四 混合物的分离与提纯
一、物质分离与提纯的实验设计
物质分离与提纯的实验设计就是制定进行分离与提纯的实验方案。包括实验所用试剂、仪器或装置、实验步骤、实验原理及实验所要达到的目的等。应遵循:步骤最简单、操作最简便、除杂最干净、保留组分的损失最少、污染最小的原则设计物质分离与提纯的实验方案。
二、物质分离与提纯实验方案的评价
物质分离与提纯实验方案是否合理应从以下几个方面进行综合分析与评价:
1.除杂试剂一般只与杂质反应。
2.不引入新杂质,最后要确保得到保留成分的纯净物。
3.步骤最简单、操作最简便。
4.污染最小或不污染环境。
三、提纯的原则
1.不增:即在除掉杂质时不增加新杂质。
2.不减:即被提纯的物质不能减少或改变。
3.易分:即操作简便易行,杂质易分离除去。
4.最佳:即最好在除去杂质的同时能增加被提纯物质的量。
四、分离与提纯的区别
1.分离:
将原混合物中各成分一一分开,要保留其中各种物质,并要恢复到原来的状态。
2.提纯:
需加入试剂除去杂质,被提纯的物质必须恢复到原来的状态,且不能引入新杂质。
3.区别:
分离和提纯的手段在很多情况下是相似的,但分离比提纯的步骤要多,因为各组分均要保留,经过化学反应使混合物中的组分转化而分离后还要复原为原来的组分物质。
五、分离提纯的方法
1.物理方法:
(1)过滤法:适用于不溶于液体的固体与液体的分离或提纯。
【典例1】下列混合物,能按“溶解-过滤-蒸发”的步骤加以分离的是 ( )
A.大理石和食盐 B.蒸馏水和酒精
C.葡萄糖和蔗糖 D.硝酸铵和氯化钾
【解析】选A。这道题考查过滤的适用范围,能用过滤法分离的固体混合物,应该是一种溶于水,另一种不溶于水。大理石不溶于水而食盐溶于水,所以可用过滤法分离。蒸馏水和酒精是液体、葡萄糖和蔗糖都能溶于水、硝酸铵和氯化钾都能溶于水,所以都不能用过滤的方法分离。
(2)结晶法:适用于可溶性固体与液体的分离和提纯。常用方法有两种:
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①蒸发结晶法:适用于溶解度受温度变化影响不大的固体物质的分离或提纯。用加热的方法,使溶解在液体中的固体分离出来。
【典例2】下列关于海水晒盐原理的分析正确的是 ( )
A.利用阳光照射,使海水升温得到食盐
B.利用海水降温析出食盐晶体
C.利用海水在阳光下发生分解反应制得食盐
D.利用阳光和风力使水分蒸发得到食盐
【解析】选D。本题结合海水晒盐考查了蒸发结晶分离混合物。海水晒盐的原理就是利用阳光和风力使水分蒸发,海水逐渐成为食盐的饱和溶液,继续蒸发析出食盐晶体。
②降温结晶法:适用于溶解度受温度变化影响较大的固态物质的分离或提纯。
【典例3】KNO3中混有少量NaCl杂质,如何除去NaCl得到纯净的KNO3?
【解析】这是一道分离两种可溶性物质的题目,可以利用两种物质的溶解度受温度影响的不同来分离。除去固体KNO3中混有的NaCl杂质,先在较高温度下制成KNO3的饱和溶液,然后逐步冷却,由于KNO3的溶解度随温度的降低而显著减小,温度降低,大部分KNO3晶体析出,而NaCl的溶解度随温度的降低变化缓慢,所以大部分NaCl仍留在母液中,过滤,得到KNO3晶体。若要进一步提纯KNO3,可再重复操作一次,叫重结晶或再结晶。
答案:可按如下步骤:
①把混合物溶于水加热,制成高温下的饱和溶液。②降温结晶。③过滤。
(3)蒸馏法:分离液体和液体混合物的方法,根据各组分的沸点不同,把沸点低的液体先分离出来。
【典例4】根据分离混合物的方法,将“蒸发”和“蒸馏”填在下列横线上。
要从食盐水中得到固体氯化钠,可以采用________的方法,要从海水中得到蒸馏水,可以采用________的方法。
【解析】要正确理解蒸发和蒸馏的区别和适用范围。将可溶性的固体从液体中分离出来采用蒸发的方法,将液体从液体中分离出来采用蒸馏的方法。蒸馏可以从海水中得到蒸馏水。
答案:蒸发 蒸馏
(4)特殊性质法:利用混合物中某些物质的特性进行物质分离。
【典例5】如何利用物理方法除去铜粉中混有的铁粉?
【解析】分析铜和铁两种物质的特殊性质,铁能被磁铁吸引,所以可以用磁铁将铁粉吸引出来。
答案:可用磁铁吸出铁粉。
2.化学方法:
(1)原理:把混合物中的杂质用化学方法转化成气体、沉淀、水而除去或转化成所需要的提纯物。
(2)分类。
①气化法:
杂质中含有能生成气体的离子或原子团(如C或N),加入一种试剂和杂质反应,使其生成气体而除去。
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【典例6】如何除去NaCl溶液中的Na2CO3?
【解析】这是一道除去溶液中杂质的题目,解题的关键是分析出杂质离子,Na2CO3和NaCl比较,C是杂质离子,可以加入含H+的物质将其转化成二氧化碳气体和水。例如可以加适量盐酸,即Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑,杂质中一部分转化成CO2气体除去,另一部分转化成所需要的NaCl。
答案:向溶液中加入适量的稀盐酸到不再产生气体,便可以将Na2CO3除去。
②沉淀法:
杂质中含有能生成沉淀的离子(如Cl-、S、C),加入某种试剂后可将杂质结合成沉淀而除去。
【典例7】用括号中的试剂除去下列物质中的杂质,所用药品错误的是 ( )
A.NaOH溶液中混有Na2CO3[Ca(OH)2溶液]
B.NaCl溶液中混有Na2SO4(BaCl2溶液)
C.KNO3溶液中混有KOH(CuCl2溶液)
D.NaNO3溶液中混有NaCl(AgNO3溶液)
【解析】选C。这是一道除去溶液中杂质的题目,解题的关键是分析出杂质离子,然后加入一种试剂,把杂质离子转化成沉淀而除去。A选项中Na2CO3和Ca(OH)2反应生成NaOH和CaCO3沉淀而将C除去;B选项中BaCl2和Na2SO4反应生成NaCl和BaSO4沉淀而将S除去;C选项中KOH和CuCl2反应生成KCl和Cu(OH)2沉淀,虽然除去了OH-,但是又引入了KCl新杂质;D选项中NaCl和AgNO3反应生成NaNO3和AgCl沉淀而将Cl-除去。
③置换法:
在某盐溶液中加入某金属,把盐溶液中的金属置换出来,从而把杂质除去。
【典例8】实验室要除去细碎铜屑中少量的细碎铁屑。某同学设计了两个方案。
①Cu(Fe)→加入稀盐酸后搅拌→过滤→洗涤
②Cu(Fe)→加入适量硫酸铜溶液后搅拌→过滤→洗涤
(1)两个方案中得到铜较多的是________(填序号),写出反应的化学方程式: ________________________________,理由是 ________________________。
(2)两个方案中在短时间得到铜较纯净的是________(填序号),写出反应的化学方程式:________________________________,理由是______________。
(3)你是否有更简便的方法,若有,请写出方法__________________________。
【解析】这是一道利用金属的化学性质除去金属杂质的题目。解题的关键是选择合适的物质和杂质金属反应而将其除去。方案①加入盐酸,盐酸和铁反应生成氯化亚铁,所以铁会溶解到盐酸中,而铜不和盐酸反应,这种方法可以得到比较纯净的铜;方案②加入硫酸铜溶液,硫酸铜会和铁反应生成铜和硫酸亚铁,这种方法可以制得较多的铜,但是因为生成的铜覆盖在铁的表面,不能将铁完全除去。
答案:(1)② Fe+CuSO4Cu+FeSO4
反应又生成了铜
(2)① Fe+2HClFeCl2+H2↑
盐酸和铁反应生成氯化亚铁和氢气,所以铁会溶解到盐酸中,过滤可得到纯净的铜
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(3)用磁铁将铁从铜屑中吸出来
④加热法:
杂质若在加热时可以分解,可以通过加热使杂质分解将其除去,同时又不生成新的杂质。
【典例9】如何除去CaO中混有的CaCO3?
【解析】这是一道除去固体杂质的题目,分析固体杂质的性质,CaCO3在高温的条件下可以发生分解反应生成CaO和CO2,所以可以通过加热使其分解的方法将其除去。
答案:采用高温加热的方法,使CaCO3分解成CaO和CO2,除去杂质。
⑤吸收法:
通常用于气态物质的提纯。使混合气体通入到某试剂的溶液中,将杂质吸收而得到纯净的气体。
【典例10】请你从提供的试剂中选择一种试剂,除去氧气中混有的二氧化碳杂质。
提供的试剂有:①氢氧化钠溶液;②稀盐酸;③水。
你选择的试剂是________(填序号),发生反应的化学方程式是________________________________;在此过程中,氧气中又混入了其他杂质,该杂质是________。
【解析】这是一道除去气体中杂质的题目,一般可以选择一种吸收剂来吸收杂质气体。所给的三种试剂中,氢氧化钠可以和二氧化碳反应,而不和氧气反应,所以可以用氢氧化钠溶液来吸收二氧化碳;虽然二氧化碳能溶于水,但是因为溶解的较少,用水不一定能完全吸收二氧化碳;而稀盐酸不和二氧化碳反应。
答案:① CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
水(或H2O)
⑥溶解法:
适用于分离固体混合物,加入某种试剂使杂质溶解,然后经过滤分离。
【典例11】试管内壁附有下列物质,不能用稀盐酸浸泡而除去的是 ( )
A.盛石灰水后留下的白色固体
B.用足量H2还原CuO后留下的红色物质
C.用CO还原Fe2O3后留下的黑色固体
D.FeCl3与NaOH溶液混合后留下的红褐色固体
【解析】选B。这是一道可以用溶解法来除去杂质的题目。解题的关键是明确所给的试剂是否能和杂质反应。A中的白色固体是碳酸钙,可以和盐酸反应生成能溶于水的氯化钙和水及二氧化碳;B中的红色固体是铜,铜不和盐酸反应;C中的黑色固体是铁,铁会和盐酸反应生成能溶于水的氯化亚铁和氢气;D中的红褐色固体是氢氧化铁,氢氧化铁会和盐酸反应生成能溶于水的氯化铁及水。
⑦干燥法:
除去气体中的水蒸气,一般选择干燥剂。常见的干燥剂有下列几种:
干燥剂
不能干燥的气体
能干燥的气体
浓硫酸
NH3
H2、O2、CO2、HCl、SO2、SO3、CH4等
氢氧化钠
CO2、HCl
SO2、SO3
H2、O2、NH3、CH4等
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生石灰
(氧化钙)
CO2、HCl
SO2、SO3
H2、O2、NH3、CH4等
干燥剂
不能干燥的气体
能干燥的气体
碱石灰(氢氧化钠和氧化钙的混合物)
CO2、HCl
SO2、SO3
H2、O2、NH3、CH4等
【典例12】除去N2中混有的少量H2、CO2、水蒸气,采用的操作顺序是 ( )
①通过浓硫酸 ②通过灼热氧化铜粉末 ③通过氢氧化钠溶液 ④通过浓盐酸
A.①③② B.③②①
C.②③④ D.④①③
【解析】选B。这是气体的除杂问题。除去水蒸气实质上就是气体的干燥。能用来做干燥剂的物质有浓硫酸、氢氧化钠固体、碱石灰(氢氧化钠和氧化钙的混合物)等。酸性气体(HCl、CO2、SO2等)不能用碱性的干燥剂来干燥,碱性气体(NH3等)不能用酸性的干燥剂来干燥。在同时要求除杂和干燥的实验中,应先除杂后干燥,有毒的气体应先除去。
1.下列哪种方法不可能用于分离饱和溶液中的溶质和溶剂 ( )
A.过滤 B.蒸发 C.蒸馏 D.结晶
【解析】选A。过滤是除去液体中不溶性杂质的方法。在溶液中,溶质溶解在溶剂中,无法用过滤的方法除去。
2.净化水的方法有:①过滤;②加明矾吸附沉淀;③蒸馏;④杀菌消毒,要将混有泥沙的天然水净化成生活用的自来水,应选用的方法顺序为 ( )
A.①②③④ B.②④①③
C.②①④ D.①③④
【解析】选C。先加入明矾使水中小颗粒的悬浮物沉降下来,然后通过过滤除去难溶性的杂质,最后再杀菌消毒净化成自来水,不用蒸馏。
3.除去下列物质中混有的少量杂质(括号内为杂质),所用方法正确的是( )
A.CO2(CO)——通入氧气中点燃
B.SO2(HCl)——通过足量的氢氧化钠溶液
C.KCl固体(KClO3)——加少量二氧化锰固体并加热
D.NaCl溶液(NaHCO3)——滴加入稀盐酸至恰好完全反应
【解析】选D。这是一道判断除杂质方法正误的题目。A由于CO2能灭火,少量的CO不能在CO2中点燃;B通过足量的氢氧化钠溶液,SO2也能反应被吸收;C由于二氧化锰是催化剂,引入新的杂质二氧化锰;NaHCO3可以和盐酸反应生成NaCl、水和CO2。
4.(双选)某化工厂排出的污水中含有有毒的Cu2+,且pH小于7,欲除去Cu2+,并使pH升高,加入适量下列物质不能达到目的的是 ( )
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A.氢氧化钠 B.石灰石
C.工业盐酸 D.铁粉
【解析】选B、C。A中氢氧化钠可以将Cu2+转化为氢氧化铜沉淀而除去,并且能和酸反应使pH升高;B中石灰石中的碳酸根离子能和酸反应使pH升高,但是不能除去Cu2+;C中盐酸不能使pH升高,也不能除去Cu2+;D中的铁粉能除去Cu2+,同时铁能与酸反应,使pH升高。
5.除去下列物质中的少量杂质,所选试剂及操作都正确的是 ( )
物质
杂质
试剂
操作
A
MgCl2
溶液
HCl
过量
Mg(OH)2
过滤
B
CO2
H2O
NaOH固体
干燥
C
H2O
悬浮物
明矾
吸附
D
NaNO3
溶液
NaCl
过量
AgNO3溶液
过滤
【解析】选A。氢氧化镁不溶于水,能和HCl反应,故A正确;氢氧化钠固体能吸收水分,同时和CO2反应,故B错误;明矾可以吸附悬浮物,静置后过滤才能除去杂质,故C错误;AgNO3能和氯化钠反应从而除去Cl-,但过量AgNO3溶液会增加新的杂质AgNO3,故D错误。
6.除去下列物质中少量杂质(括号内为杂质),所用试剂或方法错误的是( )
A.KNO3溶液[Ba(NO3)2]——滴加Na2SO4溶液
B.CO(水蒸气)——通过浓硫酸的洗气瓶
C.CaO固体(CaCO3)——高温煅烧
D.KCl固体(MnO2)——溶解、过滤、蒸发
【解析】选A。A中Ba(NO3)2+Na2SO4BaSO4↓+2NaNO3,引入了新杂质NaNO3;B中浓硫酸具有吸水性;C中CaCO3CaO+CO2↑;D中KCl溶于水,MnO2不溶于水。溶解、过滤后除去MnO2得到KCl溶液,将溶液蒸发得到KCl固体。
7.除去下列物质中的杂质所选用的试剂及操作方法不正确的一组是 ( )
物质
所含杂质
除去杂质的方法
A
KOH
溶液
(K2CO3)
Ca(OH)2溶液、过滤
B
N2
气体
(O2)
将气体缓缓通过灼热的铜网
C
CuO
(Cu)
稀硫酸溶液、过滤
D
KNO3
(NaCl)
热水、降温结晶、过滤
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【解析】选C。A选项中碳酸钾能与氢氧化钙反应生成不溶性的碳酸钙沉淀,再通过过滤而被除去;B选项中氮气中的氧气能与灼热的铜反应生成氧化铜而被除去;C选项中铜不能与稀硫酸反应,氧化铜能与稀硫酸反应生成硫酸铜,加入稀硫酸后,不但不能把铜除去,而且还把氧化铜变成了硫酸铜;D选项中由于硝酸钾的溶解度受温度影响较大,氯化钠的溶解度受温度影响较小,能通过冷却热饱和溶液(或降温结晶)的方法使硝酸钾结晶,再通过过滤而得到纯净的硝酸钾,从而除去含有的氯化钠杂质。
8.下面除去混合物中少量杂质(括号内为杂质)的方案中,不合理的是 ( )
混合物
思路方法
选用物质
A
CO2(CO)
点燃
空气
B
NaOH(Na2CO3)
沉淀、过滤
石灰乳[Ca(OH)2]
C
FeCl2(CuCl2)
置换、过滤
铁粉
D
NaCl(MgCl2)
沉淀、过滤
NaOH
【解析】选A。A选项中因为有CO2的存在,CO只是少量的杂质,无法被点燃;B选项中Na2CO3与Ca(OH)2反应生成NaOH和CaCO3沉淀,将沉淀过滤即可;C选项中铁粉与CuCl2发生置换反应生成FeCl2和Cu,过滤除去Cu和多余的Fe即可;D选项中NaOH与MgCl2反应生成Mg(OH)2沉淀和NaCl,过滤除去Mg(OH)2即可。
9.选择试剂除去下列气体中混有的杂质气体(括号内为杂质)。
(1)CO(CO2)______________
(2)CO(HCl)______________
(3)CO2(HCl)______________
(4)CO2(CO)______________
(5)N2(O2)______________
【解析】这是一道除去气体中杂质的题目,解题的关键是根据气体的性质选择合适的可以吸收气体的试剂。因为CO2、HCl可以和NaOH反应,即CO2+2NaOH Na2CO3+H2O,HCl+NaOHNaCl+H2O,所以除去CO2或HCl气体,可将混合气体通过盛NaOH溶液的洗气瓶,使CO2或HCl被吸收而除去;除去CO2中的HCl,可以选择NaHCO3溶液,HCl+NaHCO3NaCl+H2O+CO2↑。除去CO2中的CO可以将气体通过高温下的三氧化二铁或氧化铜,CO可以和氧化铁或氧化铜反应生成二氧化碳;除去N2中的O2可以将气体通过灼热的铜网,铜会和氧气反应生成氧化铜。(其他答案合理也可)
答案:(1)NaOH溶液 (2)NaOH溶液
(3)NaHCO3溶液 (4)三氧化二铁(或氧化铜) (5)铜(答案合理即可)
10.今有AgNO3溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、Ba(OH)2溶液、Na2CO3溶液和锌粉供选用。
(1)若欲除去稀硝酸中混有的少量硫酸,以得到纯净的稀硝酸,应加入适量________,发生反应的化学方程式为________________。
(2)若欲除去氯化钠溶液中混有的少量盐酸,以得到纯净的氯化钠溶液,应加入适量________,发生反应的化学方程式为 _____________________________,
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该反应的类型是________。
【解析】为了有效地除去溶液中溶解着的杂质,所加入的试剂不能和原物质反应,且和杂质反应后不能生成新的杂质。除去稀硝酸中的少量硫酸,实质是除去S。含Ba2+的溶液——Ba(NO3)2溶液、BaCl2溶液和Ba(OH)2溶液都能和H2SO4反应,并产生BaSO4沉淀。若使用Ba(NO3)2溶液,在生成BaSO4沉淀的同时产生HNO3,反应后过滤去掉BaSO4即可。若改用BaCl2溶液,产生HCl(易溶于水),从而引入了新杂质。若改用Ba(OH)2溶液,Ba(OH)2也与HNO3反应;除去NaCl溶液中的少量HCl,实质是除去过量H+。Ba(OH)2溶液、Na2CO3溶液、锌粉都能跟盐酸反应。若使用Zn或Ba(OH)2溶液,在消耗HCl的同时,产生可溶于水的ZnCl2或BaCl2,引入新的杂质。若使用适量Na2CO3溶液,产生NaCl、H2O均不引入新杂质,产生的CO2气体从溶液中逸出,最终会得到纯净的NaCl溶液。
答案:(1)Ba(NO3)2溶液
Ba(NO3)2+H2SO4BaSO4↓+2HNO3
(2)Na2CO3溶液 Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑ 复分解反应
11.小明同学在实验室制取氢气时,误将浓盐酸当成了稀硫酸,结果他制得的氢气中混有HCl气体,你能帮他想一个办法,制得纯净干燥的氢气吗?
【解析】要制得纯净干燥的氢气,需要除去气体中的HCl气体和水蒸气。可以用NaOH溶液来吸收HCl气体,用浓硫酸来吸收水蒸气。但是应该先除去HCl气体,再除去水蒸气。因为如果先除去水蒸气,再通过氢氧化钠溶液除HCl气体时,溶液中本来就有水,所以又会混进水蒸气。所以除杂质的时候,应该先除去其他杂质气体,最后除去水蒸气。
答案:先将气体通过盛有NaOH溶液的洗气瓶,除去HCl气体;再将气体通过盛有浓硫酸的洗气瓶,除去水蒸气。
12.某一气体混合物中含有CO2、CO、H2O(水蒸气)和N2四种气体。现将其分别通过如下试剂(均足量),请判断所得气体的组成情况(假设每步反应全部进行完全)。
(1)依次通过NaOH溶液和浓硫酸,最后得到的气体有:________,写出反应的化学方程式:__________________。
(2)依次通过灼热的CuO粉末和浓硫酸,最后得到的气体有:________,写出反应的化学方程式:_______________。
(3)依次通过灼热的氧化铜粉末,NaOH溶液和浓硫酸,最后得到的气体是_____ __________________________________________。
【解析】这是一道除去气体中杂质的题目,解题的关键是根据气体的化学性质来分析,通过的试剂能和哪种气体反应。NaOH可以和CO2反应生成碳酸钠和水而将CO2吸收;浓硫酸可以吸收H2O;CuO可以和CO反应成Cu和CO2。
答案:(1)CO和N2
CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
(2)CO2和N2 CuO+COCu+CO2
(3)N2
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13.下列各组物质中括号内物质为杂质,将所选除去杂质的恰当的操作或试剂填在横线上。
(1)氯化钾(二氧化锰)_______________。
(2)氧化铜(铜)_______________。
(3)硝酸(硫酸)_______________。
(4)氯化钠溶液(氢氧化钠)_______________。
(5)氯化钾溶液(碳酸钾)_______________。
(6)二氧化碳(一氧化碳)_______________。
【解析】这是一道选择试剂除去杂质的题目,所选的试剂只能和杂质反应,而且不能生成新的杂质。(1)根据氯化钾和二氧化锰的溶解性,氯化钾可以溶于水,而二氧化锰不溶于水,所以可以通过加水后过滤来除去二氧化锰;(2)因为铜可以和氧气反应生成氧化铜,所以可以通过与氧气的反应来除去铜;(3)除去硫酸,实际上是除去S,可以加入Ba(NO3)2,使S和Ba2+结合成BaSO4沉淀而将其除去;(4)除去氢氧化钠,实际上是除去OH-,可以加入盐酸,将OH-转化成水,或加入CuCl2、FeCl3等将OH-转化成沉淀而除去;(5)除去碳酸钾,实际上是除去C,可以加入稀盐酸,将C转化成水和二氧化碳气体,或加入BaCl2、CaCl2等将C转化成沉淀而除去;(6)一氧化碳和氧化铁或氧化铜反应可以生成二氧化碳,所以可以利用氧化铁或氧化铜来将一氧化碳转化成二氧化碳。
答案:(1)加入足量水后过滤,蒸发
(2)在加热的条件下通入氧气
(3)加入适量Ba(NO3)2溶液后过滤
(4)加入适量稀盐酸或加入适量CuCl2后过滤
(5)加入适量稀盐酸或加入适量BaCl2后过滤
(6)将气体通过高温下的氧化铁(或氧化铜)
(答案合理即可)
14.有氯化钠、氯化银、氢氧化铁三种物质组成的混合物,要将该固体一一分离出来,现进行如下实验。则所加试剂:X________,Y__________,Z________。
【解析】这是一道提纯物质的题目,关键是要设计合理的实验方案,将各物质提纯出来。NaCl、AgCl和Fe(OH)3可以先利用三种物质的溶解性,加入水将NaCl溶解,然后过滤,蒸发得到NaCl固体。再向Fe(OH)3和AgCl的混合物中加入稀盐酸,Fe(OH)3会和HCl反应而溶解,过滤得到AgCl固体。再向FeCl3溶液中加入NaOH,两者反应生成NaCl和Fe(OH)3固体。
答案:水 稀盐酸 NaOH溶液
15.某学习小组将“从空气中制取氮气”作为研究课题,
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以下是他们的实验方案:
(1)除去二氧化碳和水蒸气:写出如图装置A中发生反应的化学方程式:
______________________________________________________;
(2)除去氧气:他们分别收集一瓶(1)中得到的气体,用如图装置进行实验,其中甲同学选用红磷,乙同学选用木炭。你认为:选用______(填“红磷”或“木炭”)的方法不科学,原因是 _________________________________________;
(3)分析误差:此法得到的氮气密度与氮气的实际密度有误差,请你分析产生误差的可能原因(写两种): _________________________________________;
(4)利用物质间某些性质的差异选用不同的方法将它们分离,是分离物质的基本思路。例如:在工业上,分离空气中的氮气和氧气是利用它们沸点的不同。请列举一种你所知道的利用物质性质的差异来分离物质的方法:
_________________________________________________________________。
【解析】(1)A装置是除去空气中二氧化碳的装置,因此,A中的反应是二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应;(2)在除去氧气的同时,不能生成其他气体,若选用木炭,因木炭燃烧生成二氧化碳气体,影响实验结果,而红磷燃烧只生成五氧化二磷固体,故选用木炭不科学;(3)要测定氮气的密度,必须是纯净的氮气,因此,如有误差,则应从造成氮气不纯的角度分析,如氧气没有除尽、二氧化碳没有除尽,除去氧气、二氧化碳等气体后,剩余气体中还有稀有气体等,答案不唯一,合理即可。
(4)本题考查的是混合物分离的方法及对分离依据的认识。如根据物质溶解度的不同,可选用改变温度的方法将物质分离或者根据物质颗粒大小的不同,可选用过滤的方法将可溶性固体与不溶性固体物质分离。(其他合理答案均可)
答案:(1)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
(2)木炭 木炭燃烧生成二氧化碳气体,影响实验结果
(3)氮气中含有稀有气体;氧气没有除尽;二氧化碳没有除尽等(任写两种,其他合理答案均可)
(4)根据物质溶解度的不同,可选用改变温度的方法将物质分离或者根据物质颗粒大小的不同,可选用过滤的方法将物质分离(其他合理答案均可)
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