物质的除杂又叫物质的提纯,是把混合物中少量的杂质除去,得到纯净的物质。
将混合物中的几种物质分开而分别得到较纯净的物质,这种方法叫做混合物的分离。将物质中混有的杂质除去而获得纯净物质,叫提纯或除杂。除杂题是中学化学的常见题,它灵活多变,可以综合考察学生的解题能力。现列举几种物理除杂方法:
一、除杂必须遵守的原则
1. 不增:不能增加新的杂质。
2. 不减:被提纯的物质不能减少。
3. 易分:操作简便,易于分离。
二、常用物理方法
根据被提纯物质与杂质的物理性质的联系和差异,其除杂的方法主要有:
1.过滤
⑴ 原理:根据固体的溶解度不同,把不溶于液体的固体与液体通过过滤而分开的方法称为过滤法。过滤是除去溶液里混有不溶于溶剂的杂质的方法。
⑵ 适用范围:不溶固体和液体间的分离。如用过滤法除去粗食盐中少量的泥沙。
⑶ 仪器:漏斗、铁架台、烧杯、玻璃棒、滤纸
⑷ 操作要领:要做到一贴、二低、三靠、四洗。
① 一贴:将滤纸折叠好放入漏斗,加少量蒸馏水润湿,使滤纸紧贴漏斗内壁,纸和壁间无气泡。
② 二低:滤纸边缘略低于漏斗口,漏斗中液体的液面应略低于滤纸的边缘。
③ 三靠:倾倒过滤液的烧杯口紧靠玻璃棒;玻璃棒的末端轻轻靠在三层滤纸一边;漏斗颈的末端管口应与接受器的内壁紧靠。
④ 四洗:如果过滤的目的是为了得到沉淀,要用蒸馏水洗涤沉淀物,通过过滤器洗涤沉淀的方法:向过滤器中加蒸馏水,使水面没过沉淀物,待溶液全部滤出后,重复操作2~3次。
⑸ 注意:对于有些溶液,温度下降,会有晶体析出,应该趁热过滤。
⑹ 例举:除去食盐中的泥沙。将含有泥沙的食盐溶于水,利用食盐溶于水而泥沙不溶,通过过滤把泥沙从食盐中除去,再把滤液蒸干即得纯净的食盐。
如氯化钙中含有少量碳酸钙杂质,先将混合物加水溶解,由于氯化钙溶于水,而碳酸钙难溶于水,过滤除去杂质碳酸钙,然后蒸发滤液,得到固体氯化钙。如果要获得杂质碳酸钙,可洗涤烘干。
思考:如何判断沉淀是否洗净?
提示:取洗涤液,检测其中不含沉淀表面的可溶物质的离子。
2.蒸发
⑴ 原理:蒸发是将溶液浓缩、溶剂气化或溶质以晶体析出的方法。
⑵ 范围:适合于把可溶性固体从溶剂中分离出来。
⑶ 仪器:铁架台(带铁圈)、蒸发皿、酒精灯、玻璃棒 。
⑷ 注意: a 用玻璃棒搅拌直至少量溶剂;
b 溶剂易挥发或易燃烧,采用水浴加热。
⑸ 例举:从氯化钠溶液中提取氯化钠,蒸发溶液,使氯化钠析出。
3. 结晶
⑴ 原理:结晶是溶质从溶液中析出晶体的过程,适用于分离可溶性混合物或除去可溶性杂质。几种可溶性固态物质的混合物,根据它们在同一溶剂中的溶解度和溶解度随温度的变化趋势不同,可用结晶的方法分离。
⑵ 条件:固体的溶解度小或者固体的溶解度随温度升高变化较大。
⑶ 范围:固体的溶解度小一般用蒸发结晶法;固体的溶解度随温度升高变化较大,一般用冷却结晶法或者重结晶法。
⑷ 仪器:过滤仪器、蒸发仪器。
⑸ 操作步骤:把混合物制成高温下的饱和溶液,降温结晶。
基本环节:溶解—蒸发浓缩—趁热过滤—冷却结晶—洗涤干燥
注意点:加热蒸发皿使溶液蒸发时、要用玻璃棒不断搅动溶液,防止由于局部温度过高,造成液滴飞溅。当蒸发皿中出现较多的固体时,即停止加热。
⑹ 类型:有蒸发溶剂结晶(蒸发结晶)和冷却热饱和溶液结晶(冷却或降温结晶)。适用于溶解度随温度变化不大的溶质。
⑺ 例举:从食盐水中提取氯化钠晶体,蒸发浓缩,冷却结晶,就可以得到氯化钠。
4. 重结晶
⑴ 原理:当溶液蒸发浓缩到一定浓度后,冷却就会有溶质的晶体析出,如果结晶所得的物质纯度不符合要求,需要重新加入一定溶剂进行溶解、蒸发和再次结晶,这个过程称为重结晶。
⑵ 适用条件
① 杂质在所选溶剂中溶解度很大或很小,易于除去。
② 被提纯的物质在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较大;该物质在热溶液中的溶解度较大,冷溶液中的溶解度较小,冷却后易于结晶析出。
⑶ 实验装置与操作步骤