初中化学除杂方法和习题

化学学习中，物质的分离与提纯（即“除杂”）是一项核心技能，它不仅考察对物质性质的理解，更考验逻辑思维和实验设计能力。所谓“除杂”，就是将混合物中少量的杂质去除，以得到较纯净物质的过程。这看似简单，实则需要我们对各种物质的物理性质、化学性质了如指掌，并能灵活运用。一、常见的物理除杂方法物理方法主要利用物质间物理性质的差异来实现分离，操作相对简便，是除杂的首选思路。1.过滤法：适用于分离可溶物与不溶物。例如，除去粗盐中的泥沙，就是利用食盐能溶于水而泥沙不溶的性质，通过溶解、过滤、蒸发结晶得到精盐。关键在于“一贴二低三靠”的过滤操作规范，确保分离彻底。2.蒸发结晶与降温结晶：这两种常用于可溶性固体混合物的分离。蒸发结晶适用于溶解度受温度影响不大的物质，如从氯化钠溶液中得到氯化钠晶体；降温结晶（冷却热饱和溶液法）则适用于溶解度受温度影响较大的物质，如从硝酸钾和氯化钠的混合溶液中提纯硝酸钾，就可以先制成高温下的饱和溶液，再冷却，硝酸钾便会大量析出。3.磁铁吸引法：利用物质的磁性差异，例如分离铁粉和铜粉的混合物，用磁铁就能轻松将铁粉吸走。4.溶解、过滤、洗涤、干燥（或蒸发）：对于一种可溶一种难溶的固体混合物，这是一套标准流程。比如要得到纯净的碳酸钙（混有氯化钙），就先加水溶解氯化钙，过滤得到碳酸钙固体，再洗涤除去表面残留的氯化钙溶液，最后干燥。二、常见的化学除杂方法当物理方法无法满足除杂需求时，我们就要借助化学反应来“精准打击”杂质。化学方法的核心在于选择合适的试剂，使其只与杂质发生反应，且反应产物易于分离（如生成沉淀、气体逸出或转化为所需物质）。1.沉淀法：向混合物中加入某种试剂，使杂质离子与试剂中的离子结合生成难溶性物质（沉淀），然后通过过滤将沉淀除去。例如，除去氯化钠溶液中的硫酸钠杂质，可加入适量的氯化钡溶液，硫酸钠与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀和氯化钠，过滤后即可得到纯净的氯化钠溶液。这里的“适量”非常关键，过量的试剂本身也会成为新的杂质。2.气化法：选择合适的试剂与杂质反应，使杂质转化为气体逸出。例如，除去氯化钠溶液中的碳酸钠杂质，可加入适量的稀盐酸，碳酸钠与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳气体，二氧化碳逸出，从而达到除杂目的。同样，酸的用量需要控制。3.置换法：利用金属活动性顺序，用一种金属将混合物中另一种活动性较弱的金属从其盐溶液中置换出来。例如，除去硫酸亚铁溶液中混有的少量硫酸铜，可以加入过量的铁粉，铁会与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，待充分反应后过滤，除去过量的铁和生成的铜，得到纯净的硫酸亚铁溶液。4.吸收法：常用于气体的除杂，利用某种物质（吸收剂）能与杂质气体发生反应（或物理吸附），而不与主要气体反应的性质。例如，除去一氧化碳中混有的少量二氧化碳，可将混合气体通过氢氧化钠溶液，二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收，一氧化碳则不反应。干燥气体也是一种广义的吸收，如用浓硫酸吸收水蒸气。5.转化法：将杂质通过化学反应转化为主要成分。这种方法往往更高效，也更能体现化学的巧妙。例如，除去二氧化碳中混有的少量一氧化碳，可将混合气体通过灼热的氧化铜粉末，一氧化碳会与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，杂质一氧化碳被转化为了我们需要的二氧化碳。三、除杂的基本原则在进行除杂操作时，我们必须遵循以下基本原则，才能确保除杂效果并避免引入新的问题：1.不增：在除去原有杂质的过程中，不得引入新的杂质。这是最重要的原则之一。例如，除去氢氧化钠溶液中的碳酸钠，如果选用氯化钙溶液，虽然能生成碳酸钙沉淀除去碳酸根，但会引入新的杂质氯离子。此时，选择适量的氢氧化钙溶液则更为恰当。2.不减：所选用的试剂不能与被提纯的物质发生反应，即不能减少被提纯物质的量。例如，除去二氧化碳中的一氧化碳，不能用点燃的方法，因为二氧化碳不支持燃烧，少量的一氧化碳在大量二氧化碳中无法被点燃，反而可能引入氧气等新杂质，且主要成分二氧化碳也可能在某些条件下损失。3.易分：加入试剂后，杂质应转化为沉淀、气体、水或其他易于与被提纯物质分离的物质。如果反应后生成的物质与原物质难以分离，那么除杂就失去了意义。4.优先：优先选择物理方法；若必须使用化学方法，应优先考虑将杂质转化为被提纯物质的方法；在多种方案可供选择时，应选择操作简单、现象明显、成本低廉的方法。四、典型习题解析理论学习之后，通过习题来检验和巩固是必不可少的环节。下面我们选取几道典型例题进行分析。例题1：如何除去KNO₃固体中混有的少量NaCl？分析：KNO₃和NaCl均易溶于水，但KNO₃的溶解度受温度影响变化很大，而NaCl的溶解度受温度影响较小。解答：采用“降温结晶法”（或“冷却热饱和溶液法”）。具体步骤：将混合物溶于热水中配制成较高温度下的饱和溶液，然后冷却，KNO₃会因溶解度急剧下降而大量析出晶体，NaCl则因溶解度变化不大而留在溶液中，最后过滤，即可得到较纯净的KNO₃晶体。例题2：如何除去NaCl溶液中混有的少量Na₂CO₃？分析：要除去CO₃²⁻离子。可考虑沉淀法（如加入CaCl₂或BaCl₂）或气化法（如加入稀盐酸）。解答：*方法一（气化法）：向溶液中逐滴加入稀盐酸，直至不再产生气泡为止。反应方程式：Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑。此方法的优点是盐酸易挥发，稍过量的盐酸可通过加热除去，不易引入新杂质。*方法二（沉淀法）：向溶液中加入适量的BaCl₂溶液（或CaCl₂溶液），至不再产生白色沉淀为止，然后过滤。反应方程式：Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl。此方法需严格控制BaCl₂溶液的用量，确保“适量”，否则过量的BaCl₂会成为新杂质。相比之下，方法一更优。例题3：如何除去CO气体中混有的少量CO₂？分析：CO₂是酸性氧化物，可与碱溶液反应，而CO不与碱溶液反应。解答：将混合气体通过足量的氢氧化钠溶液。反应方程式：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O。为确保CO₂被充分吸收，氢氧化钠溶液应足量。如果需要得到干燥的CO，可在吸收之后再通过浓硫酸干燥。例题4：如何除去Cu粉中混有的少量Fe粉？分析：Fe是活泼金属，Cu是不活泼金属。可利用物理方法（磁铁吸引）或化学方法（酸溶法、盐溶液置换法）。解答：*物理方法：用磁铁靠近混合物，铁粉会被磁铁吸引，从而与铜粉分离。*化学方法：向混合物中加入足量的稀盐酸（或稀硫酸），充分反应后过滤、洗涤、干燥。反应方程式：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑。Cu不与稀盐酸反应，留在滤纸上。五、总结与思考除杂是初中化学的重点和难点，它贯穿于整个化学学习过程。要真正掌握除杂技巧，并非一蹴而就，需要我们：*夯实基础：熟练掌握常见物质的物理性质（颜色、状态、溶解性、密度、熔点沸点等）和化学性质（酸碱性、与常见试剂的反应规律等）。*理解原理：不仅要记住方法，更要理解每种方法背后的化学原理和适用条件。*勤于思考：面对具体问题时，要多问“为什么”，“还有没有更好的方法”，“这样做会引入新杂