化工流程题中的分离提纯考点归类与方法突破
时间:2020-06-04 09:45 来源: 高中化学徐老师微信公众号 作者:徐俊龙 点击:次 所属专题: 结晶05
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近5年广东高考化学试题在化工流程题中有关物质的分离提纯考查结晶、过滤问题有4年(分别是:2009年第22题制备氯酸镁考查蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶、过滤;2010年第32题制备Li2CO3考查蒸发浓缩、趁热过滤;2012年第32题由“呆矿”制备K2SO4考查蒸发浓缩、冷却结晶、第33题苯甲酸提纯考查重结晶;2013年第32题制备CuSO4·5H2O考查蒸发浓缩、冷却结晶),这是学生错误率较高考点,归结其原因是不少同学初中溶解度这一块的知识就没学好,碰到一些具体问题就缺乏分析能力,从而出错。本文基于此,从本省各地高考模拟题中进行了相关总结,对蒸发结晶,蒸发浓缩、冷却结晶,蒸发浓缩(结晶)、趁热过滤等做系统的分析和比较,在我校使用效果良好,现在介绍给大家,以期在复习备考中能够顺利突破这一高频考点和难点内容。
一、蒸发结晶
【引子1】高中化学人教版必修1课本第一章P5-6实验1-1介绍粗盐提纯,最后从食盐水得到食盐晶体,就是采用蒸发结晶的(初中化学实验也讲过),因为NaCl的溶解度随温度变化不大,其溶解度曲线图中几乎是一条直线(图1所示),所以升高温度时,其溶解度增大幅度小,降低温度时其溶解度减小幅度也小,其晶体析出率太低(<10%),不得已,只能通过更多的加热耗能来蒸发溶剂,来使其晶体从溶液中析出——这便是我们所说的蒸发结晶 (不必蒸干,蒸发到有大量晶体析出,利用余热蒸干)。一般这种考题中不常见。
【方法突破1】获得溶解度随温度变化不大的单一热稳定性好的溶质(如从NaCl溶液中获得NaCl)——操作方法:蒸发结晶(蒸发至大部分晶体析出即停止加热)。
二、蒸发浓缩、冷却(降温)结晶
【引子2】如图1所示,是氯化钠和硝酸钾固体的溶解度曲线,硝酸钾符合大多数物质溶解度变化的普遍规律,随温度升高,溶解度显著增大(也有个别反常的,溶解度随温度升高而减小的如:Ca(OH)2、Li2CO3等),也即是一条陡峭的曲线。现在如果只有KNO3水溶液,如何可以得到KNO3晶体?是否也是和NaCl的处理方法相同呢?结合溶解度曲线可知,操作方法不相同,因为其溶解度随温度升高而增大,温度较高温下情况下析出晶体少,因而 KNO3只需要蒸发浓缩(使其在较高温度下达到饱和——此时会出现结晶膜),再冷却(降温)结晶就会析出大量的晶体(曲线越陡峭,晶体的析出率越高,KNO3通过降温结晶析出率高达90%以上),而不必蒸发结晶(那样会加热时间更久,浪费更多燃料和时间)。这种考查方式比较常见。
【拓展变式】若KNO3晶体含少量杂质NaCl ,如何提纯?
【思路点拨】像这样为了进一步得到纯度更高的某种晶体,我们还要再分别进行多次结晶操作,称为重结晶(再结晶)。其应用广泛,适合分离两者(或多者)溶解度随温度影响变化不同的物质的分离(如有机物中的苯甲酸的重结晶,2012年广东高考33题考过等)。故此时就是重结晶,具体操作为:将所得KNO3产品溶于适量水,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得滤渣。
【方法突破2】获得溶解度随温度变化大的或易被氧化或易分解或含结晶水的溶质(如:KNO3、FeSO4·7H2O、NH4Cl、CuSO4·5H2O、莫尔盐【——(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O】等晶体的获得)——操作方法:蒸发浓缩(蒸发至溶液表面出现结晶膜即停止加热)、冷却结晶、过滤(若是混合液则还需洗涤)、干燥。
【例题1】……
三、蒸发浓缩(结晶)、趁热过滤
【引子3】根据上面图1所给的NaCl和KNO3的溶解度曲线思考,若溶液中含有大量的NaCl和少量的KNO3,如何从溶液中获得NaCl晶体呢?这时很自然想到,蒸发浓缩时,NaCl会先饱和析出晶体(因为NaCl占大部分,且其溶解度随温度变化不大,而KNO3含量少,且高温溶解度更大,远未达到饱和),为了防止低温下KNO3析出,故需趁热滤即可。单独考查这种方式不常见。
……
【误区警示】过滤之后是否要洗涤,需要看原溶液是单一溶液还是混合溶液(大多是混合溶液);洗涤的目的就是要洗掉晶体表面(吸附)所含有的少量可溶性的杂质(若是晶体内部的杂质,洗不掉,只能通过重结晶除去),洗涤试剂选择要恰当,特别是可溶性的晶体则要尽量减少晶体溶解而损失,常用方法有用:冷水、热水、有机溶剂、或用该晶体的饱和溶液等来洗涤的,具体需要根据晶体的溶解性及其他性质来选择。
【变式迁移3】……
四、先蒸发浓缩(结晶)、趁热过滤,后冷却结晶、过滤
【引子4】如何从等物质的量的NaCl和KNO3混合溶液中分别获得NaCl和KNO3晶体呢?结合上面提到的溶解变化规律可知:要将两者溶解度随温度变化存在显著差异物质分离,关键在于控制温度。原理是在高温下析出溶解度小的(此处为NaCl),低温下同样析出溶解度小的(此处为KNO3),具体操作为:较高温下先蒸发浓缩至析出晶体(这时析出的绝大多数是NACl),再趁热过滤,然后将滤液再冷却结晶(此时析出的绝大多数是KNO3)。这种考法也不常见,一定要结合溶解度曲线具体分析。
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