初中化学除杂题解法探究

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  将物质中混有的杂质出去从而获得要提纯的物质叫做除杂。物质的除杂必须抓住主要物质与杂质之间的物理性质或化学性质的差异和联系来决定选用何种试剂或操作方法。下面谈谈有关除杂的一些问题:
  一、 除杂的要求
  原理正确,操作方法简便易行。
  二、 除杂的原则
  不增(除杂过程中不增加新的杂质)、不减(主要物质不能减少)、易分(主要物质与杂质容易分离)。
  三、 除杂的方法
  1. 物理方法
  (1) 过滤法 适用于①将难溶性物质跟可溶性物质分离;②将不溶于液体的固体与液体分离(包括溶液和其中的晶体)。例:KCl (MnO)〔注“( )”内为杂质,下同〕。
  (2) 结晶法 根据几种可溶性固体物质的溶解度受温度变化影响的不同,通过冷却结晶或蒸发结晶的方法使其中的一种物质先结晶出来,然后过滤使晶体与母液分离的一种方法。例:KNO(NaCl)。
  其它如:Cu (Fe) 可用磁铁吸出铁。
  2. 化学方法
  (1) 沉淀法 将杂质成分转变为沉淀,可用于阳离子相同,阴离子不同的酸或盐之间的除杂。例:CuCl(CuSO)可加入BaCl溶液将SO2-转化为BaSO沉淀,再过滤将其出去。
  (2) 将杂质转变为气体
  ① 加热分解法 可用于对热稳定性差异较大的固体物质之间的除杂。例:CaO(CaCO)、NaCO (NaHCO)。
  ② 生成挥发性或不稳定性的酸 可用于阳离子相同,阴离子不同的盐之间的除杂。例: NaCl(NaCO)可加入稀盐酸将NaCO转化为不稳定的HCO。
  (3) 置换法 将杂质成分置换出来而除去,可用于阴离子相同,阳离子不同的盐之间的除杂。例: FeSO(CuSO)可加入铁置换出Cu2+。
  (4) 洗气法 用吸收剂直接将混合气体中的杂质吸收除去。例: CO(CO)、H(HCl)可用NaOH溶液吸收除去。
  除杂时一般先考虑物理方法再考虑化学方法。
  四、 除杂的思想
  1. 将杂质直接除去。
  (1) 较适用于杂质中无一成分与主要物质中的所含成分相同。
  例1 NaCl (泥沙) 可先加水溶解,然后过滤除去泥沙,将滤液蒸发结晶就得到纯NaCl。
  例2 KNO(NaCl)可先将混合物配成较高温度时的饱和溶液,然后降温结晶,得到较纯的KNO。
  例3 H(CO)可将混合气体通过NaOH溶液除去CO。
  例4 NaCl(CuSO) 可加入Ba(OH)溶液除去CuSO。(CuSO+Ba(OH)=Cu(OH)↓+BaSO↓)。
  (2) 杂质中虽有一成分与主要物质中的所含成分相同,但无法将另一成分转化或除去。
  例5 固体NaCl(KCl)可用饱和NaCl溶液浸洗固体混合物,过滤即可。
  2. 将杂质转化成主要物质?摇一般使用于杂质中有一成分与主要物质中所含成分相同。
  例 NaSO(CuSO)
  分析 比较主要物质NaSO与杂质CuSO,均含有SO2-,只需将杂质中的Cu2+换成Na+ 即可。由于Na的活泼性很强,与水即反应生成NaOH和H,因此用金属Na与CuSO溶液直接反应置换出其中的“Cu”是不可能的。鉴于此,只能设法除去Cu2+,而要除去Cu2+,只能采用沉淀法,即向溶液中加入OH-或CO2-, Cu2+被除去的同时必须由Na+替补,因此本题除杂试剂为适量的NaOH(或NaCO)溶液。
  例6 NaCl(NaCO)
  分析 比较两种物质的成分,均含有Na+,只需将CO2-转化为Cl-,即要设法除去CO2-。可将CO2-转化为气体或沉淀而除去,若要将CO2-转化为气体,可向溶液中加入H+;若要将CO2-转化为沉淀,可向溶液中加入Ca2+或Ba2+。CO2-被除去的同时必须由Cl-替补。因此,可向溶液中加入适量的盐酸、CaCl溶液或BaCl溶液达到除杂的目的。
  3. 逆向思考在杂质无法除去的情况下,可将主要物质转化成易于杂质分离的物质,然后再将此物质转化成原来的主要物质。
  例7 MgCl(NaCl)
  分析 比较两种物质的成分,均含有Cl-,只需将Na+转化为Mg2+即可。目前却无法将Na+除去,即无法将杂质NaCl直接除去或转化。此时,可设法将主要物质MgCl转化为易于与NaCl分离的物质。可加入适量的碱溶液,如:NaOH溶液,将MgCl转化为Mg(OH)沉淀,通过过滤与NaCl分离,然后向沉淀中加入适量的盐酸,又得到MgCl,达到除杂的目的。
  从海水中提取MgCl、利用石灰石制牙膏填料等的方法均体现了这一思想。思考:欲除去下列物质中的少量杂质,请在空格上填写所选用的试剂或方法。
  (1) NaCl(NaSO)
  (2) CuO[Cu(OH)]
  (3) Zn(NO)[Cu(NO)]
  (4) Cu(CuO)
  (5) CO(CO)
  (6) KCl(KCO)
  (7) NaCl(CuSO)
  (8) Cu(OH)(CuO)
  (答案:(1) BaCl (2) 加热 (3) Zn (4) H、HCl或稀HSO (5) NaOH或Ca(OH)等碱溶液?摇(6) HCl、CaCl或BaCl (7) Ba(OH) (8) 先加入HCl或稀HSO再加入适量的NaOH等碱溶液)
  以上除杂所加试剂的量均为“适量”,而实际操作中难以做到这一点,这就涉及到一系列的除杂试剂和操作过程。
  例8 有一包固体氯化钾样品,经化验其中混有少量氯化钡,请设计一个方案,将氯化钡除去并得到固体氯化钾,写出实验步骤。
  分析 要除去氯化钾中混有的少量氯化钡杂质,应考虑到它们都是盐酸盐,将Ba2+转化为K+ 即可达到除杂的目的。所以,一般认为将其溶解后加入适量的KSO或KCO溶液,然后过滤、蒸干即可。但在实际操作中,“适量”是难以做到的,往往不是“不足”就是“过量”。若试剂用量不足,Ba2+无法除尽,若试剂过量,虽除尽了Ba2+却又带进了杂质SO2-或CO2-,这样还得考虑除去新的杂质。而SO2-的除去仍要借助于Ba2+,所以用KSO作除杂试剂不可取。用KCO作除杂试剂过量时,可用滴加稀盐酸的方法除去,即使盐酸过量,在最后的溶液蒸发过程中HCl 也会挥发掉,得到纯的KCl 固体。
  解答:(1) 将氯化钾样品加水溶解;(2)向(1)中加入稍过量的KCO溶液;过滤;(3)向(2)中的滤液中滴加稀盐酸至不再产生气泡为止;(4)将(3)的溶液蒸干即得KCl 固体。
  【全国初中化学竞赛(广东赛区)初赛题】含有多种杂质的除杂时,要考虑除杂的顺序。
  例9 电解饱和食盐水可以得当重要的化工原料。在电解前,要除去饱和食盐水中混有的Ca2+、Mg2+、SO2-,有以下操作:① 加过量的NaOH溶液;②加过量的NaCO溶液;③ 加过量的BaCl溶液;
  ④ 过滤后加适量盐酸。正确的操作顺序是 (填编号,写出其中任一种顺序即可)
  分析 用NaOH溶液是将Mg2+ 转化为沉淀而除去,用NaCO溶液是将Ca2+ 转化为沉淀而除去,用BaCl溶液是将SO2-转化为沉淀而除去,加适量盐酸则是将前面过量的NaOH溶液、过量的NaCO溶液除去,而过量的BaCl溶液用盐酸是不能除去的,但可用NaCO溶液除去。因此,④只能在最后一步,③必须在②之前。
  解答:①③②④或③②①④或③①②④
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