利用溶解度曲线判断提纯物质

溶解度曲线是初中化学教学的重点和难点，是学生学习的难点，更是中考的重点，在历年中考试题中出现的频次较高。这类题型主要考查学生能否从图表中获取信息，运用比较、分类、归纳和概括等方法对获取的信息进行加工，综合分析并解决问题。固体的溶解度曲线可用于判断物质的溶解度随温度变化的情况，从而判断通过降温结晶还是蒸发结晶的方法达到提纯物质的目的。降温结晶的原理是温度降低，物质的溶解度减小，溶液达到过饱和，多余不能溶解的溶质就会析出。如果溶液中含有两种可溶性溶质，分离和提纯时，要看哪一种更容易达到饱和，就用该种溶质的结晶方法。如一种溶质溶解度随温度变化不大，而另一种溶质溶解度随温度变化较大的混合溶液，就用降温结晶法，而且溶质的溶解度随温度变化越大，分离效果越好。蒸发结晶的原理是恒温情况下或蒸发前后的温度不变，溶解度不变，使溶剂减少，溶液达到过饱和，多余的溶质就会析出。例题：t1℃时，将a、b两种固体物质（均不含结晶水）各25g，分别加入盛有l00g水的烧杯中，充分搅拌后现象如图甲所示；升温到t2℃时，忽略水分蒸发，现象如图乙所示。图丙是a、b两种固体物质在水中的溶解度曲线。下列说法正确的是（）A．图甲中两烧杯内a、b溶液的溶质质量分数相等B.图乙中烧杯内b溶液的溶质质量分数为25%C.图丙中曲线M表示a物质的溶解度曲线D.若a中混有少量b，可将其溶液蒸发结晶、趁热过滤以提纯a【解析】t1℃时，a、b两种固体物质的溶解度相等，两烧杯中都有未溶解的固体，说明溶液都是饱和溶液，饱和溶液中溶质的质量分数×100%，所以图甲中两烧杯内a、b溶液的溶质质量分数相等，A选项正确；图乙中烧杯内b物质完全溶解，溶液的溶质质量分数为＝20%，B选项错误；由图甲到图乙可知，升高温度后，a物质有固体析出，b物质完全溶解，可知a物质的溶解度随温度的升高而减小，b物质的溶解度随温度的升高而增大，所以图丙中曲线M表示物质的溶解度曲线，C选项错误；a物质的溶解度随温度的升高而减小，b物质的溶解度随温度的升高而增大，所以a中混有少量b，可将其溶液蒸发结晶、趁热过滤以提纯a，D选项正确。从解析中可以看出，“a物质的溶解度随温度的升高而减小，b物质的溶解度随温度的升高而增大”“所以a中混有少量b，可将其溶液蒸发结晶、趁热过滤以提纯a”，D选项正确。而解析并没有分析为什么采用这种方法提纯a。教师在讲解此类题时，一般都是直接告诉学生结论：若有甲、乙、丙三种物质的溶解度曲线如图所示，甲的溶解度随温度升高而增大（溶解度曲线陡升），乙的溶解度随温度变化不大（溶解度曲线缓升），丙的溶解度随温度升高而减小（溶解度曲线缓降）。若甲中混有少量的乙，可采用降温结晶的方法提纯甲；若乙中混有少量的甲，可采用蒸发结晶的方法提纯乙；若除去丙中混有少量的甲，可采用升温结晶的方法。有的教师很直接地归纳为“得陡降温，得缓蒸发，下降升温”，即陡升型的就是降温结晶，缓升型的就是蒸发结晶，下降型的就是升温结晶。至于具体的原因，由于学生对“溶解度”相关知识的学习普遍感到困难，教师一般也不再分析，直接讲结论，而学生做题时也只需要结论即可解决问题。但有一些喜欢探究化学的学生就会思考：若除去甲中混有少量的丙，可以用蒸发结晶的方法吗？要回答这个问题，可以从定性和定量的角度来分析。定性分析：若除去甲中混有少量的丙，采用降温结晶的方法提纯甲，因丙留在溶液中，得到的甲纯度较高；采用蒸发结晶的方法，甲留在溶液中，而丙析出部分之后，溶液中仍有残留。定量分析：以九年级下册36~37页的两种物质KNO3和Ca(OH)2分析：若20℃时30gKNO3中混有0.12gCa（OH）2，要除去Ca（OH）2，可将其溶于100g水中：杂质Ca（OH）2的质量分数为×100%=0.09%；降温至0℃，KNO3析出晶体质量为30g-13.3g=16.7g，而Ca（OH）2留在溶液中；升温至100℃，Ca（OH）2析出晶体质量为0.12g-0.077g=0.043g，该体系中杂质Ca（OH）2的质量分数为

升温至100℃，蒸发掉50g水，Ca（OH）2析出晶体质量为0.12g-0.0385g=0.0815g，则该体系中杂质Ca（OH）2的质量分数为从以上数据可知，采用降温结晶的方法，可以得到较纯净的KNO3晶体，但留在溶液中的KNO3较多；而升温至100℃时，杂质Ca（OH）2的质量分数为0.059%，杂质减少百分比为0.09%-0.059%=0.031%；升温至100℃同时蒸发掉50g水，则杂质Ca（OH）2的质量分数降为0.048%，杂质减少百分比为0.09%-0.048%=0.042%。综合分析得出采用降温结晶的方法得到的较纯的KNO3晶体，而蒸发结晶的方法可以降低杂质的含量，但仍有杂质存在溶液中。利用以上数据分析，可以让学生明白如何选择提纯物质的方法，这也给教师一个启示，在教学过程中，讲解化学问题时，不仅要让学生知