(2025年)除杂质专题(较全)带答案

(2025年)除杂质专题(较全)带答案气体混合物除杂例1：除去氮气（N₂）中混有的少量氧气（O₂）、水蒸气（H₂O）、二氧化碳（CO₂），设计除杂流程并说明原理。答案：①先通过氢氧化钠溶液（或浓碱液）：NaOH与CO₂反应（2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O），除去CO₂；②再通过浓硫酸：浓硫酸吸收水蒸气（物理吸附），干燥气体；③最后通过灼热的铜网（300~400℃）：O₂与Cu反应（2Cu+O₂\stackrelΔ注意：若顺序调整为“先除水后除CO₂”，则除CO₂时会引入水蒸气，需最后干燥；若O₂含量极低，可用过量红磷燃烧（4P+5O₂\stackrelΔ例2：除去二氧化碳（CO₂）中混有的少量氯化氢（HCl）和二氧化硫（SO₂），应选择何种试剂？答案：饱和碳酸氢钠溶液（NaHCO₃）。解析：HCl、SO₂均为酸性气体，与NaHCO₃反应：HCl+NaHCO₃=NaCl+CO₂↑+H₂O；SO₂+2NaHCO₃=Na₂SO₃+2CO₂↑+H₂O。CO₂在饱和NaHCO₃中溶解度极低（同离子效应），因此可选择性吸收杂质而不损失主体气体。若选用碳酸钠（Na₂CO₃）溶液，会发生反应Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，导致CO₂被吸收，不符合“不减”原则。例3：除去氨气（NH₃）中的水蒸气，能否用浓硫酸？答案：不能，应选择碱石灰（CaO与NaOH的混合物）。解析：NH₃是碱性气体，浓硫酸（酸性干燥剂）会与NH₃反应（2NH₃+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄），导致NH₃被吸收；碱石灰不与NH₃反应，且能吸收水蒸气（CaO+H₂O=Ca(OH)₂，NaOH潮解吸水），符合除杂要求。液体混合物除杂例4：除去氯化钠（NaCl）溶液中混有的硫酸钠（Na₂SO₄）、氯化镁（MgCl₂）、氯化钙（CaCl₂），设计分步除杂方案（试剂均过量）。答案：①加过量BaCl₂溶液：Ba²⁺与SO₄²⁻反应（BaCl₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaCl），除去SO₄²⁻；②加过量NaOH溶液：OH⁻与Mg²⁺反应（2NaOH+MgCl₂=Mg(OH)₂↓+2NaCl），除去Mg²⁺；③加过量Na₂CO₃溶液：CO₃²⁻与Ca²⁺及过量的Ba²⁺反应（Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl；Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl），除去Ca²⁺和残留的Ba²⁺；④过滤：除去BaSO₄、Mg(OH)₂、CaCO₃、BaCO₃沉淀；⑤加过量稀盐酸：HCl与过量的NaOH和Na₂CO₃反应（NaOH+HCl=NaCl+H₂O；Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+CO₂↑+H₂O），调节pH至中性；⑥蒸发结晶：除去过量的HCl（HCl易挥发），得到纯净NaCl。关键：Na₂CO₃需在BaCl₂之后加入，以除去过量的Ba²⁺；盐酸需在过滤后加入，避免溶解沉淀。例5：除去乙醇（C₂H₅OH）中混有的少量水，能否直接蒸馏？答案：不能，应先加生石灰（CaO）再蒸馏。解析：乙醇与水在78.15℃形成共沸物（含乙醇95.57%、水4.43%），直接蒸馏无法完全分离。加入CaO后，CaO与水反应（CaO+H₂O=Ca(OH)₂），提供高沸点的Ca(OH)₂，再蒸馏时乙醇（沸点78.5℃）先汽化分离，可得到无水乙醇（纯度>99.5%）。例6：除去FeCl₃溶液中混有的少量FeCl₂，应选择何种试剂？答案：过氧化氢（H₂O₂）的酸性溶液（或氯水）。解析：Fe²⁺需被氧化为Fe³⁺，且不引入新杂质。H₂O₂在酸性条件下反应：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，产物为H₂O，无残留；若用氯水（Cl₂），反应为2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl⁻，但需控制Cl₂不过量（过量Cl₂会与水反应提供HClO，可能氧化Fe³⁺）。固体混合物除杂例7：除去氧化铜（CuO）中混有的少量铜（Cu），如何操作？答案：在空气中加热至300~400℃。解析：Cu在加热条件下与O₂反应（2Cu+O₂\stackrelΔ例8：除去碳酸钙（Ca₃(CO₃)₂）中混有的少量氧化钙（CaO），应选择何种方法？答案：加水溶解后过滤。解析：CaO与水反应（CaO+H₂O=Ca(OH)₂），提供微溶于水的Ca(OH)₂（溶解度0.165g/100g水，20℃），而CaCO₃难溶于水（溶解度0.0013g/100g水）。加水后，CaO转化为Ca(OH)₂，部分溶解，过滤后滤渣为CaCO₃（含少量未溶解的Ca(OH)₂），需用蒸馏水洗涤滤渣，除去残留的Ca(OH)₂。若用CO₂气体，CaO与CO₂反应（CaO+CO₂=CaCO₃），但需高温条件（>500℃），操作复杂。例9：除去二氧化锰（MnO₂）中混有的少量氯化钾（KCl），如何分离？答案：加水溶解、过滤、洗涤、干燥。解析：KCl易溶于水（溶解度34.0g/100g水，20℃），MnO₂难溶于水。加水后KCl溶解，过滤得到MnO₂固体，用蒸馏水洗涤2~3次（除去表面残留的KCl溶液），干燥后得到纯净MnO₂。有机混合物除杂例10：除去苯（C₆H₆）中混有的少量苯酚（C₆H₅OH），应选择何种试剂？答案：氢氧化钠（NaOH）溶液，分液。解析：苯酚与NaOH反应（C₆H₅OH+NaOH=C₆H₅ONa+H₂O），提供易溶于水的苯酚钠（C₆H₅ONa）；苯不溶于水，与水层分层。分液后，有机层为苯，水层含苯酚钠（可加酸回收苯酚）。若用溴水，苯酚与溴反应提供三溴苯酚（C₆H₂Br₃OH），但三溴苯酚易溶于苯（相似相溶），无法分离。例11：除去乙酸乙酯（CH₃COOCH₂CH₃）中混有的少量乙酸（CH₃COOH）和乙醇（C₂H₅OH），应选择何种试剂？答案：饱和碳酸钠（Na₂CO₃）溶液，分液。解析：①乙酸与Na₂CO₃反应（2CH₃COOH+Na₂CO₃=2CH₃COONa+CO₂↑+H₂O），提供易溶于水的乙酸钠；②乙醇易溶于水（与水任意比互溶），被水层吸收；③乙酸乙酯在饱和Na₂CO₃溶液中溶解度降低（盐析效应），与水层分层。分液后，有机层为乙酸乙酯（纯度>98%）。例12：除去乙烷（C₂H₆）中混有的少量乙烯（C₂H₄），能否用酸性高锰酸钾（KMnO₄）溶液？答案：不能，应选择溴水（或溴的四氯化碳溶液）洗气。解析：乙烯与溴发生加成反应（C₂H₄+Br₂→C₂H₄Br₂），提供液态1,2-二溴乙烷，留在溴水中；乙烷不反应，可分离。若用酸性KMnO₄溶液，乙烯被氧化为CO₂（5C₂H₄+12KMnO₄+18H₂SO₄=10CO₂↑+12MnSO₄+6K₂SO₄+28H₂O），导致乙烷中混入新杂质CO₂，需额外除杂（如通过NaOH溶液），操作繁琐。特殊场景除杂例13：除去碳酸氢钠（NaHCO₃）固体中混有的少量碳酸钠（Na₂CO₃），如何操作？答案：通入过量二氧化碳（CO₂）气体并加水溶解，蒸发结晶。解析：Na₂CO₃与CO₂、水反应（Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃），转化为NaHCO₃；由于NaHCO₃溶解度（9.6g/100g水，20℃）小于Na₂CO₃（21.5g/100g水），蒸发结晶时NaHCO₃先析出。若直接加热，NaHCO₃会分解（2NaHCO₃\stackrelΔ例14：除去淀粉溶液（胶体）中混有的少量氯化钠（NaCl），应选择何种方法？答案：渗析。解析：淀粉胶体粒子直径在1~100nm之间，无法通过半透膜；NaCl电离出的Na⁺、Cl⁻（直径<1nm）可透过半透膜。将混合液装入半透膜袋，浸入蒸馏水中，一段时间后，袋内为纯净淀粉胶体