2025年除杂试题答案

2025年除杂试题答案某化学兴趣小组在实验过程中得到以下混合体系，需通过除杂操作获得目标物质。请根据各体系特点，选择合理试剂与方法，完成除杂过程分析。一、混合气体除杂：CO₂（含HCl、H₂O）的提纯混合气体中主要成分为CO₂，杂质为HCl气体和水蒸气。目标是得到干燥、纯净的CO₂。杂质分析：HCl为酸性气体，会干扰CO₂的性质验证；水蒸气需彻底除去以满足后续实验要求。除杂试剂与方法：1.除HCl：选用饱和NaHCO₃溶液。HCl与NaHCO₃反应提供CO₂，既除去杂质又避免CO₂损失。反应方程式：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O。2.干燥：选用浓硫酸（或无水CaCl₂）。浓硫酸为酸性干燥剂，不与CO₂反应，可吸收水蒸气。操作步骤：将混合气体依次通过盛有饱和NaHCO₃溶液的洗气瓶（长进短出），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶（同样长进短出）。注意事项：-不可用NaOH溶液除HCl，因NaOH会同时吸收CO₂（2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O）；-不可用Na₂CO₃溶液除HCl，因Na₂CO₃与CO₂反应提供NaHCO₃（Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃），导致CO₂损失；-干燥装置需在除HCl之后，避免除HCl时带出的水蒸气未被除去。二、溶液除杂：FeCl₂（含FeCl₃、CuCl₂）的提纯实验室制备的FeCl₂溶液中混有少量FeCl₃和CuCl₂，需提纯得到纯净的FeCl₂溶液。杂质分析：FeCl₃中的Fe³⁺具有氧化性，CuCl₂中的Cu²⁺会引入重金属离子，均需转化为Fe²⁺或沉淀除去。除杂试剂与方法：加入过量铁粉。Fe可将Fe³⁺还原为Fe²⁺，将Cu²⁺置换为Cu单质，反应后过滤除去过量铁粉和提供的Cu。反应原理：-2FeCl₃+Fe=3FeCl₂（Fe³⁺被还原为Fe²⁺）；-CuCl₂+Fe=FeCl₂+Cu（Cu²⁺被置换为Cu单质）。操作步骤：向混合溶液中加入过量铁粉，充分搅拌至溶液颜色由黄色（Fe³⁺）变为浅绿色（Fe²⁺）且无新的红色固体（Cu）提供；过滤，取滤液即为纯净的FeCl₂溶液。注意事项：-铁粉需过量，确保Fe³⁺和Cu²⁺完全反应；-不可用Zn粉代替铁粉，因Zn会与Fe²⁺反应（Zn+FeCl₂=ZnCl₂+Fe），引入新杂质Zn²⁺；-不可用NaOH溶液沉淀杂质，因NaOH会同时沉淀Fe²⁺（FeCl₂+2NaOH=Fe(OH)₂↓+2NaCl），导致目标物质损失。三、固体除杂：粗盐（含MgCl₂、CaCl₂、Na₂SO₄、泥沙）的提纯粗盐主要成分为NaCl，杂质包括MgCl₂（Mg²⁺）、CaCl₂（Ca²⁺）、Na₂SO₄（SO₄²⁻）及不溶性泥沙，需提纯得到精盐。杂质分析：泥沙为不溶物，可通过过滤除去；Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄²⁻为可溶性杂质，需转化为沉淀后过滤除去。除杂试剂与顺序：1.溶解：将粗盐溶于水，形成溶液；2.除SO₄²⁻：加入过量BaCl₂溶液（Ba²⁺+SO₄²⁻=BaSO₄↓）；3.除Mg²⁺：加入过量NaOH溶液（Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓）；4.除Ca²⁺及过量Ba²⁺：加入过量Na₂CO₃溶液（Ca²⁺+CO₃²⁻=CaCO₃↓；Ba²⁺+CO₃²⁻=BaCO₃↓）；5.过滤：除去BaSO₄、Mg(OH)₂、CaCO₃、BaCO₃沉淀及泥沙；6.调pH：向滤液中加入适量盐酸（中和过量NaOH和Na₂CO₃），反应方程式：NaOH+HCl=NaCl+H₂O；Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+CO₂↑+H₂O；7.蒸发结晶：蒸发滤液，得到纯净NaCl晶体。注意事项：-BaCl₂需在Na₂CO₃之前加入，确保过量的Ba²⁺被Na₂CO₃沉淀除去；-盐酸需在过滤之后加入，避免溶解已提供的沉淀；-蒸发时需用玻璃棒不断搅拌，防止局部过热导致液滴飞溅，待有大量晶体析出时停止加热，利用余热蒸干。四、有机液体除杂：乙酸乙酯（含乙酸、乙醇、水）的提纯工业制备的乙酸乙酯中混有少量乙酸、乙醇和水，需提纯得到高纯度乙酸乙酯。杂质分析：乙酸（酸性）、乙醇（与乙酸乙酯互溶）、水（极性分子）均需与乙酸乙酯分离。除杂试剂与方法：1.洗涤除杂：用饱和Na₂CO₃溶液洗涤混合液。饱和Na₂CO₃可中和乙酸（2CH₃COOH+Na₂CO₃=2CH₃COONa+CO₂↑+H₂O），溶解乙醇（乙醇与水互溶），同时降低乙酸乙酯在水中的溶解度（乙酸乙酯为非极性分子，难溶于极性的饱和Na₂CO₃溶液）。2.分液：将洗涤后的混合液转移至分液漏斗中，静置分层后，下层（水层，含CH₃COONa、乙醇、过量Na₂CO₃）从下口放出，上层（乙酸乙酯）从上口倒出。3.干燥：向上层液体中加入无水Na₂SO₄（或无水MgSO₄），吸收残留的水分，静置至液体澄清。4.蒸馏：过滤除去干燥剂后，对乙酸乙酯进行蒸馏（沸点77℃），收集76-78℃的馏分，得到纯净乙酸乙酯。注意事项：-不可用NaOH溶液代替Na₂CO₃，因NaOH碱性过强会导致乙酸乙酯水解（CH₃COOCH₂CH₃+NaOH→CH₃COONa+CH₃CH₂OH）；-分液时需确保漏斗内外气压平衡（打开上口玻璃塞或使塞上凹槽对准漏斗上小孔），避免液体无法顺利流下；-干燥时间需足够（约15-20分钟），确保水分完全吸收；蒸馏时需控制温度，避免乙醇（沸点78.5℃）未完全分离。五、矿石除杂：ZnS（含PbS、FeS）的提纯某硫化物矿石主要成分为ZnS（硫化锌），含少量PbS（硫化铅）和FeS（硫化亚铁），需提纯得到高纯度ZnS。杂质分析：PbS、FeS与ZnS均为金属硫化物，但溶度积（Ksp）差异显著（已知：Ksp(FeS)=6.3×10⁻¹⁹，Ksp(ZnS)=2.9×10⁻²⁵，Ksp(PbS)=9.04×10⁻²⁹）。FeS的Ksp最大，可溶于稀酸；ZnS的Ksp较小，需浓酸或加热溶解；PbS的Ksp最小，难溶于酸。除杂试剂与方法：1.除FeS：向矿石粉末中加入过量稀盐酸（6mol/L），充分搅拌。FeS与盐酸反应提供可溶的FeCl₂和H₂S气体（FeS+2HCl=FeCl₂+H₂S↑），而ZnS、PbS因Ksp较小不反应（ZnS与稀盐酸反应的平衡常数K=Ksp(ZnS)/Ka₁(H₂S)≈2.9×10⁻²⁵/(1.3×10⁻⁷)≈2.2×10⁻¹⁸，反应难以进行）。过滤，除去滤液（含FeCl₂），得到ZnS、PbS的混合固体。2.除PbS：向滤渣中加入浓盐酸并加热（12mol/L，80℃）。ZnS与浓盐酸反应提供可溶的ZnCl₂和H₂S（ZnS+2HCl(浓)=ZnCl₂+H₂S↑），而PbS因Ksp极小（K=Ksp(PbS)/Ka₁(H₂S)≈9.04×10⁻²⁹/(1.3×10⁻⁷)≈6.95×10⁻²²），仍不溶解。过滤，除去滤渣（PbS），得到含ZnCl₂的滤液。3.沉淀ZnS：向滤液中加入过量Na₂S溶液（S²⁻+Zn²⁺=ZnS↓），确保Zn²⁺完全沉淀。过滤，洗涤沉淀（用去离子水多次洗涤，除去Cl⁻、Na⁺等杂质），干燥后得到高纯度ZnS。注意事项：-稀盐酸除FeS时需过量，确保FeS完全溶解；-浓盐酸溶解ZnS时需加热，促进反应进行（温度升高可增大反应速率）；-Na₂S需过量，避免Zn²⁺残留（可通过检测滤液中是否含Zn²⁺验证，如加入少量Na₂S无沉淀提供则达标）；-洗涤沉淀时需用玻璃