《化学知识普及二：混合物的分离与提纯之一》

《化学知识普及二：混合物的分离与提纯之一》

我们都知道自然界中的物质绝大多数以混合物的形式存在，单纯的混合虽然不会改变其中某组分的性质，但是对于研究其中某物质的性质或将其应用于生产和生活中时，就会受到影响。

比如，我们都知道氧气的化学性质是支持可燃物燃烧和供给生物体呼吸，氧气和含有空气的氧气二者所表现出来的反应现象和功能是不同的，如木炭、氢气、硫磺分别在氧气和空气中的燃烧现象是不同的，氧气能使带火星的木条复燃，而空气不能，呼吸困难的患者用氧气提供呼吸用气而不能用空气。

作导线用的铜和铝都要求纯度，纯度越高，导电性越好。在生产上，首次制得的粗铜要经过精炼变为精铜；用于计算机芯片的单晶硅也要求有极高的纯度，粗硅经过提纯变为纯硅才能应用。

其次，就化学学科本位来讲，研究如何分离提纯混合物，得到纯净物，再研究纯净物的性质及变化规律，这些东西本身就是化学学科的主要内容。

需要说明的是，我们通常所说的纯净物，理论上是指含量为百分之百的某物质，事实上，我们根本就没有办法得到这样的物质，所以才有了提纯和纯度的概念，不同纯度级的物质应用于不同的场合，提纯是指通过除去杂质来提高我们所需要的那种物质的纯度。

在实际上，如果纯度高到不影响该物质性质时就认为是纯净物了，纯净物都可以用化学式来表示，能用化学式来表示的物质也都是纯净物。

根据纯度的含义，我们还可以推出求算某物质纯度的公式：某物质纯度=该物质的质量/混合物的总质量＊100%；

需要说明的是，混合物的分离仅仅是指将混合物的各成分分开来，提纯和除杂都是指将我们所需要的那种物质之外其他物质都除去的意思，只是二者对纯度的要求不同，才有了不同的名字。

此外，混合物的杂质是指除我们需要的物质之外的其他物质均被称为杂质。杂质并不是指有害的或无价值的物质。比如金矿石中金子是我们所需要的，石头就是杂质，可是石头也是有价值的。

综上所述，不管是为了研究物质性质的需要，还是为了让物质达到物尽其用的功效，研究和掌握混合物的分离提纯方法都是必要的，在生产和科研上也早已形成了多种有效的分离技术，下面分别学习几种常见的最简单的分离提纯混合物的方法：过滤、蒸发、蒸馏、萃取。

1、过滤：适用的混合体系是固固混合态。将固体混合物放入一种溶剂中，经过充分溶解，成为固液两相，再过滤分为滤渣(固相)和滤液(液相)。

以粗盐提纯为载体来学习两种类型的固固分离。

第一种类型：不溶性固体与可溶性固体的分离提纯；第二种类型：可溶性固体与可溶性固体的分离提纯。

分析说明：粗盐中有三类物质，第一类是不溶于水的杂质：泥沙；第二类是可溶于水的杂质：钙盐、镁盐和硫酸盐；第三类是我们要得到的食盐，粗盐提纯的目的是：除去两种类型的杂质，得到固体食盐。

除去第一类杂质的方法可通过水溶、过滤除去滤渣。

除去第二类杂质则需要严密的推理过程。

分析说明：要除去混合溶液中可溶于水的杂质，实质上就是除去杂质电离出的离子，根据化学反应规律，选定要加入什么化学试剂可使杂质离子变成沉淀或气体，再过滤除去。最后通过对滤液蒸发即得到纯净的食盐固体。

整个过程涉及到三种操作：溶解，过滤，蒸发。要求掌握三种操作所需的仪器和操作方法。溶解是过滤的前奏，蒸发是过滤之后的溶质提取。

本节的

本节的难点也是重点有两个，第一个是怎样检验食盐中存在这些可溶性杂质？（眼睛看不到！）第二个是怎样除去这些可溶性杂质？

第一个难点分析：我们知道可溶于水的盐溶液是以金属离子和酸根离子的形式存在的，如果我们能检测到有杂质的某一种离子存在，则就可以知道对应的这种杂质存在了。

比如，NaCl（MgCl2），只要鉴别出溶液中含有镁离子就可以，如果杂质是CaCl2？是Na2SO4？

其次，溶液中的离子是微观的，肉眼看不见的，鉴定某种离子是否存在，要依据于该离子对某一试剂反应产生的宏观现象，根据对应的反应现象来推测这种离子的存在。

比如样品为NaCl(Na2SO4，极少量的Na2CO3)，我们该怎样检验样品的溶液里有硫酸根离子的存在呢？

查表可知，能与硫酸根反应的离子有钙离子和钡离子，根据二者对反应的灵敏度推理，鉴别试剂确定为：氯化钡溶液。如果溶液里同时存在碳酸根时，硫酸钡和碳酸钡都不溶于水，现象都是呈现白色沉淀，显然碳酸根离子的存在干扰了硫酸根离子的鉴定。

在多离子同时存在的溶液中，某一离子对所选定试剂的反应不是孤立进行的，在鉴定某离子的存在时，找出干扰离子，排除干扰，直接决定了实验结论的可信度，在鉴别类实验题目中属于必考点，也是设置障碍的点。

那么，怎么才能排除碳酸根的干扰呢？查表可知，碳酸根可与氢离子反应生成二氧化碳气体而除去，选用哪种酸来除去碳酸根呢？盐酸？稀硫酸？稀硫酸不行！（虽然它能除去碳酸根，可是由它引入了外来的硫酸根，影响到了实验结论的可信度）。

综上所述，在可能有碳酸根同时存在的溶液里，严谨的硫酸根离子的鉴别程序应为：取少量待测试液，先加稀盐酸调节溶液呈酸性（排除碳酸根的干扰），然后向试管中滴入几滴氯化钡溶液，震荡观察现象，如果试管里出现白色沉淀，则可知原溶液中有硫酸根离子存在，就可以得出具有可信度的结论。

第二个难点是怎么除去可溶性杂质？

假定样品为NaCl（MgCl2、CaCl2），根据物质的溶解性表可以查得氢氧化镁不溶于水，镁离子与氢氧根离子可以反应生成氢氧化镁；所以除去镁离子的试剂可以选择氢氧化钠（注意阳离子的确定，要以不引入新的杂质离子为依据）。

查表可知，能与钙离子反应的离子有氢氧根、硫酸根、碳酸根，根据它们的溶解性大小决定了三种反应的反应程度，进一步推断以生成碳酸钙的反应为除杂最彻底，除去钙离子的试剂选为碳酸钠溶液。

需要强调说明的是，为了使杂质离子尽可能地被除尽，所加试剂应过量，过量试剂又带来了新的杂质，也需要除去，所以这三种除杂试剂的加入顺序需要恰当安排。过量钡离子除去了硫酸根离子之后，剩余的钡离子需要碳酸根来除，所以氯化钡溶液的加入顺序必须排在碳酸钠溶液之前，过量的氢氧化钠和过量的碳酸钠在除尽镁离子和钙离子之后，剩余的氢氧根和碳酸根均可以盐酸来除去，盐酸的量可以通过PH试纸来控制。

小结：

1、在确定除杂方案时，从物质性质的差异上寻找突破口，先物理性质，后化学性质。

2、在鉴定离子时，所加试剂与要鉴定的离子之间要有明显的特征现象，找到可能的干扰，再设法排除干扰，提高实验结论的可信度是重点也是难点更是考点。

3、除杂试剂要过量，过量试剂要除尽，在含有两种以上杂质要除去时，除杂试剂的顺序是难点也是重点。

4、对于同一种离子来说，鉴别和除杂所用的试剂可以相同也可以不同，二者所强调的角度是不同的，鉴别要求试剂必须灵敏度高，现象明显，而不强调反应进行的程度；除杂则不要求一定有反应现象或灵敏，它强调的是反应进行程度要大而彻底，杂质要除干净。

5、知识补充：从溶液中得到晶体的途径有三类（1）蒸发结晶（从食盐水中得到食盐），直接得到晶体，可得到不含结晶水的晶体（2）冷却热饱和溶液结晶（溶解度受温度影响比较大的热溶液，如硝酸钾），连着要通过过滤取出晶体（3）蒸发浓缩，冷却结晶（适用于从稀溶液中获得含有结晶水的晶体），连着过滤取出晶体。

6、知识补充，溶解用到的溶剂通常有三类：第一类溶剂是水；第二类是有机溶剂，如酒精、汽油、苯、四氯化碳等，这两类溶剂不参与化学反应，仅仅是通过物理溶解过程将混合物分为固液两相；第三类溶剂是酸溶液或碱溶液，这种情况下混合物中的成分一般通过与酸或碱发生复分解反应而分为固液两相。

如混合物是粗铜，杂质是锌，可以选用稀硫酸来溶解锌（发生置换反应），再过滤得纯净的铜（依据是铜锌两种金属的活动性差异）。