2024届高考化学一轮复习专题10第54讲物质的分离与提纯基础学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题10第54讲物质的分离与提纯基础学案，共32页。

物质分离、提纯常用的物理方法
1．固体与液体的分离提纯
图1 图2
(1)图1分离提纯方法称为过滤，涉及的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗。
适用范围：把不溶性固体与液体进行分离。
注意事项：①一贴：滤纸紧贴漏斗内壁。二低：滤纸上缘低于漏斗边缘，液面低于滤纸边缘。三靠：烧杯紧靠玻璃棒，玻璃棒轻靠三层滤纸处，漏斗下端尖口处紧靠烧杯内壁。
②若滤液浑浊，需再过滤。浑浊的原因可能是滤纸破损、液面超过滤纸边缘。
(2)图2分离提纯方法称为蒸发，涉及的仪器有铁架台(含铁圈)、蒸发皿、玻璃棒、酒精灯。
注意事项：加热时不要将溶液蒸干，当蒸发皿中出现较多晶体时，即停止加热，利用余热将液体蒸干。
(3)结晶的两种方式
①蒸发结晶——适用于溶解度随温度升高变化不大或减小且稳定的固体物质，如NaCl、Ca(OH)2等。
②冷却结晶——适用于溶解度随温度升高而增大或不稳定的结晶水合物或铵盐，如KNO3、CuSO4·5H2O、NH4Cl等。
2．液体与液体的分离提纯
图3 图4
(1)图3的分离提纯方法称为萃取分液，涉及的玻璃仪器主要是分液漏斗和烧杯。
适用范围：①萃取：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂(萃取剂)把溶质从它与另一种溶剂组成的溶液里提取出来；②分液：两种液体互不相溶且易分层的分离方法。
注意事项：①溶质在萃取剂中的溶解度比在原溶剂中的大；②萃取剂与原溶剂不反应、不相溶；③萃取剂与溶质不反应；④分液时，分液漏斗中的下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。
(2)图4的分离提纯方法称为蒸馏。
适用范围：分离沸点相差较大的互溶液体混合物。
注意事项：①温度计的水银球放在蒸馏烧瓶的支管口处；②蒸馏烧瓶内要加沸石防止液体暴沸；③冷凝管水流方向应为“下口进，上口出”。
3．固体与固体的分离——升华法
组分易升华的混合物，利用物质升华的性质在加热条件下使之分离的方法(如图5)。如NaCl与I2混合物的分离。
图5
4．气体与气体的分离提纯
(1)固体吸收法——干燥管或U形管。如用碱石灰干燥NH3。
(2)溶液吸收法——洗气瓶。如用浓硫酸干燥HCl、SO2等。
(3)固体加热吸收法——硬质玻璃管。如用铜丝加热除去N2中的O2。
①减压过滤——抽滤
②双耳球吸收气体——防倒吸
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)过滤时，为加快过滤速度，应用玻璃棒不断搅拌漏斗中的液体。( )
(2)从溶液中获取NaCl晶体，用蒸发结晶的方法，应使混合物中的水分完全蒸干后，再停止加热。( )
(3)根据食用油和汽油的密度不同，可选用分液的方法分离。( )
(4)用乙醇萃取出溴水中的溴，再用蒸馏的方法分离溴与乙醇。( )
(5)利用加热的方法分离NH4Cl和I2的固体混合物。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2．请选用适当的分离方法，按要求分离下列混合物。
A．过滤 B．蒸发 C．萃取 D．蒸馏 E．升华
F．分液 G．重结晶 H．盐析
[答案] ①B ②C ③A ④E ⑤D ⑥H ⑦F ⑧G
1．(2022·淮安三模)下列操作不能达到实验目的的是( )
B [A.向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸，发生反应Na2SO3＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋H2O＋SO2↑，可制备少量SO2气体，故A能达到实验目的；B.盐酸与NaHCO3混合产生的CO2气体通入到Na2SiO3溶液中，发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=== 2NaHCO3＋H2SiO3↓，根据强酸制弱酸的原理可知，酸性：H2CO3>H2SiO3，非金属性越强，其对应最高价氧化物对应水化物的酸性越强，由此可得非金属性：C>Si，但是随CO2气体带出来的HCl也能与Na2SiO3反应生成H2SiO3，会对实验造成干扰，故B不能达到实验目的；C.苯酚与NaOH反应后生成的苯酚钠溶于水，苯和NaOH不反应，振荡、静置后分层，然后分液可得到苯，故C能达到实验目的；D.向试管中加入2 mL 10% NaOH溶液，再滴加数滴2% CuSO4溶液，振荡，保证NaOH是过量的，可配制用于检验醛基的氢氧化铜悬浊液，故D能达到实验目的。]
2．有关下列实验的说法正确的是( )
A．甲装置可用于比较乙酸、碳酸与苯酚的酸性
B．乙装置可用于提纯混有少量C2H4的CH4
C．丙装置中，若右侧试管内的酸性KMnO4溶液褪色，证明溴乙烷发生了消去反应
D．丁是实验室制乙炔的发生和净化装置，CuSO4溶液用于除去反应产生的H2S杂质
D [A.醋酸易挥发，和生成的CO2一起进入苯酚钠溶液中，无法确定碳酸和苯酚的酸性强弱，选项A错误；B.高锰酸钾将乙烯氧化时会产生二氧化碳，引入新的杂质，选项B错误；C.加热条件下乙醇易挥发，进入高锰酸钾溶液中使其褪色，干扰实验，无法证明溴乙烷发生了消去反应，选项C错误；D.电石中混有杂质，反应过程中会产生H2S, CuSO4溶液可以与之反应，从而实现除杂，选项D正确。]
3．粗盐中含有难溶性杂质(泥沙等)和多种可溶性杂质(氯化镁、氯化钙等)。某班同学在粗盐提纯实验中，为把少量可溶性杂质CaCl2、MgCl2一并除去，设计了如下方案：
回答下列问题：
(1)为了加快粗盐的溶解，可采取的措施有____________________________
___________________________________________________(填一种即可)。
(2)写出步骤Ⅳ中发生反应的化学方程式：____________________________
_______________________________________________________________。
(3)沉淀B的主要成分为________(填化学式)。
(4)在步骤Ⅵ中，________(填“能”或“不能”)用稀硝酸代替稀盐酸进行该实验，理由为_________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(5)步骤Ⅶ中操作b指的是________。
(6)该方案实际得到的氯化钠比粗盐中含有的氯化钠要多，理由为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] 粗盐溶解过滤得到溶液A，加入氢氧化钠生成氢氧化镁沉淀、加入碳酸钠溶液生成碳酸钙沉淀，过滤得到溶液B，加入适量稀盐酸除去过量氢氧化钠、碳酸钠得到氯化钠。(1)为了加快粗盐的溶解，可采取的措施有粉碎、搅拌、升温等；(2)步骤Ⅳ中发生反应为碳酸钠和氯化钙生成碳酸钙沉淀和氯化钠，Na2CO3＋CaCl2===CaCO3↓＋2NaCl；(3)碳酸钠和氯化钙生成碳酸钙沉淀、氢氧化钠和氯化镁生成氢氧化镁沉淀，故沉淀B为CaCO3、Mg(OH)2；(4)在步骤Ⅵ中，硝酸和氢氧化钠、碳酸钠反应生成硝酸钠，引入新杂质，故不能用稀硝酸代替稀盐酸；(5)步骤Ⅶ中操作b指的是为从氯化钠溶液中得到氯化钠晶体的操作，为蒸发结晶；(6)该方案中加入的氢氧化钠、碳酸钠通过反应转化为氯化钠，故实际得到的氯化钠比粗盐中含有的氯化钠要多。
[答案] (1)粉碎(合理即可)
(2)Na2CO3＋CaCl2===CaCO3↓＋2NaCl
(3)CaCO3、Mg(OH)2
(4)不能 硝酸和氢氧化钠、碳酸钠反应生成硝酸钠，引入新杂质
(5)蒸发结晶
(6)加入的氢氧化钠、碳酸钠通过反应转化为氯化钠
过滤操作中常考的热点问题
(1)如果蒸发结晶得到晶体，应趁热过滤，防止冷却时其他晶体析出。
(2)沉淀洗涤操作：向漏斗中注蒸馏水至水没过沉淀，待洗涤液滤出，重复2～3次。
(3)沉淀洗净检验操作：取少许最后一次洗涤液于试管中，然后加入检验试剂，根据现象确定是否洗净。
物质分离、提纯常用的化学方法
1．化学分离、提纯法
2．化学分离和提纯物质的原则
除去下列常见物质中的杂质，完成表格：
[答案] ①灼热的铜网 ②NaOH溶液 碱石灰 洗气 ③灼热的CuO ④饱和NaHCO3溶液 洗气 ⑤饱和食盐水 洗气 ⑥稀酸(如稀盐酸) 过滤 ⑦过量NaOH溶液 过滤 ⑧CO2 ⑨Cl2 ⑩Fe ⑪MgO 过滤 ⑫加热分解 ⑬饱和Na2CO3溶液 分液
1．下列实验操作能达到相应实验目的的是( )
B [A项，向FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入足量铁粉，FeCl3会和Fe反应生成FeCl2，错误；B项，Br2和NaOH溶液反应生成易溶于水的NaBr和NaBrO，充分振荡、静置、分液可以除去杂质Br2，正确；C项，KNO3的溶解度随温度升高变化较大，而NaCl的溶解度受温度影响不大，要提纯KNO3，将含有少量NaCl杂质的KNO3固体溶于水，蒸发浓缩、冷却结晶，然后过滤即可得较纯净的KNO3，错误；D项，滤液中含有NaCl，得不到纯净的AlCl3溶液，错误。]
2．下列实验方法能达到实验目的的是( )
A．用NaOH溶液除去CO2中混有的SO2
B．用加热方法除去NaHCO3中混有的Na2CO3固体
C．用装有水的洗气瓶除去NO中的NO2
D．用Ba(NO3)2除去NaCl溶液中的Na2SO4
C [A.CO2、SO2都是酸性氧化物，二者都能够与NaOH溶液反应，因此，不能用NaOH溶液除去CO2中混有的SO2，A错误；B.加热时NaHCO3分解产生Na2CO3固体，导致物质完全变质，因此不能达到除杂的目的，B错误；C.NO2溶于水，与水反应产生HNO3和NO，故可以使用该方法用装有水的洗气瓶除去NO中的NO2，C正确；D.用Ba(NO3)2能够与溶液中的Na2SO4反应后产生BaSO4沉淀，同时反应产生NaNO3，又引入了新的杂质，应该使用BaCl2溶液除杂，D错误。]
3．(2022·南京检测)为从粗食盐水中除去含Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等，以制得精盐。某同学设计如下方案：
以下说法正确的是( )
A．A中只有Mg(OH)2和BaSO4，②中加入过量Na2CO3溶液的主要目的是除去Ca2＋、Mg2＋
B．D中只有COeq \\al(2－,3)、Cl－、Na＋这3种离子，③中发生的反应只有2H＋＋COeq \\al(2－,3)===H2O＋CO2↑
C．将精盐水倒入蒸发皿中，用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，直至将滤液蒸干
D．蒸发结晶后，用预热过的坩埚钳将蒸发皿夹持到石棉网上冷却得到精盐
D [向粗食盐水中加入过量氢氧化钡溶液可以除去SOeq \\al(2－,4)、Mg2＋和部分
Ca2＋，过滤后得到滤液B，加入过量碳酸钠溶液，可以除去Ba2＋、Ca2＋，过滤后，向滤液D中加入适量盐酸除去COeq \\al(2－,3)、OH－，得到精盐水据此分析解题。A.A中含有Mg(OH)2、BaSO4和Ca(OH)2，②中加入过量Na2CO3溶液的主要目的是除去Ba2＋、Ca2＋，A项错误；B.D中含有的主要离子有：COeq \\al(2－,3)、Cl－、Na＋、OH－，③中发生的反应有：H＋＋OH－===H2O、2H＋＋COeq \\al(2－,3)===H2O＋CO2↑，B项错误；C.将精盐水倒入蒸发皿中，用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，当蒸发皿中出现较多固体时，应停止加热，利用余热将滤液蒸干，C项错误；D.蒸发结晶后，蒸发皿温度较高，应用预热过的坩埚钳将蒸发皿夹持到石棉网上冷却，从而得到精盐，D项正确。]
4．现需要纯净的氯化钠溶液，但实验室中只有混有硫酸钠、碳酸氢铵的氯化钠固体。某同学设计了一个除去杂质获得纯净氯化钠溶液的实验方案：
(1)操作①中发生反应的化学方程式是_______________________________
_______________________________________________________________。
(2)操作②中BaCl2溶液能否改用硝酸钡溶液________(填“能”或“不能”)。如果能，下一空不需要回答；如果不能，请说明理由：___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(3)操作③的目的是______________________________________________。
(4)操作④的目的是______________________________________________。
[解析] NH4HCO3可通过加热分解除去；Na2SO4中的SOeq \\al(2－,4)可通过加入BaCl2溶液除去。
[答案] (1)NH4HCO3eq \(=====,\s\up9(△))NH3↑＋CO2↑＋H2O
(2)不能 选用Ba(NO3)2溶液会引入新的杂质离子
(3)除去过量的Ba2＋
(4)除去溶解在溶液中的CO2和HCl
有机物制备中的分离提纯
1．熟知常用仪器及用途
三颈烧瓶 恒压滴液漏斗 梨形分液漏斗
球形分液漏斗 直形冷凝管 球形冷凝管
2．冷凝回流
有机化合物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机化合物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率。如图1、图3中的冷凝管，图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流。
图1 图2 溴苯制取
图3 溴苯制取
3．常见有机化合物分离提纯的方法
(1)分液：用于分离两种互不相溶(密度也不同)的液体。
(2)蒸馏：用于分离沸点不同的液体。分馏的原理与此相同。
(3)萃取分液：有机物易溶于有机溶剂如CCl4，乙醇，丙酮等，分离有机物时常采用萃取分液。
(4)重结晶：制备的有机物常温下为固体物质且溶解度随温度升高而降低，如苯甲酸。
下列有关有机物分离和提纯的说法错误的是( )
A．除去乙炔中混有的少量H2S：通过CuSO4溶液，洗气
B．粗苯甲酸中混有泥沙和NaCl杂质，提纯主要步骤为：加热溶解、趁热过滤，蒸发结晶
C．除去溴苯中混有的少量溴：加入足量NaOH溶液，振荡，静置，分液
D．除去乙烷中混有的少量乙烯：通过溴水，洗气
B [A.H2S与CuSO4溶液反应生成硫化铜沉淀，故除去乙炔中混有的少量H2S：通过CuSO4溶液，洗气，A正确；B.苯甲酸在水中溶解度较小，冷却时会结晶析出，除去粗苯甲酸中混有泥沙和NaCl杂质，提纯主要步骤为：加热溶解、趁热过滤，冷却结晶，B错误；C.常温下溴与氢氧化钠反应生成盐和水，溴苯和水不互溶，除去溴苯中混有的少量溴：加入足量NaOH溶液，振荡，静置，分液，C正确；D.乙烯与溴发生加成反应，除去乙烷中混有的少量乙烯：通过溴水，洗气，D正确。]
1．溴乙烷是无色油状液体，是制造巴比妥的原料，工业上可用海水制备溴乙烷，部分工艺流程如图：
下列说法错误的是( )
A．粗盐提纯时，加入沉淀剂的顺序可以是BaCl2、NaOH和Na2CO3
B．向“母液”中通入热空气，利用溴的易挥发性，将溴吹出
C．“制备”时氧化剂和还原剂的物质的量之比为3∶1
D．“精制”时所用的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯
D [溴乙烷易溶于乙醇，应用蒸馏法“精制”溴乙烷，所用的玻璃仪器有蒸馏烧瓶、冷凝管、锥形瓶、牛角管、温度计、酒精灯，D错误。]
2．己二酸在化工生产、有机合成工业、医药、润滑剂制造等方面都有重要作用。某实验小组以环己醇()和KMnO4为主要原料制备己二酸，制备流程如下：
主要实验装置示意图、制备原理和部分物质的性质如下：
eq \(――――→,\s\up9(KMnO4))HOOC(CH2)4COOH
回答下列问题：
(1)仪器a的名称是________，冷却水的入口是________(填“m”或“n”)。
(2)三颈烧瓶中KMnO4被还原为MnO2，则该反应的化学方程式是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)制备过程中，出现________现象时可停止加热。
(4)反应完成后在反应体系中加入NaHSO3的目的是
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(5)采用右图装置进行加热过滤，加热过滤的优点是___________________________________________________
__________________________________________________，
该过滤的目的是____________________________________
__________________________________________________。
[解析] (1)根据仪器a的构造特点可知其名称是球形冷凝管。冷凝管中冷却水下口进，上口出。(2)根据环己醇在KMnO4的氧化下生成己二酸可知反应的化学方程式为3＋8KMnO4eq \(――→,\s\up9(△))3KOOC(CH2)4COOK＋8MnO2↓＋5H2O＋2KOH。
(3)环己醇微溶于水，而加热条件下，己二酸溶解于水，故反应完成时，反应液中没有油珠。(4)反应中加入了过量的KMnO4，NaHSO3具有还原性，能除去反应液中过量的KMnO4。(5)由题给信息可知，己二酸在升温时，溶解度增大，故加热过滤可以减少因己二酸析出到滤渣中而造成的损失。该制备反应中生成MnO2，则该过滤是为了除去MnO2。
[答案] (1)球形冷凝管 n
(2)3＋8KMnO4eq \(――→,\s\up9(△))3KOOC(CH2)4COOK＋8MnO2↓＋5H2O＋2KOH
(3)反应液(或回流液)中无油珠
(4)除去过量的KMnO4
(5)增大己二酸的溶解度，减少己二酸的损失 除去MnO2
1．(2022·山东等级考，T9)已知苯胺(液体)、苯甲酸(固体)微溶于水，苯胺盐酸盐易溶于水。实验室初步分离甲苯、苯胺、苯甲酸混合溶液的流程如下。下列说法正确的是( )
A．苯胺既可与盐酸也可与NaOH溶液反应
B．由①、③分别获取相应粗品时可采用相同的操作方法
C．苯胺、甲苯、苯甲酸粗品依次由①、②、③获得
D．①、②、③均为两相混合体系
C [由题给流程可知，向甲苯、苯胺、苯甲酸的混合溶液中加入盐酸，盐酸将微溶于水的苯胺转化为易溶于水的苯胺盐酸盐，分液得到水相Ⅰ和有机相Ⅰ；向水相中加入氢氧化钠溶液将苯胺盐酸盐转化为苯胺，分液得到苯胺粗品①；向有机相中加入水洗涤除去混有的盐酸，分液得到废液和有机相Ⅱ，向有机相Ⅱ中加入碳酸钠溶液将微溶于水的苯甲酸转化为易溶于水的苯甲酸钠，分液得到甲苯粗品②和水相Ⅱ；向水相Ⅱ中加入盐酸，将苯甲酸钠转化为苯甲酸，经结晶或重结晶、过滤、洗涤得到苯甲酸粗品③。苯胺分子中含有的氨基能与盐酸反应，但不能与氢氧化钠溶液反应，故A错误；由分析可知，得到苯胺粗品①的分离方法为分液，得到苯甲酸粗品③的分离方法为结晶或重结晶、过滤、洗涤，获取两者的操作方法不同，故B错误；苯胺粗品、甲苯粗品、苯甲酸粗品依次由①、②、③获得，故C正确；①、②为液相，③为固相，都不是两相混合体系，故D错误。]
2．(2022·湖南选择性考试，T7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( )
A．不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
C [
陶瓷中的SiO2能与HF反应，A项正确；喷淋法能使溶液与烟气充分接触，提高吸收效率，B项正确；根据流程梳理知，C项错误；滤液中含有Na2CO3，可用作吸收塔中的吸收剂，D项正确。]
3．(2022·全国甲卷，T27节选改编)硫化钠可广泛用于染料、医药行业。工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质。硫化钠易溶于热乙醇，重金属硫化物难溶于乙醇。实验室中常用95%乙醇重结晶纯化硫化钠粗品。回答下列问题：
(1)溶解回流装置如图所示，回流前无需加入沸石，其原因是________________。回流时，烧瓶内气雾上升高度不宜超过冷凝管高度的eq \f(1,3)。若气雾上升过高，可采取的措施是________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)回流时间不宜过长，原因是__________________________________。回流结束后，需进行的操作有①停止加热 ②关闭冷凝水 ③移去水浴，正确的顺序为________(填标号)。
A．①②③ B．③①② C．②①③ D．①③②
(3)该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原因是____________________________。热过滤除去的杂质为________。若滤纸上析出大量晶体，则可能的原因是____________________________________。
(4)滤液冷却、结晶、过滤，晶体用少量________洗涤，干燥，得到Na2S·xH2O。
[解析] (1)回流前无需加入沸石，说明有物质可以代替沸石，由题干信息可知，粗品中含有煤灰、重金属硫化物等固体，具有“沸石”的作用。回流时，烧瓶内气雾上升高度不宜超过冷凝管高度的eq \f(1,3)，若气雾上升过高，需要将温度降下来，故可采取的措施是停止加热，加快冷凝管内冷凝水的流速。(2)回流时间不宜过长，原因是避免Na2S接触空气被氧化。回流结束后，应将反应液的温度降下来，故先停止加热，移去水浴，最后关闭冷凝水。(3)该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原因是防止液体沿烧杯内壁流下过程中与空气接触使Na2S被氧化。煤灰、重金属硫化物难溶于热乙醇，可以通过热过滤除去。若滤纸上析出大量晶体，则可能的原因是热过滤时漏斗的温度过低。(4)滤液冷却、结晶、过滤，晶体用少量常温下的乙醇(Na2S的溶解少、损失少)洗涤，干燥后，得到Na2S·xH2O。
[答案] (1)粗品中含有难溶于乙醇的煤灰、重金属硫化物等固体，有“沸石”作用 停止加热，加快冷凝管内冷凝水的流速
(2)避免Na2S接触空气被氧化 D
(3)防止液体沿烧杯内壁流下过程中与空气接触使Na2S被氧化 煤灰、重金属硫化物 热过滤时漏斗的温度过低
(4)常温下的乙醇
4．(2021·江苏选择性考试，T17)以软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)为原料制备电池级MnO2。
(1)浸取。将一定量软锰矿粉与Na2SO3、H2SO4溶液中的一种配成悬浊液，加入到三颈瓶中(图1)，70 ℃下通过滴液漏斗缓慢滴加另一种溶液，充分反应，过滤。滴液漏斗中的溶液是________；MnO2转化为Mn2＋的离子方程式为_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
图1
(2)除杂。向已经除去Fe、Al、Si的MnSO4溶液(pH约为5)中加入NH4F溶液，溶液中的Ca2＋、Mg2＋形成氟化物沉淀。若沉淀后上层清液中c(F－)＝0.05 ml·L－1，则eq \f(cCa2＋,cMg2＋)＝________。[Ksp(MgF2)＝5×10－11，Ksp(CaF2)＝5×10－9]
(3)制备MnCO3。在搅拌下向100 mL 1 ml·L－1 MnSO4溶液中缓慢滴加1 ml·L－1 NH4HCO3溶液，过滤、洗涤、干燥，得到MnCO3固体。需加入NH4HCO3溶液的体积约为________。
(4)制备MnO2。MnCO3经热解、酸浸等步骤可制备MnO2。MnCO3在空气气流中热解得到三种价态锰的氧化物，锰元素所占比例(eq \f(某价态锰的氧化物中锰元素质量,锰元素总质量)×100%)随热解温度变化的曲线如图2所示。已知：MnO与酸反应生成Mn2＋；Mn2O3氧化性强于Cl2，加热条件下Mn2O3在酸性溶液中转化为MnO2和Mn2＋。
图2
为获得较高产率的MnO2，请补充实验方案：取一定量MnCO3置于热解装置中，通空气气流，_______________，固体干燥，得到MnO2。(可选用的试剂：1 ml·L－1H2SO4溶液、2 ml·L－1HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。
[解析] (1)若三颈瓶中先加入硫酸溶液，向其中滴加Na2SO3溶液则易生成SO2导致Na2SO3的利用率降低，故滴液漏斗中的溶液是H2SO4溶液；MnO2被亚硫酸根离子还原为Mn2＋的离子方程式为MnO2＋SOeq \\al(2－,3)＋2H＋===Mn2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋H2O。
(2)eq \f(cCa2＋,cMg2＋)＝eq \f(Ksp\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CaF2)),Ksp\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(MgF2)))＝eq \f(5×10－9,5×10－11)＝100。
(3)该反应的化学方程式2NH4HCO3＋ MnSO4===MnCO3＋ (NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑，由方程式可知NH4HCO3与MnSO4的物质的量之比为2∶1，需加入NH4HCO3溶液的体积约为200 mL 。
(4)根据图像在450 ℃左右MnO2占比最高，所以加热到450 ℃最佳，MnO与酸反应生成Mn2＋，故用酸除MnO，Mn2O3氧化性强于Cl2，用盐酸会发生氧
化还原反应生成氯气。因此，该实验方案可补充为加热到450 ℃充分反应一段时间后，将固体冷却后研成粉末，向其中边搅拌边加入一定量1 ml·L－1稀H2SO4，加热，充分反应后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液加盐酸酸化的0.1 ml·L－1 BaCl2溶液不变浑浊。
[答案] (1)H2SO4溶液 MnO2＋SOeq \\al(2－,3)＋2H＋===Mn2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋H2O
(2)100 (3)200 mL
(4)加热到450 ℃充分反应一段时间，将固体冷却后研成粉末，边搅拌边加入一定量1 ml·L－1稀H2SO4，加热，充分反应后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液加盐酸酸化的0.1 ml·L－1 BaCl2溶液不变浑浊
课时分层作业(五十四)
物质的分离与提纯
1．某工业食盐样品中混有NaBr杂质，现对其进行提纯，并获取液态溴，可设计实验流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．依据实验流程可知，操作Ⅰ为萃取、分液，可选取CCl4作为萃取剂
B．从溶液D中获取液溴时采用蒸馏操作，所用温度计的水银球应插入液面以下
C．在进行操作Ⅱ时，需要的主要仪器有铁架台(带铁圈)、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒、坩埚钳
D．若样品为44.0 g，最终获得42.1 g NaCl固体，则原固体混合物中NaCl的质量分数约为90%
B [操作Ⅰ为萃取分液，目的是分离Br2和氯化钠溶液，Br2在四氯化碳中溶解度大于在水中溶解度，且四氯化碳密度大于水，符合后续操作，可以选择四氯化碳作萃取剂，A正确；蒸馏操作时，温度计的水银球应该位于蒸馏烧瓶的支管口处，B错误；操作Ⅱ为蒸发，需要的主要仪器有铁架台(带铁圈)、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒、坩埚钳，C正确；样品的质量变化是由于NaBr杂质转化为NaCl，设44.0 g样品中含有x g NaBr杂质，根据差量法可列式：
Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2 Δm
206 117 89 g
x 44 g－42.1 g＝1.9 g
eq \f(206,x)＝eq \f(89,1.9)，解得x≈4.4，则原固体混合物中氯化钠的质量分数约为eq \f(44 g－4.4 g,44 g)×100%＝90%，D正确。]
2．某兴趣小组为制备1­溴丙烷(沸点71 ℃，密度1.36 g·cm－3)，将浓硫酸缓慢加入正丙醇及水的混合液中，冷却至室温后加入NaBr，缓慢加热，直到无油状物馏出为止。将馏出液进行分液处理，得粗产品。上述过程中涉及的装置或操作正确的是( )
A B C D
C [要蒸馏得到1­溴丙烷馏分，温度计应该放在蒸馏烧瓶的支管口处，A错误；应该使用直形冷凝管，B错误；冰水浴利于产物冷凝，废气接室外可防止中毒，C正确；1­溴丙烷密度大于水，有机层应位于下层，D错误。]
3．某废催化剂主要含有Al2O3、MO3、Fe2O3及少量杂质。通过如下工艺流程可以回收钼和铝。
已知：溶液中含铝元素离子浓度的对数lg c与溶液pH的关系如图所示：
下列说法中正确的是( )
A．“焙烧”中生成Na2MO4的反应：Na2CO3＋MO3===Na2MO4＋CO2↑
B．浸出渣主要成分是Fe(OH)3
C．沉铝时调节pH范围为3.7～4.7
D．Na2MO4的溶解度受温度变化的影响比Na2SO4小
D [含钼的废催化剂先和Na2CO3煅烧，并用水浸取，经过滤除去Fe2O3等难溶杂质，滤液中含Na2MO4、Na2CO3、NaAlO2，用硫酸除去Na2CO3，并形成Al(OH)3沉淀，过滤后的滤液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤除去大部分Na2SO4。可在此认识基础上对各选项作出判断。A.“焙烧”中生成Na2MO4的反应：Na2CO3＋MO3eq \(=====,\s\up9(焙烧))Na2MO4＋CO2↑，A错误；B.根据分析可知，浸出渣主要成分是Fe2O3，B错误；C.当c(Al3＋)≤10－5 ml·L－1，可以认为Al3＋沉淀完全，根据铝元素离子浓度的对数lg c与溶液pH的关系图，说明Al3＋被沉淀完全时对应的pH大约是4.7，而当溶液中c{ [Al(OH)4]－}>10－5 ml·L－1时，开始生成[Al(OH)4]－，此时溶液pH大约为8，说明pH调节应该是在4.7～8之间，C错误；D.蒸发浓缩、冷却结晶，Na2MO4没有结晶析出，Na2SO4得到Na2SO4·10 H2O，说明Na2MO4溶解度随温度变化较小、Na2SO4溶解度随温度变化较大，D正确。]
4．利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中CO2的反应过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．操作①为蒸发浓缩、降温结晶、过滤
B．可用氨水替代NaOH溶液捕捉CO2
C．可循环利用的物质有CaO和NaOH溶液
D．吸收塔中空气从底部通入有利于CO2的吸收
A [NaOH溶液吸收CO2生成Na2CO3，Na2CO3溶液能与CaO反应生成NaOH和CaCO3，故物质a是NaOH，CaCO3在高温条件下分解生成CaO和CO2。经过滤得到CaCO3固体，操作①为过滤，A错误；氨水呈碱性，也能与CO2反应，可替代NaOH溶液，B正确；在此反应过程中，CaO和NaOH可循环利用，C正确；吸收塔中空气从底部通入可增大气体和液体的接触面积，有利于CO2的吸收，D正确。]
5．(2022·盐城二模)NH4MnPO4·2H2O是一种活性催化剂，易溶于水，其溶解度随着温度升高而显著增大。一种制备NH4MnPO4·2H2O的方法如下：
下列叙述正确的是( )
A．“溶解”中加入盐酸的目的是加快溶解
B．“合成”中加入氨水过量，会生成酸式盐
C．“系列操作”需要酒精灯、蒸馏烧瓶等仪器
D．采用“重结晶”可提纯产品
D [A.氢氧化锰难溶于水，氯化锰溶于水后部分水解生成氢氧化锰，加入盐酸，可抑制锰离子水解，A错误；B.加入氨水，中和盐酸，氨水较多，会生成碱式盐，B错误；C.依题意，磷酸锰铵晶体易溶于水，根据溶解度与温度关系，分离操作是蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥，不需要蒸馏烧瓶，C错误；D.采用重结晶方法可以提纯磷酸锰铵结晶水合物，D正确。]
6．(2022·淮安检测)对印刷电路板制作过程中(2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 )产生废液X进行回收处理，流程如图所示。下列说法不正确的是( )
A．1 ml FeCl3与Cu完全反应，转移电子数约为6.02×1023
B．若废液X中滴加KSCN溶液变红，则X中eq \f(nCu2＋,nFe2＋＋nFe3＋)C．若向溶液A中、溶液B中分别加入少量铁粉，铁粉均有减少
D．实验室中进行操作②时，需用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和坩埚
D [废液X中加入过量铁粉，固体混合物W中含有Fe、Cu，向固体混合物W中加入过量稀盐酸，发生Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，溶液B是稀盐酸和FeCl2溶液；向FeCl2溶液中通入过量Cl2得到FeCl3溶液，因此溶液A是FeCl3溶液。A.FeCl3与Cu反应的化学方程式为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，Fe元素的化合价由＋3价降低到＋2价，因此1 ml FeCl3与Cu完全反应，转移电子数约为6.02×1023，A正确；B.根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2可知，n(Cu2＋)∶n(Fe2＋) ＝1∶2，若废液X中滴加KSCN溶液变红，说明溶液中含有Fe3＋，因此eq \f(nCu2＋,nFe2＋＋nFe3＋)7．环己烯是重要的化工原料。其实验室制备流程如下：
Ⅰ.环己烯的制备与提纯
(1)原料FeCl3·6H2O中若含FeCl2杂质，检验方法为取一定量的该样品配成溶液，加入________(填化学式)溶液，现象为_____________________________
____________________________________________________________________。
(2)操作1的装置如图所示(加热和夹持装置已略去)。
①浓硫酸也可作该反应的催化剂，选择FeCl3·6H2O而不用浓硫酸的原因为________(填序号)。
a．浓硫酸易使原料炭化并产生SO2
b．FeCl3·6H2O污染小、可循环使用，符合绿色化学理念
c．同等条件下，FeCl3·6H2O比浓硫酸的平衡转化率高
②仪器B的作用为________________________________________________。
(3)下列玻璃仪器中，操作2中需使用的有________(填标号)。
a b c d
(4)将操作3(蒸馏)的步骤补齐：安装蒸馏装置，加入待蒸馏的物质和沸石，________(填序号)。
①弃去前馏分，收集83 ℃的馏分 ②加热
③通冷凝水
[答案] (1)K3[Fe(CN)6] 出现蓝色沉淀
(2)①ab ②冷凝回流，减少环己醇的蒸出
(3)ad (4)③②①
8．软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下：
已知：①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表。
②温度高于27 ℃时，MnSO4·H2O的溶解度随温度的升高而逐渐降低。
(1)“浸出”过程中通入SO2的作用是________。
(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是________________________________
_____________________________________________(用离子方程式表示)。
(3)第1步除杂中需要调整溶液pH的范围是________到________，调pH时可选择的试剂为________(填字母)。
a．氨水 b．Al2O3
c．CaO d．MgO
(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Ca2＋的离子方程式：_________________________________________
____________________________________________________________________，
该反应的平衡常数为________。
(已知：MnF2的Ksp＝5.1×10－3；CaF2的Ksp＝1.7×10－10；MgF2的Ksp＝7.4×10－11。)
(5)“系列操作”中的具体操作有________，经干燥得到MnSO4·H2O。
[解析] 由流程可知，软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，加入硫酸并通入SO2浸出，其中MnO2和SO2发生反应SO2＋MnO2===MnSO4，Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO和H2SO4反应生成相应金属阳离子，SiO2和H2SO4不反应；过滤后所得浸出渣为SiO2等，在所得浸出液中，先加H2O2将亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，由氢氧化物的沉淀pH可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣1为Fe(OH)3、Al(OH)3；在第2步除杂中，将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去；最后经一系列操作得到MnSO4·H2O，以此来解答。(1)“浸出”过程中，MnO2和SO2发生反应SO2＋MnO2===MnSO4，则通入SO2的作用是将MnO2还原为Mn2＋；(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；(3)第1步除杂中，需要将Fe3＋、Al3＋完全转化为沉淀除去，则pH大于5.2，并且需要Mn2＋不沉淀，根据表格数据，当Mn2＋完全沉淀时，Ksp[Mn(OH)2]＝1.0×
10－5×(eq \f(1.0×10－14,1.0×10－10.4))2＝1.0×10－12.2，设Mn2＋起始物质的量浓度为1 ml/L，则Mn2＋开始沉淀时，pH＝14－pOH＝14＋lgeq \r(\f(\a\vs4\al(Ksp[MnOH2]),cMn2＋))＝14＋lgeq \r(\f(1.0×10－12.2,1))＝7.9，故需要调整溶液pH的范围是5.2到7.9；在调pH至5.2～7.9时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择CaO、MgO，生成的Ca2＋、Mg2＋可在第2步除杂除去，故可选择的试剂为cd；(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去， MnF2除去Ca2＋的离子反应方程式是MnF2(s)＋Ca2＋Mn2＋＋CaF2(s)；该反应的平衡常数为K＝eq \f(cMn2＋,cCa2＋)＝eq \f(cMn2＋·c2F－,cCa2＋·c2F－)＝eq \f(KspMnF2,KspCaF2)＝eq \f(5.1×10－3,1.7×10－10)＝3×107；(5)MnSO4·H2O在水中的溶解度随温度的升高而减小，采用“趁热过滤”操作可以减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多所得产品，故具体操作有：蒸发浓缩、趁热过滤。
[答案] (1)将MnO2还原为Mn2＋
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(3)5.2 7.9 cd
(4)MnF2(s)＋Ca2＋Mn2＋＋CaF2(s) 3×107
(5)蒸发浓缩、趁热过滤①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
从海
水中
获得
粗食盐
从溴
水中
提取
溴
除去氯
化钠溶
液中的
泥沙
分离固
体氯化
钠和单
质碘
用自
来水
制取
蒸馏水
油脂发
生皂化
反应后
产物的
分离
四氯
化碳
和水
的分离
除去硝
酸钾中
混有的
氯化钠
选项
实验目的
操作
A
制备少量二氧化硫气体
向饱和亚硫酸钠溶液中滴加浓硫酸
B
证明非金属性：C>Si
将盐酸与NaHCO3混合产生的气体直接通入Na2SiO3溶液中
C
除去苯中少量的苯酚
加入适量NaOH溶液，振荡、静置、分液
D
配制用于检验醛基的氢氧化铜悬浊液
向试管中加入2 mL 10% NaOH溶液，再滴加数滴2% CuSO4溶液，振荡
方法
原理
典例
加热法
混合物中混有热稳定性差的物质时，可直接加热，使热稳定性差的物质分解而除去
食盐中混有氯化铵、纯碱中混有小苏打
沉淀法
在混合物中加入某试剂，使其中的一种或多种以沉淀形式分离出去的方法，若使用多种试剂将溶液中不同物质逐一沉淀，这时应注意后加试剂能将先加试剂的过量部分除去，最后加的试剂不引入新的杂质
eq \x(NaClNa2SO4)eq \(―――→,\s\up9(BaCl2),\s\d8(过量))eq \x(除SO\\al(2－,4))eq \(――――→,\s\up9(Na2CO3),\s\d8(过量))eq \x(除Ba2＋)
eq \(―――→,\s\up9(盐酸),\s\d8(调pH))eq \x(除CO\\al(2－,3))
转化法
不能通过一次反应达到分离目的，而要转化为其他物质才能分离，然后再将转化物质恢复为原物质
苯酚中混有硝基苯时，先加入氢氧化钠溶液后分液，再向苯酚钠溶液中通入CO2重新生成苯酚
酸碱法
被提纯物不与酸反应，而杂质可与酸反应，用酸作除杂试剂；被提纯物不与碱反应，而杂质可与碱反应，用碱作除杂试剂
用盐酸除去二氧化硅中的碳酸钙，用氢氧化钠溶液除去铁粉中的铝粉
氧化还
原法
混合物中含有还原性杂质，加入适当氧化剂使其氧化为被提纯物质；混合物中含有氧化性杂质，加入适当还原剂使其还原为被提纯物质
氯化铁中含有氯化亚铁杂质可通入氯气，将氯化亚铁转化为氯化铁；氯化亚铁中含有氯化铁杂质可加入铁粉，振荡过滤，即可除去氯化铁
调节
pH法
利用某些物质沉淀的pH范围不同，采取一定措施调节溶液pH，使某些物质沉淀进行分离
CuCl2溶液中含有Fe3＋杂质可以加入CuO调节pH约为3时使Fe3＋沉淀完全
电解法
利用电解原理除去杂质
粗铜作阳极、纯铜作阴极，硫酸铜作电解质溶液
不增
提纯过程中不增加新的杂质
不减
不减少被提纯的物质
易分离
被提纯物质与杂质容易分离
易复原
被提纯物质要易复原
三必须
一、除杂试剂必须过量；二、过量试剂必须除尽(因为过量试剂带入新的杂质)；三、必须选最佳除杂途径
序号
原物质
所含杂质
除杂质试剂
主要操作方法
①
N2
O2
________
固体吸收气体
②
CO
CO2
________
或________
________或
固体吸收气体
③
CO2
CO
________
用固体
转化气体
④
CO2
HCl
________
________
⑤
Cl2
HCl
________
________
⑥
碳粉
CuO
________
________
⑦
Fe2O3
Al2O3
________
________
⑧
NaHCO3
溶液
Na2CO3
________
加酸转化
⑨
FeCl3溶液
FeCl2
________
加氧化剂转化
⑩
FeCl2溶液
FeCl3
________
加还原剂转化
⑪
MgCl2溶液
FeCl3
________
________
⑫
NaCl晶体
NH4Cl
________
⑬
乙酸乙酯
乙酸
________
________
选项
实验操作
实验目的
A
向FeCl3、CuCl2的混合溶液中加入足量铁粉，然后过滤
提纯FeCl3
B
向含有Br2的苯中加入适量的NaOH溶液，然后充分振荡、静置、分液
除去杂质Br2
C
将含有少量NaCl杂质的KNO3固体溶于水，然后蒸发结晶
提纯KNO3
D
向MgCl2、AlCl3混合溶液中加入过量的NaOH溶液，过滤后将沉淀溶于适量的盐酸；向滤液中加入适量盐酸
分离MgCl2、
AlCl3
物质
熔点/℃
沸点/℃
密度/(g·cm－3)
溶解性
环己醇
25.93
160.8
0.968
微溶于水
己二酸
152
330.5
1.36
微溶于水，溶解度随温度变化较大，当溶液温度由28 ℃升至78 ℃时，其溶解度可增大20倍
金属阳离子
Fe3＋
Al3＋
Mn2＋
Mg2＋
完全沉淀时的pH
3.2
5.2
10.4
12.4