(1)破坏了水化层
由于盐离子亲水性比蛋白质强,因此当大量中性盐加入到溶液中时,使得盐解离产生的离子争夺了溶液中大部分自由水,从而破坏蛋白质的水化作用,引起蛋白质溶解度降低,故从溶液中沉淀出来。
(2)破坏了电荷
由于盐是强电解质,解离作用强,盐的解离可抑制蛋白质弱电解质的解离,使蛋白质带电荷减少,更容易聚集析出。
1、适用对象
分离胶体、分子和离子的混合物。胶体分散质颗粒度大小在1-100nm之间,分子和离子分散质颗粒度小于1nm。半透膜表面的孔径大小只能允许离子和小分子通过,胶体粒子由于颗粒度较大而不能通过。例如除去淀粉胶体中的NaCl溶液。
2、操作要点
不断更换烧杯中的蒸馏水,利用浓度梯度,使NaCl进入到烧杯的蒸馏水中。
1、适用对象
分离沸点不同的气体。如分离空气中的氮气和氧气、分离甲烷和丁烷的混合物等。
2、从空气中获得氮气和氧气
先对空气加压、降温使其液化,然后再通过低温精馏的方法利用各组分沸点的不同,实现分离目标。由于液态氮的沸点比液态氧的沸点低,因此氮气首先从液态空气中蒸发出来,剩下的主要是液态氧。
3、工业制备氧气的方法
分离液态空气法。
4、实验室制备氧气的方法
2H2O2=2H2O O2↑(条件:MnO2催化)
2KMnO4=K2MnO4 MnO2 O2↑(条件:加热)
2KClO3=2KCl 3O2↑(条件:MnO2催化,加热)
来源:化学课外