逍遥学能 2015-12-11 10:17
专题三 物质的分离与提纯
【复习目标】
1．知道什么是分离，什么是提纯；知道分离与提纯的联系和区别；
2．知道物质分离与提纯的方法，且会用这些方法对物质进行分离与提纯；
3．会选择合适的试剂对物质进行分离与提纯。
【知识梳理】
一、基本原理
1．物质的分离是通过适当的方法，把混合物中的各种物质彼此分开，并且恢复到各种物质的原来存在状态，分别得到纯净物；而物质的提纯是通过适当的方法把混入某物质里的少量杂质除去，以便获得相对纯净的物质，又称除杂。
2．在除去杂质过程中必须遵循的原则：
①不增——所选试剂不能带入新的杂质。
②不减——所选试剂只与杂质反应而不与被提纯的物质反应。
③易分——试剂与杂质反应的产物与被提纯的物质容易分离。
④最佳——在除去杂质的同时能增加被提纯物质的量。
二、物质分离与提纯的方法
1．物质的分离与提纯常用的物理方法：
方法 适用范围或原理 举例
物
理
方
法 过滤法 难溶性固体与液体的分离、可溶性固体与难溶性固体的分离 从双氧水制氧后的废物中提取MnO2；从氯酸钾和二氧化锰混合制取氧气后的混合物中提取MnO2。
结晶法 蒸发结晶 溶质的溶解度随温度的变化较小，则用蒸发结晶法 NaCl中混有少量的KNO3时，可采用此法提纯NaCl
降温结晶 溶质的溶解度随温度的变化较大且溶液饱和，则用降温结晶法 KNO3中混有少量的NaCl时，可采用此法提纯KNO3
2．常用的化学方法
①化气法：与杂质反应生成气体而除去。
如：除NaCl中Na2CO3，可加适量稀HCl，蒸发——Na2CO3+ 2HCl＝2NaCl+ CO2↑+ H2O
②沉淀法：将杂质转化为沉淀过滤除去。
如：除去NaCl中的Na2SO4，可加适量的BaCl2，过滤——Na2SO4+ BaCl2=BaSO4↓+2NaCl
③置换法：将杂质通过置换反应而除去。
如：除FeSO4溶液中的CuSO4，可加过量的铁粉，过滤——CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
④溶解法：将杂质溶于某种试剂而除去。
除C粉中的CuO粉，可加适量稀硫酸，再过滤——CuO+ H2SO4=CuSO4+ H2O
除Cu粉中的Fe粉，可加入适量的稀盐酸，再过滤——Fe + 2HCl＝FeCl2+ H2↑
⑤加热法：杂质受热易分解，通过加热将杂质除去。
如：除CaO中的CaCO3可加热——CaCO3 CaO+ CO2↑
⑥转化法：将杂质通过化学反应转化为主要成分。
如：除CO2中的CO，可将气体通过灼热的CuO——CO+CuO Cu+CO2
⑦吸收法：用吸收剂将杂质气体吸收除去。
如：除去CO中混有的少量CO2，可用浓NaOH溶液吸收CO2——CO2+2NaOH= Na2CO3+ H2O
除去CO2中混有的少量HCl，可用饱和的NaHCO3溶液吸收——HCl+ NaHCO3= NaCl+ CO2↑+ H2O
三、气体的干燥
气体的干燥是通过干燥剂来实现的，选择干燥要根据气体的性质，一般原则是：酸性干燥剂不能用来干燥碱性气体，碱性干燥剂不能用来干燥酸性气体，干燥装置由干燥剂状态决定。
（1）常见的干燥剂
干燥剂 可干燥气体 不可干燥气体 干燥装置
浓H2SO4 H2、O2、CO2、HCl、CH4等 NH3 A
固体NaOH或碱石灰 H2、O2、CH4、NH3等 CO2、HCl B或C
（2）常用干燥装置如下：
【点拨】选择吸收装置时，要注意进、出气体导管的连接方法，若用“洗气瓶”，要注意“长进短出”，若用干燥管要注意“大进小出”。先除去气体中含有的其他杂质，干燥除去水蒸气的操作放在最后。
四、酸碱盐溶液的除杂技巧
（1）被提纯物与杂质所含阳离子相同时，选取与杂质中的阴离子不共存的阳离子，再与被提纯物中的阴离子组合出除杂试剂，如Na2SO4（NaOH）：可选用稀H2SO4为除杂试剂（生成物为Na2SO4和H2O，达到目的）；KCl（K2SO4）：可选用BaCl2溶液为除杂试剂（生成物为BaSO4沉淀和KCl，达到目的）
（2）被提纯物与杂质所含阴离子相同时，选取与杂质中阴离子不共存的阴离子，再与被提纯物中的阳离子组合出除杂试剂，如NaCl（BaCl2）：可选用Na2SO4溶液为除杂试剂（生成物为BaSO4沉淀和NaCl，达到目的）；KNO3（AgNO3）：可选用KCl溶液为除杂试剂（生成物为AgCl沉淀和KNO3，达到目的）。
（3）被提纯物与杂质所含阴阳离子都不相同时，选取与杂质中阴阳离子都不共存的阴阳离子组合出除杂试剂。如NaNO3（CuSO4）：可选用Ba(OH)2溶液为除杂试剂【生成物为Cu(OH)2沉淀与BaSO4沉淀，达到目的】。
【典例解析】
例1．下列措施能达到目的是（ ）
A．用NaOH溶液除去CO2气体中混有的HCl气体
B．用点燃的方法除去CO2气体中少量的CO气体
C．用稀盐酸除去热水瓶中的水垢（主要成分是碳酸钙和氢氧化镁）
D．用BaCl2溶液除去KNO3溶液中混入的少量K2SO4
【解析】根据除杂质的原则，首先要能把杂质除掉，原物质的质量不能减少，可以增加，不能带入新的杂质；操作越简便越好，尽量把杂质转化成与原物质状态不同的物质而分离开。
例2．请回答下列与物质提纯有关的问题：
（1）下列两个方案是除去铜粉中少量氧化铁的实验设计：①用盐酸除去氧化铁；②用CO还原氧化铁。
简便易行的方案是___________（填序号），写出该反应的化学方程式________________________________________。
（2）要除去Na2SO4溶液中少量NaOH不能选用稀盐酸，原因是会生成___________而引入新的杂质。
（3）要除去氢气中的少量水蒸气和氯化氢气体，将混合气体先通过足量的浓硫酸，再通过足量的氢氧化钠溶液后，氢气中仍含有的杂质是____________。
【解析】在除去混合溶液中的杂质时，选择加入液体试剂若过量或顺序不对则易产生新杂质，因此在选择试剂除杂时，应考虑到不能引入新的杂质。
物质的分离与提纯探究专题
一、选择题（每小题只有一个选项最符合题意）
1．下列实验方案合理的是（ ）
A．用点燃的方法除去CO2中混有少量的CO
B．制备NaOH溶液是将饱和的Na2CO3溶液与适量的石灰水混合
C．除铁锈是将铁制品长时间浸泡在过量的稀盐酸中
D．用Cu、Ag、和Zn(NO3)2溶液验证Cu、Zn、Ag的金属活动性顺序
2．除去下列各物质中的少量杂质。所选用的试剂及操作方法均正确的是（ ）
物质 杂质 除杂所用的试剂和方法
A CaO固体 CaCO3固体 加入水，过滤
B Fe Cu 加入适量的稀盐酸，过滤
C CO2气体 水蒸气 通过盛有氢氧化钠固体的干燥管
D NaCl溶液 NaOH 加入适量的稀盐酸
3．下列分离混合物的方法中，对所依据的原理分析不正确的是（ ）
A．工业上用分离液态空气的方法制取氧气，是利用氧气和氮气的密度不同
B．粗盐中的泥沙用溶解过滤法除去，利用了泥沙和食盐的溶解性不同
C．分离KNO3和NaCl的混合物，利用两者溶解度受温度影响不同
D．将石油加热炼制，可得到汽油、煤油、柴油等不同产品，这是利用石油中各成分的沸点不同
4．下列关于混合物分离与提纯的方法（括号中物质是杂质）中，正确的一项是（ ）
A．Fe粉（CuO）：将混合物加入到足量的稀硫酸中，充分反应后过滤、烘干
B．CO2（CO）：将混合物通入澄清石灰水后，再干燥剩余气体
C．K2SO4（K2CO3）：将混合物溶解，滴加过量稀盐酸，蒸发、结晶
D．氯化钠（泥沙）：将混合物放入水中搅拌、溶解、过滤、蒸发、结晶
5．要除去下列四种物质中的少量杂质（括号内的物质为杂质）
甲：CaCO3（KCl） 乙：Na2SO4（CuSO4） 丙：KCl（KOH） 丁：碳粉（CuO）
可选用的试剂及操作方法有：①加适量水，搅拌，过滤；②加过量稀H2SO4，过滤；③溶解后加适量KOH溶液，过滤；④溶解后加适量盐酸，蒸发；⑤加热（或高温灼烧）．下列组合中正确的是（ ）
A．甲-⑤ B．乙-③ C．丙-④ D．丁-①
6．除去CO中少量的CO2，选用的试剂和装置均正确的是（ ）
A B C D
试剂 NaOH溶液 CuO固体 浓硫酸 Ca(OH)2溶液
部分装置
7．（2013•义乌市）下列除去杂质的方法，错误的是（ ）
A．除去H2中的少量水蒸气：通过浓硫酸
B．除去CO2中的少量HCl：通入足量的NaOH溶液，干操
C．除去NaCl溶液中少量的CaCl2：加入适量Na2CO3溶液，过滤
D．除去FeCl3溶液中少量的CuCl2：加入足量的铁屑充分反应后，过滤
8．（2013•南京）除去下列物质中混有的少量杂质（括号内为杂质），所用方法正确的是（ ）
A．CaCO3固体（CaO固体）--高温煅烧 B．N2气体（O2气体）--通过灼热的铜网
C．CO气体（CO2气体）--依次通过浓硫酸和足量的氢氧化钠溶液
D．KCl溶液（CaCl2溶液）--滴加碳酸钠溶液至恰好完全反应，过滤
9．（2013•大兴安岭）某化学兴趣小组设计的下列实验方案不合理的是（ ）
选项 实验目的 实验方案
A 除去CaO中的CaCO3 滴加稀盐酸至不再产生气泡为止
B 鉴别硝酸铵和氯化钠固体 分别取等量的固体溶于水，溶液温度降低的为硝酸铵
C 检验盐酸中是否含有硫酸 滴加氯化钡溶液，若产生白色沉淀，则含有硫酸
D 分离氯化钾和二氧化锰 溶解，过滤，蒸发滤液；洗涤、干燥滤渣
10．在实验室中，同学们用如图装置制取纯净的CO2，下列说法不正确的是（ ）
【查阅资料】饱和碳酸氢钠溶液可以吸收HCl而不吸收CO2。
A．①中固体反应物也可用Na2CO3固体代替
B．③中没有白色沉淀产生，说明CO2气体中已经不混有HCl气体
C．④中浓H2SO4的作用是吸收CO2气体中混有的H2O
D．将燃着的小木条放在⑤中的集气瓶口，可以检验集气瓶是否收集满CO2
二、填空及实验探究题
11．实验是科学探究的重要途径，请将下列有关实验问题填写完整。
（1）除去O2中少量的CO2，可将混合气体通过足量的__________________________________。
（2）测定稀硫酸的pH时，先用水将pH试纸润湿会使结果偏_________ （填“大”或“小”）。
（3）要除去K2SO4溶液中的少量KOH，不能选用稀HCl，原因是会生成_________（填化学式）而引入新的杂质。
（4）要使NaCl溶液中的少量Na2SO4转化为沉淀而除去，可选用适量的_________，发生反应的化学方程式为：
。
12．下列各物质都含有少量杂质（括号内的物质为杂质），写出除去杂质的简要操作步骤和有关化学方程式。
（1）CO2（CO） ；
（2）Na2SO4溶液（CuSO4） ；
（3）NaCl溶液（NaOH） ；
（4）ZnSO4溶液（CuSO4） 。
13．如图为常见实验装置，根据下列要求回答问题（每个装置只能使用一次）。提示：无水硫酸铜遇水由白色变为蓝色．
（1）若要证明混合气体中是否含有二氧化碳和水蒸气，应将混合气体先通过____装置，再通过____装置（填装置代号）。（2）要除去混合气体中的水蒸气，应将混合气体从_________端通入（填接口字母）。
（3）若将丙装置装满水，可用于收集氧气，气体应从____________端通入（填接口字母）。
14．现有某河水水样，有异味，还有固体小颗粒。为了净化该水样，某化学兴趣小组对水样进行如下处理。
（1）向水样中加入明矾搅拌溶解，静置一段时间后，进行____________（填操作名称），除去固体小颗粒；再向滤液中加入活性炭，利用其___________性除去水样中的异味，得到净化水Ⅰ。
（2）向净化水Ⅰ中通入氯气杀菌消毒，得到净化水Ⅱ。该过程中发生如下化学反应：Cl2+H2O=HCl+HClO（次氯酸）。则次氯酸中氯元素的化合价为_________价。
（3）为了判断净化水Ⅱ是硬水还是软水，可加入_________进行检验。
15．某食盐样品中含有少量沙土、氯化钙和氯化镁．以下是除去食盐样品中沙土、氯化钙和氯化镁的实验流程：
根据流程图回答：
（1）操作Ⅰ的名称是_________，加入的试剂A是_____________，沉淀是_______________；
（2）写出NaOH与杂质反应的化学方程式___________________________________________；
（3）加入试剂B的目的是__________________________________；
（4）蒸发结晶时用到玻璃棒的作用是_______________________________________。
16．某学习小组将“从空气中制取氮气”作为研究课题，以下是他们的实验方案：
方案一：（1）图1中装置B的作用是__________________，装置C的作用是___________________________________。
方案二：（2）将空气通过图1中A、B装置后，收集于图2的广口瓶中，用图2装置代替装置C进行实验。实验中用红磷而不用木炭的原因是_______________________________________；
（3）此法得到的氮气不纯，请你分析可能的原因是____________________________________________；
（4）在工业上，分离空气中的氮气和氧气是利用它们________________的不同。
17．实验室用如图装置制取干燥纯净的CO2气体，并验证CO2中混有HCl气体（假设每步反应均完全反应）
（1）写出实验室制取二氧化碳的化学方程式________________________________；
（2）D装置的作用是_______________________，D装置中的现象是__________________________，D装置中发生的化学反应方程式是____________________________________。
（3）将上图装置按题目要求连接起来，正确顺序是_____________________________（填端口字母序号）。
18．氢氧化钠固体保存不善会变质而产生碳酸钠。为了除去氢氧化钠中的碳酸钠杂质，兴趣小组最初设计了如下实验方案。
请回答下列问题：
（1）按照此方案_______（填“能”或否）得到纯净的氢氧化钠固体。理由是______________________________；
（2）你认为要得到较纯净的氢氧化钠固体，应选择除杂试剂是____________（填物质的名称），加入该试剂后，分离除去沉淀A的实验操作方法是________，杂质与该试剂反应的化学方程式是____________________________________。
19．为了除去氯化钠样品中的碳酸钠杂质，某兴趣小组将样品溶解后进行如下实验：
（1）A溶液中溶质可能为______________；
（2）将无色溶液与沉淀B分离的操作①的方法名称是______________；
（3）从无色溶液得到固体物质C的操作②的方法名称是_______________；
（4）因为A溶液过量，此方案得到的固体物质C中混有新的杂质，为了既能除去杂质碳酸钠，又能有效地防止新杂质的引入，可向样品溶液中加入过量的______________后，直接进行操作②即可得到纯净的氯化钠固体。写出有关反应的化学方程式：________________________________。
20．某化学兴趣小组利用锌和浓盐酸以及如图所示装置来制取干燥、纯净的氢气，并验证气体中的杂质．
（1）实验中看到B中无水硫酸铜变蓝色，这说明产生的气体中含有杂质_______（填化学式），除此以外，还可能含有
杂质气体是____________（填名称）。为了检验该杂质可将E装置连接到上述装置中__________（填序号）之间，气体
从______（填a或b）进入装置E，E中所放试剂为____________，观察到的现象是___________________________。
（2）C装置的作用是_____________________________________。
（3）此实验收集氢气的下列方法，你认为合理的是_____（填编号）。①向上排空气法 ②用干瘪气球收集 ③排水法。
21．要除去NaCl样品中少量的Na2SO4和CuCl2杂质，请根据所提供的试剂：NaOH溶液、稀HCl、BaCl2溶液分析并完成下列有关问题：
（1）第一步：取NaCl样品溶于水，加入过量的__________试剂，完全反应后，过滤，除去CuCl2杂质；所发生的化学反应方程式是________________________________；
（2）第二步：在第一步所得滤液中加入适量的__________试剂，完全反应后，再过滤，除去样品中___________杂质；
（3）第三步：在第二步所得滤液中加足量的稀HCl，完全反应后，再进行_______________操作，最后得到NaCl固体。
22．某化工厂排放的废液中含有大量的硫酸锌和硫酸铜，化学兴趣小组的同学根据所学知识设计了一个方案，用来回收金属铜并得到硫酸锌晶体，主要过程如图所示：
请回答下列问题：
（1）步骤②中分离物质的方法是_____________________。（2）固体A的成分是________________。
（3）步骤②中发生反应的化学方程式为____________________________。（4）步骤③中加入的B物质是_____________。
23．实验室有A、B两瓶溶液：A瓶是含有少量BaCl2的KCl溶液；B瓶是含有少量KCl的BaCl2溶液．小松和小思为回收试剂进行了如下实验探究。
（1）小松欲从A瓶中得到纯净的KCl晶体，可向A溶液加入稍过量的_____________溶液，过滤后，在滤液中滴加盐酸至pH=7，再蒸发、结晶、烘干即得到纯净的KCl。
（2）小思欲从B瓶中得到纯净的BaCl2晶体，设计了如下的实验方案，请你填写以下部分实验报告：
【操作Ⅰ】：向B溶液中加入过量的碳酸钾溶液，其实验现象为____________________________。
【操作Ⅱ】：过滤、_________________（填“蒸发结晶”、“洗涤沉淀”或“冷却结晶”）。
【操作Ⅲ】：将Ⅱ操作中得到的物质加入适量盐酸，其实验现象为_______________________，反应的化学方程式为
_____________________________________________。
【操作Ⅳ】：将Ⅲ操作中得到的滤液经蒸发、结晶、烘干即得到纯净的BaCl2。