物质的分离是通过适当的方法,将混合物中的各组分物质彼此分开,并且恢复到各种物质的原来存在状态,分别得到纯净物;而物质的提纯(即除杂)是利用被提纯物质和杂质的性质不同,来选择适当的实验方法除去被提纯物质中的少量杂质而得到纯净物的过程.提纯时要求只保留混合物中的提纯成分,除去的杂质不保留,这一点与物质的分离是不同的.中考中主要以除杂题型为主,重在考查混合物的分离及学生的发散思维和应变能力.
一、物质提纯的基本原则
物质的提纯要求在操作过程中必须遵循下列除杂的原则:
1.不增:除去杂质时不能引入新的杂质,加入的过量除杂试剂也应最后除去;
2.不变:选择的除杂试剂一般只与杂质反应,不能使被提纯物质的性质改变;
3.易分:要选择简单易分离、现象明显、所得物质纯度高的除杂方法.
二、物质提纯的基本方法
必须抓住被提纯物质与杂质之间的物理性质或化学性质的差异和联系,决定选用何种试剂或操作方法.
1.物理方法
(1)过滤法:适用于可溶性物质与不溶性杂质的提纯,如粗盐的提纯.
(2)结晶法:适用于除去可溶性杂质.具体方法有两种:
①蒸发结晶:适用于溶解度受温度变化影响不大的固态物质的提纯;
②冷却热饱和溶液(或降温结晶):适用于溶解度受温度变化影响相当大的固态物质的提纯.
(3)蒸馏法:适用于沸点不同的液体混合物的提纯.当被提纯的物质与杂质的沸点相差不大时,要先将其中一种转化为高沸点的盐或碱类物质后再蒸馏.如由工业酒精制无水酒精,就要先加入生石灰,使生石灰转化成高沸点的Ca(OH)2,再蒸馏出酒精.
(4)升华法:适用于固体与有升华特点的固体杂质的提纯.
2.化学方法
(1)加热法:适用于除去混合物中有热稳定性差的杂质.如除去NaCl中的NH4HCO3杂质,可采用加热的方法,加热时NaCl不分解,而NH4HCO3分解成NH3、H2O、CO2气体逸出.
(2)吸收法:用一定的吸收剂将气体中混有的杂质除去.如可用NaOH溶液来除去CO气体中混有的少量CO2气体.
(3)化气法:适用于对混合物加热或向混合物中加入某种试剂,使杂质转化为气体逸出而被除去.如除去K2SO4中K2CO3杂质,可加入稀H2SO4,K2CO3与稀H2SO4反应放出CO2,生成K2SO4.
(4)沉淀法:适用于向混合物中加入某种试剂,使杂质转化为沉淀析出而被除去.如除去NaCl中Na2SO4杂质,可加入BaCl2溶液,Na2SO4与BaCl2反应产生BaSO4沉淀,通过过滤而除去.
(5)转纯法:将混合物中的杂质通过化学反应转化为被提纯物质.如除去CO2气体中的CO杂质,可将混合气体通过灼热的CuO, CO与CuO反应转化为CO2.
(6)酸碱法:适用于被提纯物质不与酸(或碱)反应,而杂质与酸(或碱)反应,用酸(或碱)作除杂质试剂.如除去BaSO4中的BaCO3杂质,可加入稀H2SO4,BaCO3溶于稀H2SO4而BaSO4不溶.
(7)综合法:适用于多种杂质、需多种试剂和多种除杂的分离方法,需有合理的除杂顺序.如要除去NaCl溶液中的MgSO4、 CaSO4等杂质.加入的试剂及顺序是:①加入过量的BaCl2溶液除去SO2-4,②加入过量的NaOH溶液除去Mg2+,③加入过量的Na2CO3溶液除去Ca2+,④加入过量的稀HCl除去过量的CO2-3和OH-.当然,顺序也可为②①③④,但必须是先加BaCl2溶液后再加Na2CO3溶液.
三、中考真题解读
例1 (2013年天津)除去下列各物质中混有的少量杂质,所用除杂试剂及操作方法均正确的是( )
表1
选项 物质 杂质 除杂试剂及操作方法
(A) 二氧化碳 一氧化碳 通入氧气,点燃〖BH〗
(B) 氢气 氯化氢 先通过过量氢氧化钠溶液,再通过过量浓硫酸
(C) 锌粉 铁粉 加入适量氯化锌溶液,充分反应后过滤
(D) 氯化钾
溶液 碳酸钾 加入过量氯化钙溶液,充分反应后过滤
〖BG)F〗
解析 :除去二氧化碳中的一氧化碳不能够通入氧气点燃,这是因为当二氧化碳(不能燃烧、不能支持燃烧)大量存在时,少量的一氧化碳是不会燃烧的,且除去气体中的气体杂质不能使用气体,否则会引入新的气体杂质,(A)错误;HCl能与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠和水,氢气不与氢氧化钠溶液反应,再通过过量浓硫酸除去水分,能除去杂质且没有引入新的杂质,(B)正确;铁的金属活动性比锌弱,铁粉不能与氯化锌溶液发生反应,(C)错误;碳酸钾能与过量氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钾,能除去杂质但引入了新的杂质氯化钙,(D)错误.
答案:(B).
例2(2013年广东)如***1,粗盐中含泥沙、氯化钙、氯化镁等杂质,某同学自制的简易净水器中放置物质的顺序错误,使净水效果不理想.
(1)请按由上到下的顺序重新排列 (填字母).调整后净化的盐水仍含可溶性杂质,他设计了如***2的除杂流程.
(2)步骤①②都需要进行 操作,步骤④需要进行 操作.
(3)已知试剂X是碱溶液,则沉淀I为 (写化学式),下列碱溶液不符合要求的是
(填序号).
(A) 氢氧化钠溶液(B) 氢氧化钡溶液
(C) 氢氧化钾溶液(D) 氢氧化钙溶液
(4)步骤②除去氯化钙的反应方程式是 ;步骤③中发生中和反应的化学方程式是 .
解析 :(1)简易净水器中材料的放置顺序一般按照由简单到复杂的顺序,即先除去大颗粒杂质,再除去小颗粒杂质,最后除去异味和一部分可溶性杂质,故应按照BADC的顺序排列.(2)步骤①②都是分离固体和液体的混合物,都是过滤操作;步骤④是从氯化钠溶液中析出氯化钠晶体,是蒸发操作.(3)X是碱溶液,目的是除去Mg2+,故沉淀I为Mg(OH)2;该碱溶液不能是氢氧化钾溶液,因为K+最终无法变成沉淀除去,而Ca2+和Ba2+都可以在后面的操作中用Na2CO3除去.(4)步骤②是用Na2CO3溶液除去CaCl2;步骤③是用盐酸除去多余的Na2CO3和NaOH,其中盐酸和氢氧化钠的反应属于中和反应.
答案 :(1)(B)(A)(D)(C) (2)过滤 蒸发 (3)Mg(OH)2C (4)CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl NaOH+HCl=NaCl+H2O
例3 (2013年日照)已知某粗盐样品中含有Na2SO4、MgCl2、CaCl2等杂质.实验室提纯流程如***3.
(1)用托盘天平称量粗盐时,若指针偏向右边,则表示(填下列正确选项的代码) .
(A) 右盘重,砝码轻 (B) 右盘轻,样品重
(C) 左盘重,样品轻 (D) 左盘轻,砝码重
(2)第④步操作发生反应的化学方程式是.
(3)第⑤步操作的目的是.
(4)第⑥步操作a的名称是 ,此步操作中,玻璃棒的末端要轻轻地斜靠在
的一边.
(5)在第⑦步操作中,向滤液中滴加足量盐酸的目的是 .
(6)在第⑧步操作时,要用玻璃棒不断搅拌,目的是 .
解析 :用托盘天平称量粗盐时,若指针偏向右边,说明左盘轻,砝码重(左物右码);第③步操作加入过量的BaCl2 溶液是为了除去杂质Na2SO4,第④步操作加入过量的NaOH 溶液是为了除去杂质MgCl2,第⑤步操作加入过量的Na2CO3溶液是为了除去杂质CaCl2和加入的过量试剂BaCl2,第⑥步操作是过滤,过滤时玻璃棒的末端要轻轻地斜靠在三层滤纸的一边,目的是为了防止滤纸破损;第⑦步操作加入足量的盐酸是为了除去加入的过量试剂NaOH和Na2CO3;第⑧步操作是蒸发,蒸发时要用玻璃棒不断搅拌,目的是防止因局部温度过高,造成液滴飞溅.
答案 : (1)(D) (2)MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl (3)除去杂质CaCl2 和加入的过量试剂BaCl2 (4)过滤 三层滤纸(5)除去加入的过量试剂NaOH和Na2CO3 (6)防止蒸发时因局部温度过高,造成液滴飞溅
例4 (2013年成都)通过晾晒海水或煮盐井水、盐湖水等,可以蒸发除去水分得到粗盐.粗盐中含有难溶性杂质(泥沙等)和多种可溶性杂质(氯化镁、氯化钙等).
【提出问题】如何才能将粗盐中难溶性杂质和可溶性杂质(氯化镁、氯化钙)除去,从而获得较纯的食盐晶体?
【资料准备】
表2
20℃时,一些物质的溶解度
OH- CO2-3
Na+ 溶 溶
Ca2+ 微 不
Mg2+ 不 微
【实验方案】某同学为了提纯粗盐,设计了如***4实验方案并进行实验.[FL)]
【交流与表达】(1)实验步骤①和②的目的是 ;实验步骤③和④的目的是 .
(2)实验操作X的名称是 ,该操作中要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和
.
(3)实验步骤③的主要目的是 (用化学方程式回答);判断氢氧化钠溶液已过量的方法是 .
(4)实验步骤④中生成的沉淀D是 .
(5)实验步骤⑤用蒸发溶剂的方法而不用降低溶液温度的方法获取食盐晶体,原因是
;在蒸发食盐溶液的过程中要使用玻璃棒,作用是 .
【反思与评价】(6)有同学认为只需要用氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液中任意一种试剂就能将两种可溶性杂质除去,你认为这种方法 (选填“可行”或“不可行”),理由是 .
(7)有同学认为原实验方案不完善,做出这种评价的依据是 .
【实验方案设计】(8)为了完善原实验方案,你设计的实验是 (仅写出补充部分的实验操作和现象).
解析 :通过溶解、过滤可以把粗盐中的不溶性杂质除去;通过步骤③和④,可以除去粗盐中的易溶性杂质CaCl2、MgCl2;实验操作X的名称是过滤,该操作中要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗;实验步骤③的主要目的是除去氯化镁,氢氧化钠和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀和氯化钠,判断氢氧化钠溶液已过量的方法是:取样品少许,加入试管中,滴加酚酞试液,溶液变红色;实验步骤④的主要目的是除去氯化钙,碳酸钠和氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠,因此沉淀D是碳酸钙;实验步骤⑤用蒸发溶剂的方法而不用降低溶液温度的方法获取食盐晶体,原因是氯化钠的溶解度受温度影响较小;在蒸发食盐溶液的过程中要使用玻璃棒,作用是搅拌溶液,避免因局部过热,造成液滴飞溅;只用氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液中任意一种试剂是不能将氯化镁、氯化钙两种可溶性杂质除去的,因为MgCO3、Ca(OH)2均为微溶物,只用任意一种试剂就会有一种杂质生成微溶物而不能全部除去;原实验方案不够完善是因为在除去MgCl2和CaCl2的同时,又引入了新的杂质NaOH和Na2CO3,可向溶液C中逐滴加入稀盐酸至不再产生气泡,滴加酚酞试液时溶液不变色即可.
答案 :【交流与表达】(1)除去粗盐中的难溶性杂质除去粗盐中的易溶性杂质CaCl2、MgCl2 (2)过滤漏斗(3)MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2+2NaCl取样品少许,加入试管中,滴加酚酞试液,溶液变红色 (4)碳酸钙 (5)氯化钠的溶解度受温度影响较小搅拌溶液,避免因局部过热,造成液滴飞溅
【反思与评价】(6)不可行 MgCO3、Ca(OH)2均为微溶物,只用任意一种试剂就会有一种杂质生成微溶物而不能全部除去 (7)在除去MgCl2和CaCl2的同时,又引入了新的杂质NaOH和Na2CO3
【实验方案设计】(8)向溶液C中逐滴加入稀盐酸至不再产生气泡,滴加酚酞试液时溶液不变色
四、中考真题跟踪训练 (可供选择)
1.(2013年包头)除去表3物质中的杂质,所用试剂错误的是( )
表3
物质 杂质 除杂试剂
(A) 氧气 水蒸气 浓硫酸
(B) 铜 氧化铜 稀硫酸
(C) 氯化钡溶液 氯化钠溶液 碳酸钠溶液
(D) 硫酸钾溶液 硫酸铜溶液 氢氧化钾溶液
2.(2013年吉林)用海水制得的粗盐中含有多种可溶性杂质(氯化镁、氯化钙等)和不溶性杂质(泥沙等).请回答下列问题:
(1)实验室去除粗盐中难溶性杂质的一般步骤是:溶解、过滤、 、计算产率;
(2)若要去除粗盐中可溶性的杂质氯化镁和氯化钙,可以依次加入过量的氢氧化钠和碳酸钠两种溶液,写出其中的一个化学方程式 ,过滤后向滤液中加入过量的盐酸,其目的是 ,最后通过蒸发结晶得到较为纯净的氯化钠.
3.(2013年佛山)硫酸钙转化为K2SO4和CaCl2•6H2O的工艺流程如***5所示.
(1)吸收过程中发生了化学反应,化学方程式为 .
(2)操作I的名称为 ,沉淀的主要物质为 (填化学式).
(3)蒸氨过程中涉及的反应类型 (填编号).
(A) 复分解反应(B) 化合反应
(C) 分解反应(D) 置换反应
(4)操作Ⅲ包含一系列操作:蒸发浓缩、 、过滤、洗涤、干燥.
(5)可循环利用的物质除了NH3外,还有 、(填化学式).
答案 : 1.(C) 2.(1)蒸发(2)MgCl2+2NaOH=Mg(OH )2+2NaCl等除去过量的氢氧化钠和碳酸钠 3.(1)CO2+H2O+2NH3=(NH4)2CO3 (2)过滤 CaCO3 (3)AB (4)冷却结晶 (5)CO2 CaO〖BP)〗