高二化学《化学实验》专题五鲁教版知识精讲

用心 爱心 专心 高二化学高二化学 化学实验化学实验 专题五鲁教版专题五鲁教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 化学实验 专题五 二 教学目的 1 掌握常见物质的提纯原则和方法 2 掌握常见物质分离的操作方法 三 教学重点 难点 分离提纯方法 四 知识分析 专题五 物质的分离和提纯 物质的提纯就是除杂 它指除去物质中的杂质以提高其纯度的实验操作过程 物质的分离是把混合物中的成分分离开来的实验操作过程 因此可以把分离看作是提纯 在方法上的延伸 一 物质的提纯 1 提纯的原理和原则 主要是利用化学反应把杂质转化为气体或不溶物 有时恰好相反 而分离除去 去除 法 或把杂质转化为所需要的物质 转化法 但应注意不能因加入试剂又引入新的杂质 提纯应遵守以下原则 1 不增加新的杂质 2 不减少主要成分的含量 3 操作方法简单 易于进行分离 4 如果将主要成分进行了转化 最后要能将其还原 这几个原则或要求可以归纳为 不增 不减 易分 还原 2 固体或溶液的提纯方法 1 去除法 如 NaCl 溶液中混有 Na2SO4杂质 可以向溶液中滴加 BaCl2溶液 生成 BaSO4过滤除去 2 转化法 如 Na2CO3溶液中混有 NaHCO3 可用加热的方法使其全部转化为 Na2CO3 除去某种金属离子中的 Fe3 应加入该金属的氧化物或氢氧化物或碳酸盐 遇酸容易 分解的盐 如除去 CuCl2溶液中含有的 FeCl3杂质 可加入 CuO 或 Cu OH 2或 CuCO3 充分反应后过滤 再加入适量的 HCl 因为 Fe3 3H2O Fe OH 3 3H CuCO3 2 H Cu2 H2O CO2 3 常见气体中杂质的去除方法 1 常见的去除气体中杂质的试剂 去除 Cl2中的 HCl 用少量水或饱和食盐水 去除 HCl 中的 Cl2 用活性碳吸附 Cl2易液化 去除气体中的 H2S 用 CuSO4溶液 气体除杂装置中如果有蓝色的 CuSO4溶液 一定 用心 爱心 专心 是用来除 H2S 气体的 去除酸性气体或卤素 用碱溶液 去除下面的杂质 括号内物质为杂质 CO2 HCl SO2 Cl2 SO2 HCl H2S HCl 一般采用主要成分的酸式盐 这样既 增加了主要成分的含量 又把杂质气体除去了 注意不能用正盐 因为正盐会与相应的气体 反应生成酸式盐 2 干燥气体采用的干燥剂 浓硫酸 除了不可干燥的 H2S NH3外 几乎都可用 P2O5粉末 除 NH3外几乎都可以 固体烧碱 不能干燥酸性气体 碱石灰 不能干燥酸性气体 硅胶 几乎都可用 无水氯化钙 除 NH3 乙醇外 几乎都可用 4 除去物质中杂质 括号内为杂质 的基本反应原理 1 利用生成气体的反应除去杂质 如除去硫酸钠溶液中含有少量碳酸钠或其它易挥发性弱酸的钠盐杂质时 加入适量硫 酸 Na2CO3 H2SO4 Na2SO4 H2O CO2 2 利用生成沉淀的方法除去杂质 如 ZnCl2 ZnSO4 加适量 BaCl2溶液 BaCl2 ZnSO4 BaSO4 ZnCl2 3 利用酸式盐与正盐的相互转化规律除去杂质 Na2CO3 NaHCO3 固态加热 2 NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 NaHCO3 Na2CO3 水溶液中通 CO2 Na2CO3 H2O CO2 2 NaHCO3 4 利用氧化还原反应除去杂质 FeCl3 FeCl2 通入 Cl2 2FeCl2 Cl2 2 FeCl3 如果在比较活泼的金属盐溶液中含有不活泼金属组成盐的杂质时 可用置换反应 如 FeSO4 CuSO4 加铁粉 过滤得滤液 Fe CuSO4 FeSO4 Cu 5 利用物质的两性除杂 FeCl3 AlCl3 加入过量烧碱溶液 过滤得 Fe OH 3沉淀 向沉淀中加适量盐酸 6 除去有机物中的杂质 一般是利用杂质与试剂反应生成溶于水的物质 从而与原有机物分层除去 如苯中混有 苯酚 加 NaOH 溶液 分层除去 乙酸乙酯中混有乙酸 加饱和碳酸钠溶液 分层除去 5 除杂的实用技巧 1 在一个制取气体并要除去杂质的实验装置中 若有洗气瓶装有硫酸铜溶液 则一 定是用来除去硫化氢气体的 2 要分别除去一组杂质离子 且一次只除一种离子 所加试剂又必须是过量时 最 后的除杂试剂一定是酸 倒数第二位是可溶性的碳酸盐 使用碳酸盐的好处 它能沉淀较多 的阳离子 加相应的酸时又容易被除去 3 CO2气体中混有 SO2或 HCl 气体 可通入饱和 NaHCO3溶液中 SO2气体中混有 HCl 气体 可通入饱和 NaHSO3溶液中 用心 爱心 专心 4 干燥气体即除去水蒸气 往往放在最后 一般是用装有浓硫酸的洗气瓶或装有固 体干燥剂的干燥管 二 物质分离的操作方法 1 倾析 倾析是最常用的最为简便的分离方法 当沉淀的密度或结晶体颗粒较大 静置 后能沉淀至容器的底部时 可采用此法 2 过滤 过滤是分离固体和液体的混合物时最常用的方法之一 主要是除去液体中不溶性 固体 3 蒸发 结晶和重结晶 蒸发是把溶液加热 使液体受热气化 从溶液中分离出固体物质的方法 此法可以得到 晶体 但溶液中含有可溶性杂质时 仅用简单的蒸发方法无法得到纯净的晶体 故蒸发多 用于浓缩溶液 几种可溶固体物质的混合物 可根据它们在同一溶剂里溶解度的不同 用结晶的方法 加以分离 对于溶解度随温度升高而增大的物质 可用蒸发方法使其成为热饱和溶液 然后 冷却结晶加以分离 对于溶解度随温度变化不大的物质可以将溶剂加热蒸发 使溶液浓缩 结晶 如果某物质溶液里含有杂质较多 可采用重结晶 即多次结晶 方法 4 蒸馏和分离 蒸馏 把液体加热汽化 蒸汽重新冷凝成液体的过程 利用蒸馏可以把混在液体里的难 挥发的物质去掉 如制蒸馏水 分馏 是根据液体混合物里各成分具有不同的沸点 用加热的方法使混合液里沸点较 低的部分先沸腾汽化逸出 把混合物分成不同沸点范围的馏分 每一馏分仍然是混合物 分馏可以制得多种产品 如石油的分馏 实验室里进行蒸馏或分馏时应注意以下几点 蒸馏烧瓶中所盛液体 最多不能超过其容积的 2 3 加热时不得将液体全部蒸干 需提纯的物质 若受热易分解 不能用火焰直接加热 而需采用水浴 沙浴或油浴 等方法加热 若这种物质达到沸点时就分解 应采用减压蒸馏 测量蒸馏烧瓶内蒸气沸点的温度计 其水银球应置于蒸气出气口以下 蒸馏烧瓶支 管口处 冷凝管中冷却水的流向应与蒸气流向相反 逆流 进水口在下 出水口在上 为防止液体暴沸 需向蒸馏烧瓶中加入几小块洁净的碎石或碎瓷片 5 萃取 利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同 用一种溶剂把溶质从另一种溶剂所组成 的溶液里提取出来的方法叫萃取 如果某溶液中溶质的浓度很小 若利用浓缩结晶或蒸馏的方法分离出溶质就要消耗大量 的热能 从经济角度考虑 这种情况就应该使用萃取的方法 选用萃取剂的原则 和原溶液中的溶剂互不相溶 溶质在其中的溶解度要远大于原溶剂 要易于挥发 例如 可用四氯化碳或苯从碘水中把碘萃取出来 操作时通常使用分 液漏斗 首先把碘水放在分液漏斗中 加入少量四氯化碳或苯 充分振荡 此时绝大多数 碘溶于四氯化碳或苯中成为碘的浓溶液 后静置 分离出四氯化碳层或苯层 然后使萃取 剂挥发得碘 6 分液 使用分液漏斗把密度不同而又互不相溶的液体分开的方法叫分液 用心 爱心 专心 7 升华 利用升华可以把能够升华的固体与不能升华的固体分开 如粗碘的提纯 8 渗析 通过半透膜使胶体与溶液中的溶质进行分离的方法叫渗析 利用渗析可以进行 污水的处理 海水的淡化等 9 离子交换 离子交换法是用离子交换剂软化硬水 制取纯水 分离金属离子等的一种 现代方法 10 纸上层析 纸上层析是一种把含有微量物质的混合物进行分离的方法 它是以滤纸作为支持剂 根据试样中各成分在两相溶剂中分配系数不同而互相分离 应用纸上层析可以把性质相似 难于分离的混合物分离成许多组分 然后进行鉴别 该实验方法仪器简单 操作简便 广 泛用于中草药 染料 蛋白质等物质的分离和鉴别上 小结 无机物的分离和提纯往往通过化学反应 将杂质变为沉淀 过滤除去 而有机物 的提纯和分离往往是利用沸点不同 采用蒸馏的方法 若有酸则转变为盐 因为盐的沸点 更高 或利用有机物在不同溶剂中的溶解度不同 采用萃取分液的方法 要注意溴 碘 硫等非金属单质能溶于一些有机溶剂中 如除去苯中的苯酚 一般不用溴水 典型例题典型例题 例 1 下列除去杂质的实验方法正确的是 A 除去 CO 中少量的 O2 通过灼热的 Cu 网后再收集气体 B 除去 K2CO3固体中少量的 NaHCO3 置于坩埚中加热 C 除去苯中的少量苯酚 加适量的浓溴水反应后过滤 D 除去 FeCl3酸性溶液中少量的 FeCl2 加入稍过量的双氧水后放置 解析 解析 选项 A 中气体通过灼热的 Cu 网 能把少量的氧气除去 2Cu O22CuO 但 CO 在高温时能还原生成 CuO CuO COCO2 Cu 引入 新的杂质气体 CO2 选项 B 中的混合物在加热时 NaHCO3发生了分解 2 NaHCO3Na2CO3 H2O CO2 使杂质 NaHCO3转化为另一种杂质 Na2CO3 选项 C 中的苯酚易与溴水反应生成沉淀 被除去 但生成的三溴苯酚易溶解于苯中 仍未达到除杂的目的 选项 D 中加入双氧水能 把 FeCl2氧化成 FeCl3 双氧水不稳定 稍过量的双氧水很容易通过分解而除去 答案 答案 D 点评 点评 物质除杂要求 不增 不减 易分 还原 例 2 要使含有 Ba2 Al3 Cu2 Mg2 Ag 等离子的溶液中的各离子逐一形成沉淀析 出 下列所选择的试剂的顺序正确的是 A H2SO4 HCl H2S NaOH CO2 B HCl H2SO4 Na2S NaOH CO2 C NaCl Na2SO4 Na2S NaOH CH3COOH D Na2S Na2SO4 NaCl NaOH HCl 解析 解析 此题应从以下四点考虑 1 离子逐个沉淀 可采用以下图标法分析 只产生一种沉淀的居首位 故应是 HCl 或 NaCl 在前 Ba2 Al3 Cu2 Mg2 Ag 用心 爱心 专心 H2SO4 Na2SO4 HCl NaCl H2S Na2S CO2 NaOH 2 选用 H2S 或选用 Na2S 显然反应情况不完全一样 如 H2S 不与 Al3 离子反应 Na2S 会与 Al3 离子发生双水解反应而产生气体和沉淀 3 用 HCl H2SO4 或用 NaCl Na2SO4 区别在于前者使溶液呈酸性 后者使溶液 呈中性 当用 Na2S 时 将会与 Al3 Cu2 反应生成沉淀 而在酸性条件下 Al OH 3沉 淀将不会生成 从而达到逐个沉淀的目的 4 使用 CO2 或用 CH3COOH 收尾大不一样 在加过量的 NaOH 溶液后 Al3 转化为 Al OH 4 通入 CO2 可得到最大量的 Al OH 3沉淀 加入 CH3COOH 则得不到最 大量的 Al OH 3沉淀 答案 答案 B 点评 点评 逐一沉淀要求各种试剂分别加入时不可出现 干扰 的多个沉淀 例 3 下列每组中各有三对物质 它们都能用分液漏斗分离的是 A 乙酸乙酯和水 酒精和水 苯酚和水 B 二氯乙烷和水 溴苯和水 硝基苯和水 C 甘油和水 乙醇和水 乙酸和乙醇 D 油酸和水 甲苯和水 己烷和水 解析 解析 两种互不相溶 密度也不相同的液体可以用分液漏斗分离 本题中的乙酸乙酯 二氯乙烷 溴苯 硝基苯 油酸 甲苯 己烷都不溶于水 酒精和甘油能与水混溶 苯酚 的水溶性与温度有关 答案 答案 B D 点评 点评 解答本题 应该强化对以下知识点的理解 有机物分子结构中的亲水基 憎水 基 相似相溶原理 有机物易溶于有机溶剂等 例 4 为除去粗盐中的 Fe3 Ca2 Mg2 SO42 以及泥沙等杂质 某同学设计了一种制 备粗盐的实验方案 步骤如下 用于沉淀的试剂稍过量 称取粗盐 溶解 加 BaCl2 加 NaOH 加 Na2CO3 过滤 得滤液 加适 量盐酸 蒸发 结晶 烘干 得精盐 1 判断 BaCl2已过量的方法是 2 第 步中 相关的离子方程式是 3 若先用盐酸调 pH 再过滤 将对实验结果产生影响 其原因是 4 为检验精盐纯度 需配置 150mL 0 2mol L NaCl 精盐 溶液 下图是该同学转 移溶液的示意图 图中的错误是 用心 爱心 专心 解析 解析 根据实验目的 首先分析每一步实验操作的目的和作用 是溶解 其目的是将粗盐中的可溶物质溶于水 形成溶液 便于所加试剂与这些杂 质离子发生反应 同时也使泥沙沉淀 是加入 BaCl2溶液 其目的是与 SO42 反应生成 BaSO4沉淀使其除去 是加入 NaOH 其目的是与 Fe3 Mg2 反应生成 Fe OH 3和 Mg OH 2沉淀使 其除去 是加入 Na2CO3 溶液 其目的是将 Ca2 过量的 Ba2 转化为 CaCO3和 BaCO3 沉 淀使其除去 是过滤 其目的是将沉淀的泥沙及所生成的难溶物 或生成的各种沉淀 除去 是加入适量的盐酸 其目的是除去多余的 Na2CO3 是蒸发 结晶 烘干 其目的是除去 NaCl 中的水及少量多余的盐酸 最后得到精 盐 1 可根据步骤 后的溶液中是否有 Ba2 和 SO42 来判断 BaCl2是否过量 2 第 步发生的是 Na2CO3 与 Ca2 Ba2 的沉淀反应 3 因为生成的沉淀物质都能与盐酸反应 所以应先过滤除去这些沉淀 然后再加入 适量盐酸酸化 若先加盐酸就会使一些沉淀溶解在盐酸中 使精盐的纯度受到影响 4 题目的要求是配制 150mL 0 2mol L NaCl 精盐 溶液 应该用容积为 150mL 的容量瓶来配置 且转移溶液时一定要用玻璃棒来引流 答案 1 取第 步的上层清液 1 2 滴于点滴板上 再滴入 1 2 滴 BaCl2溶液 若 溶液未变浑浊 则表明 BaCl2已过量 其它合理答案也可 2 Ca2 CO32 CaCO3 Ba2 CO32 BaCO3 3 在此酸度条件下 会有部分沉淀溶解 从而影响制得精盐的纯度 4 未用玻璃棒引流 未采用 150mL 的容量瓶 点评 点评 本题综合考查实验中试剂加入量及顺序 试剂转移 反应原理等基础知识 模拟试题模拟试题 一 选择题 1 下列除杂的方法不可行的是 A 用过量的氨水除去 Al3 溶液中少量的 Fe3 B 将混合气体通过灼热的铜网除去 N2中少量的 O2 C 用新制的生石灰 通过加热蒸馏 以除去乙醇中少量的水 D 用盐酸除去 AgCl 中少量的 Ag2CO3 2 下列各组混合物的分离或提纯方法正确的是 A 用过滤法分离 Fe OH 3胶体和 FeCl3溶液的混合物 B 用结晶法提纯 NaCl 和 KNO3混合物中的 KNO3 C 用蒸馏法分离乙醇和乙酸的混合物 D 用加热方法分离碘和氯化铵的混合物 用心 爱心 专心 3 为了除去粗盐中 Ca2 Mg2 SO42 以及泥沙 将粗盐溶于水 然后进行下列五项操 作 过滤 加过量 NaOH 溶液 加适量盐酸 加过量 Na2CO3 加 BaCl2溶液 正确的操作顺序是 A B C D 4 下列除杂的方法正确的是 A 除去 N2中少量的 O2 通过灼热的 CuO 粉末 收集气体 B 除去 CO2 中少量的 HCl 通入 Na2CO3 溶液 收集气体 C 除去 FeCl2 溶液中少量的 FeCl3 加入足量的铁屑 充分反应后过滤 D 除去 KCl 溶液中少量的 MgCl2 加入适量的 NaOH 溶液 过滤 5 下列各物质中所含的少量杂质 用括号内物质能除去并且不引入其它杂质的是 A 二氧化碳中所含的氯化氢 饱和 NaHCO3 溶液 B 氢气中所含的硫化氢 硫酸铜溶液 C 氯化钠溶液中所含氯化钡 硫酸 D 氯化钙中所含的二氧化硅 氢氟酸 6 现有三组混合液 乙酸乙酯和乙酸钠溶液 乙醇和丁醇 溴化钠和单质溴的水 溶液 分离以上各混合液的正确方法依次是 A 分液 萃取 蒸馏B 萃取 蒸馏 分液 C 分液 蒸馏 萃取D 蒸馏 萃取 分液 7 下列分离物质的方法中 根据粒子大小进行分离的是 A 萃取B 重结晶C 沉淀D 渗析 8 在不用指示剂的前提下 欲将含有盐酸的氯化钙溶液中的盐酸除去 最好选用下列物 质中的 A 石灰水B 生石灰粉末C 碳酸钙粉末D 熟石灰粉末 9 某工厂排放的酸性废液里含有游离氯 Cl2 可氧化 Na2SO3 要除去游离氯并中和其 酸性 正确的方法是 A 先加适量 Na2SO3 溶液 再加适量 Na2CO3 溶液 B 先加适量 Na2CO3 溶液 再加适量 Na2SO3 溶液 C 先加过量 Na2SO3 溶液 再加适量 Na2CO3 溶液 D 先加适量 Na2CO3 溶液 再加适量盐酸 10 某 K2CO3 样品中含有 Na2CO3 KNO3 和 Ba NO3 2三种杂质中的一种或两种 现 向 13 8g 样品中加入足量水 样品全部溶解 再加入过量的氯化钙溶液 得到 9g 沉淀 对 样品所含杂质的正确判断是 A 肯定有 Ba NO3 2 B 肯定没有 Ba NO3 2 C 肯定有 KNO3 可能还有 Na2CO3 D 肯定没有 Na2CO3和 Ba NO3 2 二 填空题 11 某同学为将含有少量杂质铜的氯化铁提纯 拟定以下实验步骤 用心 爱心 专心 把样品加蒸馏水溶解 过滤除去杂质 把滤液加热蒸干得到 FeCl3晶体 1 你认为此方案是否科学 试用化学方程式和简要文字表达其理由 答 2 请你设计提纯氯化铁的方案 只要求写出提纯步骤 最多只允许 6 步完成 答 12 某工厂排除出的废水中含有少量的 Zn2 Ag Na SO42 及一些悬浮的泥沙等不溶 物 请你设计一个既经济又合理的方法回收 Ag 和 ZnSO4 7H2O 晶体 要求按先后次序列 出实验步骤 并说明第一个步骤的实验目的 不必写化学方程式 也不必对回收的 Ag 和 ZnSO4 7H2O 进行洗涤干燥 1 2 3 4 5 6 注 上面的空不一定要填完 不够也可以补 13 某化工厂排放的污水中含有 Zn2 Hg2 Fe2 Ag 等四种离子 某同学利用实验室 可以提供的药品和仪器 综合考虑有关因素 如反应速率 经济效益 环境保护等 设计 从该污水中回收金属银的方案如图所示 实验室可以提供的药品 锌粉 铜粉 铁粉 稀盐酸 稀硫酸 氢氧化钠溶液 可以提供的仪器 试管 烧杯 导管 铁架台 包括铁夹 铁圈 石棉网等 酒精 灯 U 形管 启普发生器等 试填写下列空白 1 第 步操作中需要的药品为 2 第 步操作的仪器必须连接 装置 理由是 3 第 步操作必须的玻璃仪器为 实验过程中发生的主要现象 是 反应的化学方程式为 4 第 步操作开始时应该 结束时应该 实验过 程中对多余氢气的处理方法是 14 如图是用于简单的有机化合物的制备 分离 提纯的常见简易装置 请根据该装置回答下列问题 用心 爱心 专心 1 若用正丙醇与乙酸反应制取乙酸正丙醇 则在烧瓶 A