高中化学讲义基础课时3　有机物的分离、提纯

第二节研究有机化合物的一般方法基础课时3有机物的分离、提纯课标要求1.通过对蒸馏法、萃取法、重结晶法实验原理和基本操作的学习，认识科学探究过程的步骤，学会设计科学探究方案。2.结合常见有机化合物分离、提纯方法的学习，能根据有机化合物性质的差异选择有机化合物分离、提纯的正确方法。有机物的分离、提纯方法(一)基本内容1.研究有机化合物的基本步骤eq\x(分离、提纯)→eq\x(确定实验式)→eq\x(确定分子式)→eq\x(确定分子结构)2.有机物分离、提纯基本方法有机物粗品必须经过分离、提纯才能得到较为纯净的物质；提纯有机化合物的基本方法是利用有机化合物与杂质物理性质的差异将它们分离。3.蒸馏(1)应用范围：分离、提纯互相溶解的液态有机物。(2)适用条件：①有机物热稳定性较高；②有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于30℃)。(3)实验装置(写出相应仪器的名称)4.萃取萃取包括液—液萃取和固—液萃取。作萃取用的溶剂称为萃取剂。(1)萃取原理①液—液萃取利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解性不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。②固—液萃取是用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。(2)萃取装置(写出相应仪器的名称)5.重结晶(1)原理利用被提纯物质和杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去。采用冷却或蒸发将有机物分离出来，是提纯固体有机物的常用方法。(2)溶剂的选择①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大，易于除去。②被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较大，能够进行冷却结晶。(3)苯甲酸重结晶的实验装置及步骤(二)探究有机物分离、提纯方法[问题讨论](1)某粗苯甲酸样品中含有少量氯化钠和泥沙，提纯苯甲酸需要经过哪些步骤？氯化钠和泥沙分别在哪一步除去？实验操作中多次使用了玻璃棒，分别起到了哪些作用？提示步骤：加热溶解——趁热过滤——冷却结晶——过滤。趁热过滤除去泥沙，冷却结晶析出苯甲酸后再过滤，除去滤液中的氯化钠。玻璃棒的作用：溶解时，加速溶解；过滤时，引流。(2)冷凝管是蒸馏操作中的重要仪器。在实验操作中冷却水的通入、停止与加热的先后关系是什么？提示实验开始时，应先通冷却水，后点燃酒精灯。实验结束时应先熄灭酒精灯(注意不能蒸干，应在蒸馏烧瓶内还有少量液体时熄灭酒精灯)，等蒸馏烧瓶恢复至室温时停止通入冷却水。(3)当互溶的两种液态有机物中各组分的沸点相差较小时(如乙醇与乙酸的混合物)，也可以采用蒸馏法进行分离提纯，此时应如何处理？提示将混合物“预处理”，先将其中的一种物质转化为不挥发的盐类化合物，再进行蒸馏。比如乙醇中混有乙酸，可先加生石灰，将乙酸转化为乙酸钙再蒸馏。【探究归纳】1.有机物分离、提纯的常见方法方法目的主要仪器实例蒸馏分离、提纯沸点相差较大的液态混合物蒸馏烧瓶、冷凝管分离二氯甲烷和四氯化碳萃取将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂分液漏斗用四氯化碳将碘水中的碘提取出来分液分离互不相溶的液态混合物分液漏斗分离汽油和水重结晶利用温度对溶解度的影响提纯有机物烧杯、酒精灯、玻璃棒、漏斗提纯苯甲酸洗气分离提纯气体混合物洗气瓶除去甲烷中的乙烯2.常用分离和提纯方法的注意事项分离提纯方法适用范围注意事项蒸馏互溶的液体各液体的沸点相差较大，一般在30℃以上，冷却水是下口进上口出，加入沸石可以防止暴沸，温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处重结晶固态混合物混合物中各成分溶解度相差较大，且被提纯物质的溶解度受温度影响较大萃取(主要讨论液—液萃取)从液体中提纯溶质萃取剂的选择条件：(1)与原溶剂互不相溶(2)被提纯物在此溶剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度1.(2023·保定唐县一中高二月考)下列有关实验的说法错误的是()A.在蒸馏实验中，温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处是为了测出馏分的沸点B.用重结晶法提纯苯甲酸；用分液法分离水和汽油的混合物C.用催化加氢的方法可除去乙烷中混有的少量乙烯D.分液时，需先将上口玻璃塞打开或使玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，再打开旋塞答案C解析蒸馏时，需要测定馏分的温度，则温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处，A正确；重结晶苯甲酸，加热促进溶解，然后趁热过滤减少苯甲酸的损失，再冷却结晶，汽油不溶于水，用分液法分离水和汽油的混合物，B正确；用催化加氢的方法除去乙烷中混有的少量乙烯，容易引入氢气杂质，C错误；分液时为保持内外压强相等，需先将上口玻璃塞打开或使玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，再打开旋塞，D正确。2.现有三组混合液：(1)乙酸乙酯和乙酸钠；(2)乙醇和正丁醇；(3)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、分液、蒸馏C.萃取、蒸馏、分液 D.分液、蒸馏、萃取答案D解析乙酸乙酯不易溶于水，而乙酸钠易溶于水，可用分液法分离；乙醇和正丁醇互溶且沸点相差较大，可用蒸馏法分离；溴化钠属于钠盐，易溶于水，而溴易溶于有机溶剂，两者可用萃取法分离。3.按以下实验方案可从海洋动物柄海鞘中提取具有抗肿瘤活性的天然产物：下列各步实验操作原理与方法错误的是()ABCD步骤①步骤②步骤③步骤④答案C解析样品粉末用甲苯和甲醇溶解，并过滤得到滤液，滴加硝酸钠溶液分液得到水层溶液，蒸发结晶得到固体粗产品，有机层溶液蒸馏得到甲苯。步骤①为分离固体与液体混合物的操作，应使用过滤装置，A正确；步骤②是将互不相溶的有机层与水溶液层分离，应使用分液操作，B正确；步骤③是从水溶液中提取溶质，应使用蒸发操作，不能用坩埚，C错误；步骤④是从有机溶液中分离出溶剂，应使用蒸馏操作，D正确。【题后归纳】分离提纯物质的“四原则”1.提纯下列物质(括号中为杂质)，选择试剂和分离方法都正确的是()选项被提纯的物质除杂试剂分离方法A甲烷(乙烯)酸性高锰酸钾溶液洗气B苯(硝基苯)水分液C乙酸乙酯(乙酸)饱和碳酸钠溶液分液D硝酸钾(氯化钠)水萃取答案C解析乙烯被高锰酸钾氧化生成二氧化碳，引入新杂质，应加溴水、洗气除杂，A错误；苯和硝基苯互溶，但是都不溶于水，分液无法除杂，B错误；乙酸与碳酸钠反应后，与乙酸乙酯分层，然后分液可除杂，C正确；硝酸钾和氯化钠均溶于水，应用重结晶的方法，D错误。2.苯甲酸是最简单的芳香酸。下列有关苯甲酸重结晶实验操作说法正确的是()A.苯甲酸的重结晶实验中要得到纯净的苯甲酸固体需要进行一次过滤操作B.趁热过滤时，为了防止苯甲酸结晶，可先将漏斗进行预热C.趁热过滤后，为了析出更多晶体，热滤液用冰盐水充分冷却，同时缩短结晶的时间D.温度越低，苯甲酸的溶解度越小，温度越低越利于苯甲酸的重结晶实验答案B解析要得到纯净的苯甲酸需要进行两次过滤操作，A错误；漏斗进行预热，可减小温差，B正确；趁热过滤后，用冰盐水冷却形成的结晶很小，比表面积大，吸附的杂质多，C错误；重结晶过程中温度太低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质也会析出，达不到提纯苯甲酸的目的，D错误。3.现有一瓶A和B的混合液，已知A和B的某些性质如下：物质分子式熔点/℃沸点/℃密度/(g·cm－3)水溶性AC3H6O2－241410.99可溶BC4H8O2－84770.90可溶由此推知分离A和B的最佳方法是()A.萃取 B.结晶C.蒸馏 D.分液答案C解析观察表中数据，得知A、B两种物质都是有机物，都溶于水，不能用萃取或分液方法进行分离；它们的熔点都比较低，常温下为液体，不能结晶方法析出；它们的沸点相差较大，故可以用蒸馏的方法将A、B分离。4.已知的一些物理性质如下表所示：物质熔点/℃沸点/℃密度/g·cm－3水溶性542381.1581难溶－102121.1622难溶(1)分离这两种物质的混合物可采用的方法是____________(填字母序号)。a.过滤b.分液c.蒸发d.蒸馏(2)该分离方法需要用到的主要玻璃仪器是____________、____________、______________、____________、____________、牛角管。答案(1)d(2)酒精灯蒸馏烧瓶温度计冷凝管锥形瓶解析由表格信息可知，分离这两种物质混合物的方法为蒸馏。(1)由于这两种有机物均难溶于水，有机物间易互溶，而二者沸点相差较大，故采用蒸馏的方法分离。(2)蒸馏时需要用到的主要玻璃仪器是酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管和锥形瓶等。A级合格过关练1.已知苯易溶于有机溶剂，难溶于水。可以用分液漏斗分离的一组混合物是()A.苯和甲苯 B.乙醇和水C.苯和水 D.溴和四氯化碳答案C解析苯和甲苯互溶，不能用分液漏斗分离，A不符合题意；乙醇和水互溶，不能用分液漏斗分离，B不符合题意；苯不溶于水，可以用分液漏斗分离，C符合题意；溴易溶于四氯化碳，不能用分液漏斗分离，D不符合题意。2.甘油是一种常用的有机溶剂，可与水以任意体积比互溶，密度小于1.26g·mL－1，沸点约290℃，分离水和甘油最合理的方法是()A.蒸馏 B.蒸发C.过滤 D.萃取分液答案A解析甘油和水互溶，不能用过滤、分液的方法分离，蒸发效率较低，而二者沸点差别较大，可用蒸馏的方法分离。3.粗苯甲酸的提纯实验中，涉及的操作是()答案A解析粗苯甲酸的提纯步骤为将粗苯甲酸制成热的饱和溶液，趁热过滤除去不溶性杂质，缓慢冷却结晶，滤出晶体，洗涤晶体，由提纯步骤可知，提纯过程中涉及了溶解、过滤，不涉及蒸馏、溶液配制和分液，故选A。4.已知乙醛(CH3CHO)是易溶于水、沸点为20.8℃的液体，将乙醛和乙酸分离的正确方法是()A.加热蒸馏B.加入Na2CO3后，通过萃取的方法分离C.先加入NaOH溶液后蒸出乙醛，再加入H2SO4，蒸出乙酸D.与钠反应后分离答案C解析乙醛和乙酸都为低沸点有机物，且都易挥发，直接蒸馏得不到纯净物。故先将CH3COOH与NaOH反应转化为沸点高的CH3COONa，蒸出乙醛后，再加入H2SO4将CH3COONa转化为CH3COOH，蒸出CH3COOH。5.为了提纯下表所列物质(括号内为杂质)，有关除杂试剂和分离方法的选择均正确的是()选项被提纯的物质除杂试剂分离方法A己烷(己烯)溴水分液B淀粉溶液(NaCl)水过滤CCH3CH2OH(CH3COOH)CaO蒸馏DCO2(SO2)Na2CO3溶液洗气答案C解析向A试样中加入溴水，己烯与Br2反应的产物与己烷仍互溶，用分液法不能将己烷提纯；B中淀粉胶体和NaCl溶液均可透过滤纸；D中除杂试剂Na2CO3既可与杂质SO2反应，又可吸收被提纯气体CO2，所以用Na2CO3试剂不行，可改用NaHCO3溶液为除杂试剂，应选C。6.以下关于萃取、分液操作的叙述中，正确的是()A.把混合液体转移至分液漏斗，塞上玻璃塞，如图用力振荡B.振荡几次后需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气C.经几次振荡并放气后，手持分液漏斗静置待液体分层D.分液时，需先将上口玻璃塞打开或玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，再打开活塞答案D解析为使液体混合均匀，两手分别顶住玻璃塞和活塞，使分液漏斗倒转过来，振荡，A错误；振荡几次后打开活塞放气，不需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气，B错误；液体混合均匀后将分液漏斗放在铁架台上静置待液体分层，C错误；分液时将分液漏斗上的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，打开活塞，待下层液体完全流尽时，关闭活塞后再从上口倒出上层液体，D正确。7.绿原酸(C16H18O9)具有较广泛的抗菌、抗病毒、抗氧化作用，利用乙醚、60%乙醇浸泡杜仲干叶，得到提取液，进一步获得绿原酸粗产品的一种工艺流程如图，下列说法错误的是()A.绿原酸在温水中的溶解度小于冷水中的溶解度B.得到有机层的实验操作为萃取分液C.减压蒸馏的目的是防止温度过高，绿原酸变质D.绿原酸粗产品可以通过重结晶进一步提纯答案A解析流程中加入温水浸膏，冷却、过滤得到绿原酸粗产品，可知绿原酸难溶于冷水，其在温水中的溶解度大于冷水中的溶解度，A错误；绿原酸为有机酸，更易溶于有机溶剂，加入乙酸乙酯后绿原酸被萃取到有机酯层，有机层与水层互不相溶，应采用分液法分离，B正确；绿原酸具有抗氧化作用，减压蒸馏可降低温度，避免温度过高导致绿原酸变质，C正确；根据A的分析，绿原酸粗产品可用重结晶的方法进一步提纯，D正确。8.回答下列问题：(1)若要从苯甲酸粗品中得到纯度较高的苯甲酸，可通过在水中____________的方法提纯。(2)采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是____________。(3)由硫酸铁铵溶液得到硫酸铁铵晶体[NH4Fe(SO4)2·xH2O]的实验操作有______________________________________。(4)请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：____________________________________________，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装(已知：pH＝10时溶液中SOeq\o\al(2－,3)的物质的量浓度最大，温度高于34℃时Na2SO3的溶解度逐渐减小)。答案(1)重结晶(2)升华(3)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)、干燥(4)边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，pH约为10时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于34℃条件下趁热过滤解析(1)苯甲酸在水中溶解度受温度影响较大，在热水中的溶解度较大，在冷水中的溶解度较小，所以由苯甲酸粗品中得到纯度较高的苯甲酸，可通过在水中重结晶。(2)粉状的咖啡因在蒸发皿中受热，在扎有小孔的滤纸上凝结成固体，该分离提纯方法的名称为升华。(3)硫酸铁铵溶液得到硫酸铁铵晶体[NH4Fe(SO4)2·xH2O]应采用冷却结晶方法，实验操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)、干燥。(4)由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3，可边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，由信息可知pH约为10时，可完全反应生成Na2SO3，此时停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，由信息可知在高于34℃条件下趁热过滤，可得到无水Na2SO3。B级素养培优练9.已知丙酮是一种可与水混溶的无色液体，密度小于水，沸点约56℃，现实验中需要分离下列两类混合物，a四氯化碳中混入了大量的水，b水与丙酮的混合物。请选择最合适的实验操作()A.①② B.②③C.①③ D.②④答案D解析CCl4为难溶于水、密度比水大的液体，CCl4中混入大量的水，静置后出现分层现象，采用分液的方法进行分离，即选用的实验操作为②；丙酮是一种可与水混溶的无色液体，沸点约56℃，水的沸点为100℃，水与丙酮的混合物为沸点相差较大、互相混溶的液体混合物，采用蒸馏的方法进行分离，即选用的实验操作为④。10.(2023·广州三校联考)下列实验中，所采取的分离方法或对应原理不正确的是()选项目的分离方法原理A除去淀粉胶体中的NaCl过滤淀粉胶体不能透过滤纸，NaCl则可以透过B除去Cl2中的HCl洗气Cl2在饱和食盐水中的溶解度很小而HCl易溶C除去粗苯甲酸晶体中的沙子重结晶苯甲酸的溶解度受温度影响较大，沙子在水中溶解度小D分离食用油和汽油蒸馏食用油和汽油的沸点不同答案A解析胶体的胶粒可以透过滤纸，但不能透过半透膜，应用渗析分离，A错误；氯气溶于水发生反应：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，由于饱和食盐水中存在大量Cl－可以抑制氯气的溶解，除去Cl2中的HCl时，可利用二者在饱和食盐水中的溶解度差异，采用洗气法除杂，B正确；沙子难溶于水，热水溶解后过滤再重新结晶即可以除去沙子，C正确；食用油和汽油为互溶的两种液体，可以利用其沸点不同蒸馏分离，D正确。11.(2023·石家庄二中月考)乙苯经水蒸气稀释后脱氢制备苯乙烯的原理为。在生成和纯化苯乙烯的实验过程中，下列操作未涉及的是()答案B解析乙苯经水蒸气稀释后脱氢制备苯乙烯，在催化剂作用下加热制得，A不符合题意；由实验目的和原理知，A项装置中的圆底烧瓶中收集到的是液态有机物和水，故不需要进行蒸发浓缩、降温结晶操作，B符合题意；反应所得苯乙烯和乙苯混合液与水溶液不互溶分层，通过分液先分离出有机混合液，C不符合题意；利用苯乙烯和乙苯的沸点不同通过蒸馏分离出苯乙烯，D不符合题意。12.间苯三酚和HCl的甲醇溶液反应生成3，5－二甲氧基苯酚和水。提纯3，5－二甲氧基苯酚时，先分离出甲醇，再加入乙醚进行萃取，分液后得到的有机层用饱和NaHCO3溶液、蒸馏水依次进行洗涤，再经蒸馏、重结晶等操作进行产品的纯化。相关物质的部分物理性质如下表：物质沸点/℃密度(20℃)/(g·cm－3)溶解性甲醇64.70.7915易溶于水乙醚34.50.7138微溶于水下列说法错误的是()A.分离出甲醇的操作是蒸馏B.用乙醚萃取后得到的有机层在分液漏斗的下层C.用饱和NaHCO3溶液洗涤可以除去HClD.重结晶除去间苯三酚是利用不同物质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去答案B解析根据图表知，甲醇和水能互溶，但沸点差异较大，所以可以采用蒸馏的方法分离出甲醇，A正确；根据密度知，有机层的密度小于水，是在上层，B错误；混合物中含有氯化氢