物质分离提纯方法总结

黄飞

物质分离提纯方法总结

  分离提纯是指将混合物中的杂质分离出来以此提高其纯度。分离提纯作为一种重要的化学方法,为大家分享了物质分离提纯方法,一起来看看吧!

  一、结晶和重结晶

  溶质从溶液中析出的过程(即晶体在溶液中形成的过程)称为结晶。而重结晶是指将晶体溶于溶剂(或熔融)以后,又重新从溶液(或熔体)中结晶的过程,又称再结晶。

  重结晶主要针对固态晶体物质的分离提纯,效果与溶剂选择大有关系。溶剂最好满足以下任一条件:

  (1)、对主要化合物是可溶性的,对杂质是微溶或不溶的溶剂。滤去杂质后,将溶液浓缩、冷却结晶,即得较纯的物质。

  (2)、物质的溶解度在该溶剂中受温度影响较为显著。

  中学阶段最常见的实例是KNO3和NaCl的混合物。对于该混合物的分离,主要是利用它们在同一种溶剂中的溶解度随温度的变化差别很大。则可在较高温度下将混合物溶液蒸发、浓缩,首先析出的是溶解度升高不大的NaCl晶体,除去NaCl以后的母液再浓缩和冷却后,可得较纯KNO3。另一个实际例子就是选修5第一章提到的苯甲酸的重结晶实验。重结晶往往需要进行多次,才能获得较好的纯化效果。

  二、蒸馏法

  蒸馏是利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同,使低沸点组分蒸发,再冷凝以分离整个组分的操作过程,是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段,它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂,从而保证不会引入新的杂质。蒸馏是分离和提纯液态化合物常用的方法之一,是重要的基本操作。但蒸馏主要针对组分沸点相差大于30℃以上时,才有理想的'分离效果。对于组分沸点相差不大的混合体系则采用分馏。而分馏装置由于要使用分馏柱,高中并不常见,故高中实际教学中很少提及。一个变通的思路,是“固定组分蒸馏法”。比如,乙醇-水混合物,单纯用蒸馏分离效果很不理想,可以先加入生石灰与水反应,将水“固定”住,然后蒸馏,可以得到较纯的乙醇。

  三、萃取法

  萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同,用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法。萃取分离物质时,必须用分液漏斗。萃取的关键是找到一个合适的萃取剂,被萃取的物质在两个溶剂中的溶解度差距越大,则萃取的效果就越好。萃取法在化工制药等领域属于常用手段,但高中阶段常见的是利用有机溶剂萃取水溶液中的物质,比如利用CCl4萃取碘水中的碘。萃取完得到的CCl4-I2混合体系,可以采用蒸馏的方法进行分离,从而得到较纯的碘单质。

  四、升华法

  某些物质固态时就有较高的蒸气压,因此受热后不经熔化就可直接变为蒸气,冷凝时又变成固态的现象称为升华。常见可升华物质有I2、干冰、水杨酸、苯甲酸、樟脑等。生活中的例子有:冬天冰冻的衣服变干、白炽灯用久了灯内的钨丝变细、用干冰制舞台上的雾、用干冰制雨衣箱中的樟脑丸变等。用于物质的分离提纯的实例在高中阶段更是很少,基本都集中在I2混合物上。而在化工生产中还存在真空升华、低温升华等特殊升华方法,用以提纯高纯度的物质,如镁和钐、三氯化钛、苯甲酸、糖精等。

  升华本质属于物理变化。NH4Cl存在类似“升华”的现象,但其机理与一般的升华不同。加热时,由于氯化铵分解成气态的氨和氯化氢而气化,冷却时又重新结合成氯化铵而沉积下来,表观现象与升华一样,但其实质存在化学变化过程。因此,NH4Cl和I2混合物不能利用升华方法进行分离。

  五、溶解过滤法

  利用各组分物质在特定溶剂中的溶解性,采用过滤手段将不溶物和易溶物组分进行分离的方法。过滤是中学阶段最常用的分离方法,也是最简单的一种分离手段。寻找合适的溶剂依然是主要的问题。对于各组分对水存在溶或者难溶的情况,则直接用水做溶剂然后过滤。比如,分离AgCl和NaCl混合物,则采用水溶解然后过滤即可。而对于混有铝粉杂质的铁粉混合物,则要溶解在过量的NaOH溶液里再过滤分离。

  六、吸收法

  对于气态物质中混有其他杂质性气体,通常利用吸收法予以分离提纯。吸收法在高中阶段主要应用于实验方案的设计。根据杂质气体的特点,可以采用液态的洗气装置或者固态吸收装置予以吸收净化。主要问题在于根据气体组成找到合适的吸收剂,比如Cl2(HCl),采用饱和食盐水;CO2(SO2),采用NaHCO3溶液;CO2(CO),通过热的CuO净化;N2(O2),将混合气体通过铜网吸收O2