高三化学一轮复习物质的分离和提纯考点全归纳.docx
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高三化学一轮复习物质的分离和提纯考点全归纳
物质的分离和提纯
[考纲要求] 1.了解物质分离、提纯的意义和方法;掌握过滤、分液、蒸馏等操作步骤及要求。
2.能对常见的物质进行检验、分离和提纯。
3.绘制和识别典型的实验仪器装置图。
考点一 物质分离、提纯的常用物理方法
1.物质分离、提纯的区别
(1)物质的分离
将混合物的各组分分离开来,获得几种纯净物的过程。
(2)物质的提纯
将混合物中的杂质除去而得到纯净物的过程,又叫物质的净化或除杂。
2.物质分离、提纯的常用物理方法
试根据所学的知识填写操作方法及相关内容。
图1 图2 图3
图4 图5
(1)如图1,方法、装置的名称:
过滤。
适用范围:
把不溶性固体与液体进行分离。
注意事项:
①一贴:
滤纸紧贴漏斗内壁;二低:
滤纸上缘低于漏斗边缘,液面低于滤纸边缘;三靠:
烧杯紧靠玻璃棒,玻璃
棒轻靠三层滤纸处,漏斗下端紧靠烧杯内壁。
②若滤液浑浊,需更换滤纸,重新过滤。
浑浊的原因可能是滤纸破损、滤液超过滤纸边缘。
(2)结晶是晶体从饱和溶液中析出的过程,对溶解度受温度变化影响不大的固态溶质,采用蒸发溶剂的方法,而对溶解度受温度变化影响相当大的固态溶质,采用冷却饱和溶液的方法。
如图2,方法、装置的名称:
蒸发结晶。
适用范围:
溶解度随温度变化较小的物质。
注意事项:
①玻璃棒的作用:
搅拌,防止液体局部过热而飞溅;②当有大量晶体析出时,停止加热,利用余热蒸干而不能直接蒸干。
(3)如图3,方法、装置的名称:
分液。
适用范围:
①萃取:
利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液里提取出来;②分液:
两种液体互不相溶且易分层。
注意事项:
①溶质在萃取剂中的溶解度比在原溶剂中大;②萃取剂与原溶剂不反应、不相溶;③萃取剂与溶质不反应。
(4)如图4,方法、装置的名称:
蒸馏。
适用范围:
沸点相差较大的液体混合物
注意事项:
①温度计的水银球放在蒸馏烧瓶的支管口处;
②蒸馏烧瓶内要加沸石;③冷凝管水流方向应为“逆流”。
(5)如图5,方法、装置的名称:
升华。
适用范围:
某种组分易升华的混合物,利用物质升华的性质在加热条件下分离的方法。
深度思考
分液漏斗是萃取、分液操作中必须用到的仪器,在使用前必须检查是否漏液,如何检查分液漏斗是否漏液?
答案 关闭活塞,向分液漏斗中加入一定量的水倒置,观察是否漏水,若不漏水再将活塞旋转180°,然后倒置观察是否漏水。
题组一 分离、提纯原理和方法的考查
1.下列分离物质的方法中,利用了物质的沸点的是( )
A.蒸馏B.萃取C.重结晶D.蒸发
答案 A
解析 萃取、重结晶是利用物质溶解度的不同而分离,蒸发是通过加热将溶剂蒸发掉;蒸馏则是利用物质沸点不同将物质进行分离。
2.物质的分离、提纯是中学化学的重要操作,请应用物质分离、提纯知识,分离下列
各组混合物。
混合物
分离方法
操作过程
1
从草木灰中提取可溶性物质
2
KNO3和NaCl混合物
3
乙酸乙酯和乙酸混合物
4
由乙醇溶液制无水乙醇
答案
混合物
分离方法
操作过程
1
从草木灰中提取可溶性物质
溶解、过滤
将草木灰溶于热水中,不断搅拌,然后过滤。
若滤液仍浑浊,再过滤
2
KNO3和NaCl混合物
结晶、过滤
将混合物溶于热水配成饱和溶液,降温,溶液中有KNO3晶体析出,趁热过滤
3
乙酸乙酯和乙酸混合物
分液
在混合物中加入饱和Na2CO3溶液,振荡,静置,分液
4
由乙醇溶液制无水乙醇
蒸馏
加入一定量的生石灰,然后蒸馏
依据物质的物理性质选择恰当分离(提纯)方法
(1)“固+固”混合物的分离(提纯)
(2)“固+液”混合物的分离(提纯)
(3)“液+液”混合物的分离(提纯)
题组二 分离、提纯装置的识别
3.以下实验装置一般不用于分离物质的是( )
答案 D
解析 A项为蒸馏装置,用于互溶而沸点不同的液体混合物的分离;B项为渗析操作,用于胶体的净化;C项为过滤操作,用于固体和液体的分离;D项为配制一定物质的量浓度的溶液中的移液操作,不属于分离物质的操作。
4.下列实验装置图所示的实验操作,不能达到相应的实验目的的是( )
答案 B
解析 B选项中温度计的水银球位置应与蒸馏烧瓶的支管口对齐。
题组三 分离、提纯操作过程
5.海洋植物如海带、海藻中含有大量的碘元素,碘元素以碘离子的形式存在。
实验室里从海藻中提取碘的流程如下图:
(1)实验室焙烧海带,需要下列仪器中的________(填序号)。
a.试管b.烧杯
c.坩埚d.泥三角
e.铁三脚架f.酒精灯
(2)指出提取碘的过程中有关的实验操作名称:
①________,③__________。
(3)提取碘的过程中,可选择的有机试剂是( )
A.甲苯、酒精B.四氯化碳、苯
C.汽油、乙酸D.汽油、甘油
(4)为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液,实验室有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品,尚缺少的玻璃仪器有__________、__________。
(5)小组用CCl4萃取碘水中的碘,在右图的分液漏斗中,下层液体呈______色;他们打开分液漏斗活塞,却未见液体流下,
原因可能是________________________________________________。
(6)从含碘的有机溶液中提取碘和回收
有机溶剂,还须经过蒸馏,指出下
面实验装置图中的错误之处:
①_____________________________________________________________________;
②_____________________________________________________________________;
③_____________________________________________________________________。
(7)进行上述蒸馏操作时,使用水浴加热的原因是____________________________,
最后晶态碘在________里聚集。
答案
(1)cdef
(2)①过滤 ③萃取 (3)B (4)分液漏斗 普通漏斗 (5)紫红 分液漏斗上口活塞小孔未与空气相通 (6)①缺石棉网 ②温度计插到了液体中 ③冷凝管进出水的方向颠倒 (7)使蒸馏烧瓶受热均匀,控制加热温度不至过高 蒸馏烧瓶
过滤操作中的常考热点案例
在过滤操作后,有时需要滤渣,舍弃滤液;有时需要滤液,舍弃滤渣。
1.需要滤液时,如何提取母液中的成分
案例1 在粗盐的提纯实验中,过滤,舍去不溶性杂质(滤渣)后,怎样从母液中获取NaCl固体?
提示 加热蒸发,当析出大量NaCl晶体时,停止加热,利用余热蒸干。
案例2 若母液是CuSO4饱和溶液,怎样获得CuSO4·5H2O晶体?
提示 加热蒸发,冷却结晶,过滤。
2.需要滤渣时,如何得到纯净的滤渣
案例3 在测定Na2SO4和NaCl的混合物中Na2SO4的质量分数时,可以在混合物中加入过量BaCl2溶液,沉淀SO
,然后过滤、洗涤、烘干、称量得到BaSO4的质量,试问:
(1)怎样判断SO
是否沉淀完全?
提示 取上层清液少许于试管中,再加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀,说明SO
未沉淀完全,反之则沉淀完全。
(2)过滤完毕后,为什么要洗涤沉淀(即洗涤沉淀的目的)?
提示 洗去可溶性杂质(Na+、Cl-等)。
(3)沉淀的洗涤方法?
提示 沿玻璃棒向漏斗中注水至浸没沉淀,待水自然流下后,再重复2~3次。
(4)怎样判断沉淀是否洗净?
提示 取最后一次滤出液少许于试管中,滴加稀HNO3酸化的AgNO3溶液,若产生白色沉淀,说明沉淀未洗净,反之已洗净。
考点二 物质分离、提纯的化学方法
方法
原理
杂质成分
沉淀法
将杂质离子转化为沉淀
Cl-、SO
、CO
及能形成弱碱的阳离子
气化法
将杂质离子
转化为气体
CO
、HCO
、SO
、HSO
、S2-、NH
杂转纯法
将杂质转化为需要提纯的物质
杂质中含不同价态的相同元素(用氧化剂或还原剂)、同一种酸的正盐与酸式盐(用酸、酸酐或碱)
氧化还原法
用氧化剂(还原剂)除去具有还原性(氧化性)的杂质
如用酸性KMnO4除去CO2中的SO2,用热的铜粉除去N2中的O2
热分解法
加热使不稳定的物质分解除去
如除去NaCl中的NH4Cl等
酸碱溶解法
利用物质与酸或碱溶液混合后的差异进行分离
如用过量的NaOH溶液可除去Fe2O3中的Al2O3
电解法
利用电解原理除去
杂质
含杂质的金属作阳极、纯金属(M)作阴极,含M的盐溶液作电解质溶液
题组一 除杂试剂及方法的选择
1.除去下列常见物质中的杂质,完成表格:
序号
原物质
所含杂质
除杂质试剂
主要操作方法
①
N2
O2
灼热的铜网
用固体转化气体
②
CO
CO2
NaOH溶液
洗气
③
CO2
CO
灼热的CuO
用固体转化气体
④
CO2
HCl
饱和NaHCO3溶液
洗气
⑤
Cl2
HCl
饱和食盐水
洗气
⑥
CO2
SO2
饱和NaHCO3溶液
洗气
⑦
碳
粉
CuO
稀酸(如稀盐酸)
过滤
⑧
Fe
2O3
Al
2O3
NaOH溶液
过滤
⑨
NaHCO3溶液
Na2CO3
CO2
加酸转化
⑩
NaCl溶液
NaHCO3
HCl
加酸转化
⑪
FeCl3溶液
FeCl2
Cl2
加氧化剂转化
⑫
FeCl2溶液
FeCl3
Fe
加还原剂转化
⑬
I2晶体
NaCl
无
加热升华
⑭
NaCl晶体
NH4Cl
无
加热分解
⑮
乙烷
C2H4
溴的四氯化碳溶液
洗气
⑯
乙酸乙酯
乙酸
饱和Na2CO3溶液
分液
⑰
乙醇
水(少量)
新制CaO
蒸馏
题组二 物质的分离、提纯在物质制备中的应用
2.下列是制备CuO的流程图:
工业CuSO4
CuSO4溶液
CuSO4·5H2O―→……―→CuO
(1)步骤Ⅰ的目的是除去不溶性杂质。
操作是________________________________。
(2)步骤Ⅱ的目的是除铁。
操作是:
滴加H2O2溶液,稍加热;当Fe2+转化完全后,慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末,搅拌,以控制溶液pH=3.5;加热煮沸一段时间,过滤,用稀硫酸酸化滤液至pH=1。
控制溶液pH=3.5的原因是_________________
_______________________________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O晶体。
操作是_____________________________
______________________________________________________________________,
过滤,水浴加热烘干。
水浴加热的特点是___________________________________。
答案
(1)溶解,过滤
(2)使Fe3+可全部转化为Fe(OH)3沉淀,而Cu2+不会转化为Cu(OH)2沉淀
(3)将CuSO4溶液加热蒸发至有大量晶体出现时,停止加热 受热均匀,温度易于控制在100℃以下
解析
(1)不溶性杂质由于不溶于水,采用过滤的方法除去。
(2)步骤Ⅱ操作:
向含有CuSO4、FeSO4的溶液中滴加H2O2,发生反应:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,此时溶液的pH<3.5,而pH=3.5时,Fe(OH)3沉淀易形成,故此时要加入Cu2(OH)2CO3粉末,以中和H+,控制pH=3.5,同时加热煮沸,使Fe3+水解趋于完全,生成Fe(OH)3沉淀,同
时抑制Cu2+的水解,过滤除去Fe(OH)3沉淀,再加稀硫酸酸化得到CuSO4溶液。
(3)通过蒸发溶剂、冷却结晶的方法析出硫酸铜晶体,加热烘干时温度不能超过100℃,且需温度恒定,以防温度过高使硫酸铜分解,因此采用水浴加热。
分离和提纯物质遵循的原则
(1)不引入新杂质的原则。
如果引入杂质则在后续操作中必须除杂。
(2)不损耗、不减少被提纯物质的原则。
(3)实验操作要简便易行的原则。
(4)加入试剂的顺序要合理的原则。
用化学方法除去溶液中的杂质时,要使被分离的物质或离子尽可能除净,需要加入过量的分离试剂,在多步分离过程中,后加的试剂应能够把前面所加入的无关物质或离子除去。
3.(2013·山东理综,30)实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备
MgAl2O4,主要流程如下:
(1)为使Mg2+、Al3+同时生成沉淀,应先向沉淀反应器中加入________(填“A”或“B”),再滴加另一反应物。
(2)
如右图所示,过滤操作中的一处错误是________。
(3)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是__________。
高温焙烧
时,用于盛放固体的仪器名称是________。
(4)无水AlCl3(183℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾,实验室可用
下列装置制备。
装置B中盛放饱和NaCl溶液,该装置的主要作用是________。
F中试剂的作用是________。
用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用,所装填的试剂为________。
答案
(1)B
(2)漏斗下端尖嘴未紧贴烧杯内壁 (3)AgNO3溶液(或硝酸酸化的AgNO3溶液) 坩埚 (4)除去HCl气体 吸收水蒸气(或防止水蒸汽进入E) 碱石灰(或NaOH与CaO混合物)
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)
用CCl4提取溴水中的Br2(√)
(2013·天津理综,4A)
解析 CCl4和水不互溶,分层,采取分液的方法分离。
(2)
除去乙醇中的苯酚(×)
(2013·天津理综,4B)
解析 乙醇和苯酚混溶,不能采取过滤的方法。
(3)
从KI和I2的固体混合物中回
收I2(×)
(2013·天津理综,4C)
解析
该装置无法回收气态碘且蒸发皿加热不需垫石棉网。
(4)
用图所示装置蒸干NH4Cl饱和溶液制备NH4Cl晶体(×)
(2013·江苏,6B)
解析 NH4Cl加热易分解。
(5)
用图所示装置除去Cl2中含有的少量HCl
(×)
(2013·江苏,6A)
解析 除去Cl2中的HCl应用饱和食盐水。
(6)将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤,洗涤并收集沉淀(×)
(2013·广东理综,10C)
解析 过滤时,应使用玻璃棒引流。
(7)将混有HCl的Cl2通入饱和NaHCO3溶液中除去HCl(×)
(2013·广东理综,9D)
解析 混有HCl的Cl2通过饱和NaHCO3溶液产生CO2,形成杂质且Cl2也能被溶液吸收。
(8)受强酸或强碱腐蚀致伤时,应先用大量水冲洗,再用2%醋酸溶液或饱和硼酸溶液洗,最后用水冲洗,并视情况作进一步处理(×)
(2013·浙江理综,8D)
解析 受强酸腐蚀致伤时,应先用大量水冲洗,再用3%~5%碳酸氢钠溶液处理。
(9)除去干燥CO2中混有的少量SO2,可将混合气体依次通过盛有酸性KMnO4溶液、浓硫酸的洗气瓶(√)
(2013·浙江理综,8D)
解析 SO2具有还原性,可被KMnO4溶液氧化而除去。
2.(2013·北京理综,8)下列试验中,所选装置不合理的是( )
A.分离Na2CO3溶液和CH3COOC2H5,选④
B.用CCl4提取碘水中的碘,选③
C.用FeCl2溶液吸收Cl2选⑤
D.粗盐提纯,选①和②
答案 A
解析 解答本题主要从物质的性质、实验原理、仪器的选择是否正确等角度去分析。
CH3COOC2H5与Na2CO3溶液互不相溶,故应选择分液法将其分离,因此选③,A错;用CCl4提取碘水中的碘,应选择分液漏斗萃取分液,B正确;将Cl2通过盛有FeCl2溶液的洗气瓶,将Cl2吸收,C正确;粗盐提纯应先将粗盐溶于蒸馏水中,然后过滤除掉泥沙等不溶物,再蒸发
、浓缩最后得到NaCl晶体,D正确。
3.(2013·广东理基,24)下列除去杂质的方法正确的是( )
A.除去CO2中混有的CO:
用澄清石灰水洗气
B.除去BaCO3固体中混有的BaSO4:
加过量盐酸后,过滤、洗涤
C.除去FeCl2溶液中混有的FeCl3:
加入过量铁粉,过滤
D.除去Cu粉中混有的CuO:
加适量稀硝酸后,过滤、洗涤
答案 C
解析 CO2可以被澄清石灰水吸收,而CO不可以,故A项错;盐酸可以将BaCO3反应除去,而不能溶解BaSO4,故B项错;C项,2FeCl3+Fe===3FeCl2,过量的铁过滤即可除去,正确;Cu和CuO均可以被HNO3溶解,故D项错。
4.(2013·广东,19)碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。
工业碳酸钠(纯度约98%)中
含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO
等杂质,提纯工艺流程如下:
已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示:
回答下列问题:
(1)滤渣的主要成分为______________________________________________。
(2)“趁热过滤”的原因是___________________________________________。
(3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是_______________________
_________________________________________________________(写出一种)。
(4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是_______________________
_____________________________________________________________________。
(5)已知:
Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3(s)+10H2O(g)
ΔH1=+532.36kJ·mol-1
Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2=+473.63kJ·mol-1
写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式_____________________________。
答案
(1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3
(2)使析出的晶体为Na2CO3·H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体,令后续的加热脱水耗时长
(3)用已预热的布氏漏斗趁热抽滤
(4)产品纯度降低,因为循环使用时母液中Cl-与SO
累积,导致产品含NaCl和Na2SO4杂质
(5)Na2CO3·H2O(s)===Na2CO3(s)+H2O(g)
ΔH=+58.73kJ·mol-1
解析
(1)工业碳酸钠中由于含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO
等杂质,当加水溶解时,
首先生成CaCO3沉淀,再加入NaOH溶液,Mg2+和Fe3+与NaOH反应分别生成Mg(OH)2和Fe(OH)3沉淀,因此滤渣的成分为CaCO3、Mg(OH)2、Fe(OH)3。
(2)Na2CO3·10H2O和Na2CO3·7H2O的溶解度随温度的升高而增大,因此温度太低时,会析出它们的晶体,故需趁热过滤。
(3)要在实验室达到趁热过滤的目的,可以用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。
(4)因为母液中存在Cl-和SO
,当母液循环使用时,母液中Cl-和SO
累积,导致产品中含有NaCl和Na2SO4杂质,制备的产品不纯。
(5)根据盖斯定律,将题中反应①-②得:
Na2CO3·H2O(s)===Na2CO3(s)+H2O(g)
ΔH=+58.73kJ·mol-1
5.[2013·江苏,19
(1)(3)]废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。
实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如下:
(1)①铜帽溶解时加入H2O2的目的是______________________________________
(用化学方程式表示)。
②铜帽溶解完全后,需将溶液中过量的H2O2除去。
除去H2O2的简便方法是_____________________________________________________________________。
(3)已知pH>11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2-。
下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算)。
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
Fe3+
1.1
3.2
Fe2+
5.8
8.8
Zn2+
5.9
8.9
实验中可选用的试剂:
30%H2O2、1.0mol·L-1HNO3、1.0mol·L-1NaOH。
由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为:
①____________________________________________________________________;
②_____________________________________________________________________;
③过滤;
④_____________________________________________________________________;
⑤过滤、洗涤、干燥;
⑥900℃煅烧。
答案
(1)①Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O
②加热(至沸)
(3)①向滤液中加入适量30%H2O2,使其充分反应
②滴加1.0mol·L-1NaOH溶液,调节溶液pH约为5(或3.2≤pH<5.9),使Fe3+沉淀完全
④向滤液中滴加1.0mol·L-1NaOH,调节溶液pH约为10(或8.9≤pH≤11),使
Zn2+沉淀完全
解析
(1)①Cu与稀H2SO4不发生反应,加入H2O2的目的是溶解铜,化学方程式为Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+2H2O。
②H2O2具有不稳定性,受热易分解生成H2O和O2,可通过加热的方法除去溶液中过量的H2O2。
(3)除去铜的滤液中含有Fe3+、Fe2+、Zn2+等,若制备ZnO应除去Fe3+和Fe2+。
由表中信息可知,Fe2+和Zn2+开始沉淀和沉淀完全的pH均相差较小,但Fe3+与Zn2+开始沉淀和沉淀完全的pH均相差较大,故可加入30%H2O2将
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