以下是六种常见的物理方法，用于分离和提纯混合物，以及它们的工作原理：
1. **蒸馏（Distillation）**：蒸馏是基于液体沸点的差异来分离液体混合物的方法。混合物被加热至其中一种组分的沸点，然后蒸气被收集并冷凝成液体，从而分离出纯净的组分。
2. **结晶（Crystallization）**：结晶是通过溶解固体物质在溶剂中，然后缓慢冷却或蒸发溶剂，使物质以晶体形式沉淀出来的方法。这可以用来纯化固体混合物。
3. **过滤（Filtration）**：过滤是通过一个过滤介质，通常是纸或滤纸，将固体颗粒从液体中分离出来的方法。这种方法适用于混合物中一个组分是固体，另一个是液体的情况。
4. **离心分离（Centrifugation）**：离心分离利用高速旋转来分离混合物中的组分。通过旋转，高密度的颗粒或液滴被迫沉降或分离出来，从而分离出纯净的组分。
5. **色谱法（Chromatography）**：色谱法是一种基于不同物质在移动相（例如柱层析色谱）或静态相（例如薄层色谱）中的吸附和分配性质的分离方法。这种方法常用于分析和提纯液体混合物。
6. **气相色谱法（Gas Chromatography）**：气相色谱法是一种用于分离气体混合物中的成分的高效方法。它利用不同化合物在气相条件下通过液体或固体柱的速度差异来分离它们。
这些分离和提纯方法的选择取决于混合物的性质以及所需的纯度和分离效率。每种方法都基于不同的物理原理，以实现分离和提纯的目标。
一、分离提纯的基本原则
把物质中混有的杂质除去而获得纯净物叫提纯;将相互混在一起的不同物质彼此分开而得到相应组分的各纯净物叫分离。在解答物质分离提纯试题时,选择试剂和实验操作方法应遵循三个原则:
1. 不能引入新的杂质。即分离提纯后的物质应是纯净物,不能有其他物质混入其中。
2. 分离提纯后的物质状态不变。
3. 实验过程和操作方法简单易行。即选择分离提纯方法应遵循先物理后化学,先简单后复杂的原则。
二、分离提纯方法的选择思路
分离提纯方法的选择思路是根据分离提纯物的性质和状态来定的。具体如下:
1. 分离提纯物是固体(从简单到复杂方法) :加热(灼烧、升华、热分解) ,溶解,过滤(洗涤沉淀) ,蒸发,结晶(重结晶) ,电精炼。
2. 分离提纯物是液体(从简单到复杂方法) :分液,萃取,蒸馏。
3. 分离提纯物是胶体:盐析或渗析。
4. 分离提纯物是气体:洗气。
说明:
(1) 蒸发与结晶
蒸发与结晶方法都可以将溶液中溶质以固体形式析出,具体采用何种方法,取决于溶质的性质和溶质的溶解度。
①溶质的溶解度:蒸发一方面由于溶剂的减少,析出溶质,另一方面由于溶液温度的升高再溶解溶质,要使蒸发过程析出较多固体溶质,溶质的溶解度随温度升高应变化不大或减少,所以将溶液蒸发提纯出的固体是溶解度随温度升高变化不大或减少的物质。结晶(一般指降温结晶) 要析出较多的固体,溶质的溶解
度随着温度升高增加很快,这样才有可能从不饱和的热溶液降到低温时,析出固体,故将溶液降温结晶提纯出的固体是溶解度随温度升高增加很快的物质。例如NaCl 和NaOH 混合溶液,如果将混合溶液蒸发一段时间,析出的
固体是NaCl ,母液中是NaOH 和少量NaCl 。如果将混合溶液降温,使溶质以晶体析出,则析出的固体是NaOH ,母液中是NaCl 和少量NaOH。
②溶质的性质: 蒸发过程,溶液的温度升高,溶液中溶质可能要发生反应变质,下列二种情况不能用蒸发方法,应选择结晶方法。
其一:溶质在受热时易分解。
如AgNO3 、Ca (HCO3) 2 、KMnO4 等,当然,
若能使水的蒸发温度低于溶质的分解温度,还可以用蒸发方法的,像NaHCO3 溶液在低温低压下蒸干,得到的是固体NaHCO3 。
其二: 盐水解产物中有挥发性的酸生成的。
如FeCl3 、AlCl3 、Cu (NO3) 2 等溶液,在蒸发时,因HCl 、HNO3 的挥发,促进了盐的水解,最后得到的固体是水解产物的分解产物Fe2O3 、Al2O3 、CuO。像Al2 ( SO4 ) 3 、NaAlO2 、Na2CO3等盐溶液,虽然也发生水解,产物中Al (OH) 3 、H2SO4 、NaHCO3 、NaOH 都不是挥发性物质,在蒸发时,抑制了盐的水解,最后得到的是溶质不变的固体。
(2) 萃取与蒸馏
萃取与蒸馏是用于互溶液体混合物的分离提纯方法。如果在互溶液体中加入一种试剂(萃取剂,通常是水或物质的水溶液) 能将其转化为不互溶分层的液体,就用萃取法;如果 不能将其转化为不互溶分层的液体,那就用蒸馏法。为了能更好地分离和提纯,往往在蒸馏之前加入一种试剂,使其中一些物质转化为非
挥发性的盐
。
三、例题解析
例1. 现有SiO2 、NH4Cl 、ZnSO4 固体混合物,欲将它们分离,写出实验方案和操作名称。
解析:因为分离的对象是固体混合物,应按加热、溶解、过滤、蒸发、结晶方法考虑分离。
先加热,NH4Cl 分解生成HCl 和NH3 脱离固体,后气体又在容器上化合成NH4Cl 。留下的固体用水溶解后过滤,再经洗涤干燥得固体SiO2 ,最后将余下溶液蒸发即可达到分离目的。
分离方案为:
例2. 请设计分离乙醇、乙酸、乙酸乙酯混合物的实验方案。
解析: 分离对象是三种互溶的液体混合物,应按分液、萃取、蒸馏方法考虑分离方案。
因三种液体互溶,不能直接用分液方法,考虑到乙酸乙酯不溶于水,乙醇在水中溶解度大于在乙酸乙酯中溶解度,乙酸在乙酸乙酯中溶解度大于在水中溶解度,故加入饱和Na2CO3 溶液萃取剂,就可将其转化为两层上下不互溶的
液体,分离出乙酸乙酯;留下的是乙酸钠和乙醇的混合水溶液,因不能再将其分层,采用蒸馏法分出低沸点的乙醇,最后在留下的混合液
中加入浓H2SO4 ,然后再蒸馏分出乙酸。分离方案为:
虽然近几年的高考化学试题与以前的“3+ 2”考试试题相比,已有较大的区别,但对于能力的考查和要求依然是相同的。下面就高考复习中如何提高化学科学科能力的问题提出一些浅显的认识,供大家参考。
一、以思维能力为核心,培养学科能力培养思维能力的实质是提高思维素质。
化学科的思维素质主要包括思维的敏捷性、严密性、整体性和创造性。
1. 将化学知识进行必要的总结归纳和有序贮存,以提高思维的敏捷性
思维的敏捷性体现在解决问题时的灵活性、针对性和适应性。学生要做到:第一,狠抓双基,对考试说明中规定的有关知识融会贯通;第二,对于重点、具有共性和实用性的内容,进行横向和纵向的整理、有序贮存。在解决实际问题时,从题目中观察到熟悉的内容,与自己贮存的知识产生共鸣,找到应答的关
键。
