侯楚東
劉禹錫在《雜曲歌辭·浪淘沙》中寫道:“美人首飾侯王印,盡是沙中浪底來.”從這句詩中我們了解到,早在唐代,人們就掌握了將沙子和金子分離的方法.在日常生活中,我們也經常分離物質,如用漏勺撈出肉湯中的丸子,用濾網除去中藥里的藥渣等.那么在實驗室中,我們是如何對物質進行分離的呢?
考點1:實驗操作步驟
“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗主要包括四個步驟,分別是溶解、過濾、蒸發(fā)、計算產率.
l.溶解.
(1)粗鹽是混合物,含有氯化鈉、可溶性雜質和難溶性雜質等.10 mL水中能溶解多少克粗鹽?我們無從知曉,因為不知道雜質是什么,它們的溶解度又是多少.怎么解決這個問題呢?我們可以先稱取5g粗鹽,將其逐漸加入盛有10 mL水的燒杯里,攪拌,直至粗鹽不再溶解,然后稱量剩余粗鹽的質量,再通過計算得出溶解的粗鹽的質量.所以此處有兩次稱量操作.
(2)注意事項:使用托盤天平時,兩邊托盤上各放一張相同的紙,游碼先歸零,遵循“左物右碼”原則;量筒讀數時,視線要與液體凹液面的最低處保持水平;粗鹽溶解時要用玻璃棒充分攪拌.
2.過濾.
(1)注意事項:①“一貼”.濾紙緊貼漏斗內壁.②“二低”,濾紙邊緣應略低于漏斗邊緣,加入漏斗中液體的液面應略低于濾紙的邊緣.③“三靠”.向漏斗中傾倒液體時,燒杯嘴應與玻璃棒接觸:玻璃棒的底端應和三層濾紙?zhí)庉p輕接觸;漏斗頸的末端應與燒杯內壁相接觸.
(2)過濾后,若濾液仍舊渾濁,可能的原因是:濾紙有破損,過濾時液體的液面高于濾紙邊緣,盛接濾液的燒杯不干凈等.
3.蒸發(fā).
注意事項:蒸發(fā)皿里的溶液不能超過其容積的2/3,加熱過程中要用玻璃棒不斷攪拌,當蒸發(fā)皿中出現較多固體時停止加熱.
4.計算產率.
(1)注意事項:要盡量用玻璃棒把所得精鹽全部轉移到紙上,以減小實驗誤差. (2)計算公式:精鹽產率=精鹽的質量/溶解粗鹽的質量×100%.
以上操作力求規(guī)范,任何一個環(huán)節(jié)出現差錯,都會影響到精鹽的產率,當然,除去了粗鹽中的難溶性雜質,并不表明就得到了純凈的氯化鈉,得到的樣品中往往還含有易溶于水的Ca2+、Mg2+、SO2-4等雜質,還需要用化學方法進一步提純,
例1 (2018.青島)某興趣小組的同學進行“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗,下圖是實驗過程中的部分操作,其中正確的是( ).
解析 A選項中,瓶塞沒有倒放.B選項中,量筒不能用來溶解物質,應該使用燒杯進行溶解操作.C選項的過濾操作中,沒有使用玻璃棒引流,
答案:D.
考點2:玻璃棒的作用
在“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗中,玻璃棒的用途是:在溶解過程中,玻璃棒起攪拌作用,能夠加速物質溶解;在過濾操作中,玻璃棒用來引流;在蒸發(fā)操作中,用玻璃棒攪拌,能夠使濾液受熱均勻,防止液滴飛濺.
例2(2018.南京)下列有關玻璃棒的用途,說法不正確的是( ).
A.稱取粗鹽后把粗鹽研磨細
B.溶解時攪拌,加速粗鹽溶解
C.稱量精鹽前,把精鹽固體轉移到紙上
D.蒸發(fā)時攪拌,防止因局部溫度過高造成液滴飛濺
解析: A選項中,研磨物質應使用研缽,而不是玻璃棒,
答案:A.
考點3:分離物質的物理方法
1.過濾:用于固體不溶物與液體的分離,如除去粗鹽中的泥沙,除去KN03溶液中的Mn02等.
2.蒸發(fā):用于溶液體系的分離.如從NaCI溶液中提取NaCI,從蔗糖溶液中提取蔗糖.
3.結晶:溶解度受溫度變化影響不大的物質用蒸發(fā)結晶的方法提純,如除去NaCI中的KN03;溶解度受溫度變化影響大的物質用降溫結晶的方法提純,如除去KN03中的NaCI.
4.蒸餾:用于沸點不同的液體混合物的分離,如制取蒸餾水,
例3 (2019.海南)在“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗中,下列不需要進行的操作是( ).
A.溶解
B.過濾
C.蒸發(fā)
D.蒸餾
解析:在“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗中,需要進行的操作有溶解、過濾、蒸發(fā)和計算產率,沒有蒸餾.
答案:D.
考點4:誤差分析
分析實驗誤差,需利用精鹽產率的計算公式,并結合具體實驗操作來進行判斷,
例4實驗結束后計算精鹽的產率時,發(fā)現產率偏低,其原因可能是
(填序號).
A.濾紙破損
B.粗鹽沒有完全溶解
C.過濾時漏斗中的液面高于濾紙邊緣
D.蒸發(fā)時沒有用玻璃棒攪拌
E.蒸發(fā)后所得的精鹽很潮濕
F.蒸發(fā)皿中的精鹽沒有全部轉移到紙上稱量
G.蒸發(fā)時待水分完全蒸干時才停止加熱,導致食鹽顆粒飛濺
解析: A、c選項會使精鹽中含有難溶性雜質,使精鹽產率偏高.E選項蒸發(fā)后所得的精鹽很潮濕,會把水的質量當成精鹽的質量,使產率偏高.B選項粗鹽沒有完全溶解,最終導致精鹽質量減少,會使精鹽產率偏低.D、G選項都會因液滴或固體飛濺導致精鹽質量減少,使精鹽產率偏低.F選項蒸發(fā)皿中的精鹽沒有全部轉移到紙上稱量,使精鹽質量減少,產率偏低.
答案:BDFG
考點6:實驗綜合考查
例5(2019.河南)為除去氯化鈉中的泥沙和CaC12、MgCl2、Na2S04雜質,某化學興趣小組的同學將粗鹽樣品溶解、過濾,除去泥沙后,取粗鹽水按如圖1所示流程進行實驗探究.
(1)溶解、過濾、蒸發(fā)操作中都要用到的一種玻璃儀器是____.
(2)寫出一個加入Na2C03溶液時所發(fā)生反應的化學方程式_____.
(3)上述流程中,若將過濾和加鹽酸的操作順序顛倒,所得精鹽產品中會含哪些雜質?(BaS04不溶于水,也不溶于酸)
解析:物質的分離與提純的基本原則:(1)“不增”.除去雜質的過程中不能引入新的雜質.(2)“不減”,所選試劑只與雜質反應,而不與被提純的物質反應.(3)“易分”.選用的試劑與雜質反應的產物容易與被提純物質分離,操作簡單易行.(4)“復原”,若除雜的過程中被提純的物質發(fā)生了反應,應將生成物再復原成被提純的物質.
物質的分離與提純的基本方法是:先找到被提純物質與雜質之間的物理或化學性質的差異與聯(lián)系,再決定選用何種試劑或操作方法.提純物質的化學方法是指通過發(fā)生化反應將混合物分離或除去其中雜質,以達到提純的目的.在這道題目中,加入過量的氯化鋇溶液可將硫酸根離子沉淀下來,加入過量的氫氧化鈉溶液可將鎂離子沉淀下來,加入過量的碳酸鈉溶液可將鈣離子和過量的鋇離子沉淀下來.
去除粗鹽中的多種可溶性雜質時要注意:(1)加入試劑的先后順序,前面加入的試劑過量,是為了將雜質除凈,但也會引入新的雜質,因此后續(xù)加入的試劑要能除去前面所加入的過量的試劑.過量的氯化鋇可用碳酸鈉溶液除去,因而加入試劑時,氯化鋇溶液要加在碳酸鈉溶液的前面.(2)先加入過量的除雜試劑,當完全沉淀后再過濾,過量的氫氧化鈉和碳酸鈉可用稀鹽酸除去,向濾液中加入適量的稀鹽酸,最后蒸發(fā)可得到較為純凈的氯化鈉.
答案:(1)玻璃棒 (2)Na2C03+CaCl2=CaC03↓+2NaCl或BaCl2+Na2C03=BaC03↓+2NaCI (3)氯化鈣、氯化鎂、氯化鋇(或CaC12、MgCl2.BaC12).
你學會了嗎
某化學興趣小組做“粗鹽中難溶性雜質的去除實驗”,實驗過程如圖2所示.
(l)步驟①的名稱是____.
(2)步驟②中,玻璃棒的作用是.
(3)步驟③中,當觀察到蒸發(fā)皿內出現____時,停止加熱.
(4)將氯化鈉與泥沙分離所采用的方法,是利用了氯化鈉
的性質.
參考答案 (1)溶解 (2)引流(3)較多固體 (4)易溶于水