新步步高初高中化学通用衔接教材第8讲 蒸发和灼烧蒸发结晶和冷却结晶.docx
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新步步高初高中化学通用衔接教材第8讲蒸发和灼烧蒸发结晶和冷却结晶
第8讲 蒸发和灼烧 蒸发结晶和冷却结晶
教材分析
初中教材要求
高中教材要求
掌握蒸发和灼烧的基本原理和操作，知道蒸发结晶和冷却结晶可以使溶质从溶液中析出。
知道溶解和结晶是两种相反的过程，在一定条件下可建立动态平衡，即溶解平衡。
能根据物质的溶解度特性选用蒸发结晶或冷却结晶来提取溶液中的溶质，实现溶质与杂质的分离。
蒸发和灼烧是两种基本的实验操作，它们使用的仪器、实验目的不尽相同，具体内容详见下表。
基本操作
蒸发
灼烧
使用仪器
铁架台、铁圈、玻璃棒、蒸发皿、酒精灯、坩埚钳
泥三角、三脚架、坩埚、酒精灯、坩埚钳
装置示意图
处理对象
液体
固体
实验目的
1.蒸出稀溶液中的部分溶剂，得到浓缩溶液或饱和溶液
2.蒸出饱和溶液中的全部溶剂，使溶质从溶液中以晶体析出
1.除去固体中的水分等挥发性物质
2.进行固体分解实验
操作要点
1.蒸发皿中液体的量不得超过容积的2/3
2.蒸发过程中必须用玻璃棒不断搅拌，防止因局部温度过高而使液体飞溅（生活中熬粥与此相似，不断搅动可避免受热不均使锅底变糊碳化，防止液面过沸致稀粥溅出）
3.在蒸发结晶时，当加热至（大量）固体出现只剩少量液体时，可停止加热，利用余热蒸干液体
4.转移蒸发皿一般使用坩埚钳，炽热的蒸发皿一般放在石棉网上冷却，不能直接放置在桌面上，以免损坏桌面
1.和蒸发皿一样，坩埚一般也是陶瓷产品，可直接加热，但需在泥三角上固定
2.灼烧时一般先小火预热，后大火灼烧
3.转移坩埚同样必须用到坩埚钳，避免烫伤。
灼烧完毕，坩埚也要放在石棉网上冷却，不可直接放在冷的实验台上，防止温度很高的坩埚骤冷而破裂
典型案例
从食盐水中提取氯化钠固体
1.灼烧氢氧化铜制备氧化铜
2.灼烧氯化钠和氯化铵混合物，利用氯化铵分解制备纯净氯化钠
【例题】 下列稀溶液不能用蒸发方法获得浓缩溶液的是（ ）
A．Na2SO4稀溶液B．稀盐酸
C．烧碱稀溶液D．双氧水稀溶液
从溶液中析出晶体的过程称为结晶（Crystallization），在生产中，人们常用结晶的方法从溶液中提取溶质。
如盐场用海水晒盐，就是把海水引入海滩，借助日光和风力使水分蒸发，从而得到食盐晶体。
能够用蒸发结晶得到的溶质，其溶解度一般受温度变化的影响不大；对于溶解度受温度变化影响较大的物质，通常用冷却热的饱和溶液的方法来得到溶质晶体，工业上许多化工原料和产品的生产多是采用冷却热的饱和溶液的方法，使溶质从溶液中结晶出来，这种方法一般称为冷却结晶。
严格地说，在水中绝对不溶的物质是不存在的。
通常将溶解度小于0.01g·L－1的电解质称为难溶电解质。
在一定温度和压强下，在有固体存在的难溶电解质溶液中，极性溶剂水分子和固体表面粒子（大部分是离子）相互作用，使溶质粒子脱离固体表面成为水合离子进入溶液的过程叫溶解。
溶液中水合离子在运动中相互碰撞（也可解释为受固体表面异号电荷离子吸引）重新结合成晶体，并成为固体状态从溶液中析出的过程叫沉淀。
在一定条件下（一定温度和一定溶剂），溶解、沉淀是两个相互矛盾的过程，溶解和沉淀的速率相等，但不等于零，固体所处溶液是饱和溶液，固体质量保持不变，这种状态常称为溶解平衡状态，或沉淀溶解平衡，它是一种动态平衡。
例如，在一定温度下，将AgCl固体投入水中，在水分子作用下，Ag＋和Cl－会不断离开固体表面进入溶液，形成水合离子，这是AgCl的溶解过程。
同时，已溶解的Ag＋和Cl－又会因固体表面的异号电荷离子吸引而回到固体表面，这就是AgCl的沉淀过程。
当沉淀速率与溶解速率相等时，两过程达到平衡，形成饱和溶液，此时的状态称为沉淀溶解平衡。
[试一试] 1.如何用不规则的五水合硫酸铜晶体，设计简单实验方案来验证溶解结晶过程是一种动态平衡。
当改变温度或溶剂的量，导致沉淀速率和溶解速率不再相等时，沉淀溶解平衡就会被打破，如果溶解速率大于沉淀速率时，固体就可能继续溶解而减少；如果溶解速率小于沉淀速率时，溶液中的溶质就可能重新回到固体表面，形成晶体。
改变温度或溶剂的量，使溶液中的溶质以晶体状态析出的过程，被称为结晶。
结晶操作不仅能够从溶液中得到固体溶质，而且能够实现溶质与杂质的分离，借以提高产品的纯度，结晶一般分为蒸发结晶和冷却结晶两种，前者通过蒸发溶剂而得到溶质晶体，它适用于温度对溶解度影响不大的物质，沿海地区“晒盐”就是利用的这种方法。
后者通过冷却热饱和溶液方法得到溶质晶体，它适用于温度升高，溶解度增加比较大的物质，如北方地区的盐湖，夏天温度高，湖面上无晶体出现，每到冬季，气温降低，石碱（Na2CO3·10H2O）、芒硝（Na2SO4·10H2O）等物质就从盐湖里析出。
（1）蒸发结晶是指溶液通过溶剂的散失（即蒸发），使得溶液达到饱和状态，进一步失去水分，继而达到过饱和状态。
在一定温度下，一定量的水（或溶剂）溶解溶质的质量是有限的，多余的溶质就会随溶剂的减少而析出，即结晶。
蒸发结晶一般在下列两种情况下使用。
对于溶解度随温度变化不大、对热稳定的溶质形成的溶液，通过加热的方式蒸发其水分，当出现大量晶体，只有少量水存在时，就可停止加热，利用余热将水蒸发，最后得到溶质晶体。
如：
蒸发氯化钠溶液，就可得到氯化钠晶体。
蒸发结晶最后能直接得到溶质晶体，此操作无需过滤操作，但大量的水分至少需要加热到100℃才能汽化，因此该过程需要消耗较多的能源。
从含有两种以上溶质的混合溶液中提纯溶解度随温度变化不大的溶质，一般也是用蒸发结晶。
如从氯化钠和硝酸钾的混合溶液（含少量硝酸钾）中提取氯化钠的操作是蒸发结晶、趁热过滤（指将温度较高的固液混合物直接使用常规过滤操作进行过滤）。
具体操作：
将溶液蒸发，当出现大量晶体时停止加热，趁热过滤，就可得到氯化钠晶体，滤液为含氯化钠、硝酸钾的溶液。
在蒸发过程中，溶剂减少有助于降低氯化钠的溶解损耗，大量氯化钠将结晶析出；相反，温度升高会溶解更多的硝酸钾，对于少量硝酸钾杂质而言，避免了因水分减少导致硝酸钾和氯化钠一起析出，保证了析出氯化钠的纯度。
在此种情况下，不能将水分完全蒸发除去（这样的话，硝酸钾必然还是混在其中），停止加热时仍含有大量水分，因此就必须通过过滤将晶体和母液分离，这是与前一类蒸发结晶的显著不同点；如果降低至常温再过滤，硝酸钾会随温度下降而重新析出，所以必须立即过滤，也就是趁热过滤，这是用蒸发结晶提纯物质的又一特点。
蒸发单一溶质得到晶体和蒸发混合溶液提纯物质，在实验操作上不完全相同，我们可以通过实验加以体会。
（2）冷却结晶是指冷却热的饱和溶液使溶质结晶而析出的方法。
从热饱和溶液来源看，一般可分为两种情况。
一是以反应过程中得到的稀溶液为对象，二是以固体直接配制形成的溶液为对象，冷却对象浓度不同，具体操作也不完全相同。
一般在化学反应制备过程得到的溶液，浓度较小，就需要先蒸发浓缩溶液，再冷却结晶。
如氧化铜溶于稀硫酸得到硫酸铜稀溶液，一般需先蒸发浓缩溶液，再冷却得到硫酸铜晶体。
为除去硝酸钾固体中少量的氯化钠杂质，通常需将固体溶于少量热水直接形成热饱和溶液，这时就可直接冷却结晶。
在实际化工生产或科研中，遇到的情况多与第一种情况类似。
同样，冷却结晶既可从溶液中析出溶质，也能从混合物中提纯物质。
前者更多的用于提取对热不稳定的溶质晶体，如结晶水合物的获得，必须使用冷却结晶，而不能使用蒸发结晶，如从硫酸铜稀溶液中得到CuSO4·5H2O晶体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。
为了得到溶解度随温度变化较大物质，除去其中溶解度随温度变化不大的杂质，也需要使用冷却结晶，如从氯化钠和硝酸钾混合稀溶液中提纯硝酸钾（含少量氯化钠杂质），先将混合溶液蒸发浓缩（得到热的饱和溶液），后将溶液冷却结晶（冷却过程中硝酸钾溶解度降低而析出，氯化钠不析出），再过滤洗涤。
如果是从氯化钠和硝酸钾的固体混合物中提纯硝酸钾，操作过程变为先将混合物配成热的饱和溶液，后冷却结晶，再过滤洗涤。
[试一试] 2.在实验室完成下列任务：
A．分别从食盐溶液和硫酸铜中提取氯化钠和胆矾晶体。
B．除去氯化钠固体中的少量硝酸钾
C．除去硝酸钾固体中的少量氯化钠
总之，无论是蒸发结晶还是冷却结晶，既可以从溶液中提取溶质晶体，也可用于从混合
物中提纯物质。
对于由A（大量）和B（少量）组成的混合物，如果A的溶解度随温度变化不大，一般用蒸发结晶提纯A；如果A的溶解度随温度变化较大，一般用冷却结晶提纯A。
（满分50分 限时30min）
一、选择题（本题包括5小题，每小题4分，共20分，每题只有1个正确答案）
1．实验室进行过滤和蒸发操作时，都要用到的仪器是（ ）
A．坩埚B．玻璃棒
C．蒸发皿D．酒精灯
2．下列有关从食盐溶液中蒸发结晶的说法中，错误的是（ ）
A．蒸发过程中要不断用玻璃棒搅拌，防止液体飞溅
B．当剩余少量溶液时，停止加热，利用余热蒸发剩余溶剂
C．蒸发皿要垫石棉网，防止炸裂
D．蒸发皿加热时盛装的液体不超过容积的2/3
3．实验室进行NaCl蒸发结晶时，一般有以下操作过程：
①放置酒精灯 ②固定铁圈位置 ③放上蒸发皿 ④加热搅拌 ⑤停止加热、余热蒸干
其正确的操作顺序为（ ）
A．②③④⑤B．①②③④⑤
C．②③①④⑤D．②①③④⑤
4．下列实验操作正确的是（ ）
5．根据下列几种物质的溶解度曲线图，得到的结论正确的是（ ）
①硝酸钾中混有少量氯化钠，采用蒸发结晶进行提纯。
②氢氧化钙饱和溶液降低温度后有晶体析出。
③80℃时，氯化钾与硫酸镁的溶解度相同。
④所有物质的溶解度要么随温度升高而增大，要么随温度的降低而减小。
⑤为洗涤氢氧化钙沉淀表面吸附的钠离子，热水效果比冷水效果好。
⑥为洗涤硝酸钾晶体表面吸附的钠离子，热水效果比冷水效果好。
A．①③⑤B．②③④⑥
C．③⑤D．③⑥
二、填空题（本题包括3小题，共30分）
6．（15分）下表列出了KNO3与NaCl在不同温度时的溶解度：
温度（℃）
0
10
20
40
60
80
100
KNO3的
溶解度（g）
13.3
20.9
31.6
63.9
110
169
246
NaCl的
溶解度（g）
35.7
35.8
36.0
36.6
37.3
38.4
39.8
（1）现有含123gKNO3与17.9gNaCl的混合物，某同学设计了以下实验除去KNO3中的NaCl（不考虑水的额外损失）。
①向混合物中加入适量水，加热溶解；
②继续加热溶液至100℃并恒温蒸发浓缩；
③将溶液降温至10℃，仅得到KNO3晶体，过滤，将所得KNO3晶体洗涤并干燥。
A．在步骤②中，为确保没有晶体析出，溶液中至少要保留________g水；
B．在步骤③中，最多可得到KNO3晶体________g；
C．除去KNO3中少量NaCl的主要实验流程可用下图表示：
→
→
→
→
→
；
D．洗涤时，应选用少量________（选填“热水”或“冷水”），其目的是__________________；
证明已经洗涤干净的方法是_______________________________________________。
（2）除去NaCl中少量KNO3的方法是：
先将NaCl和KNO3混合物置于适量水中，加热搅拌保证固体能全部溶解，后蒸发溶液至有大量晶体析出时停止，再趁热过滤，并对过滤所得NaCl晶体进行洗涤和干燥。
上述方法中，趁热过滤的目的是________________________________________________________________________。
（3）取23.4gNaCl和40.4gKNO3，加70g水，加热溶解。
在100℃时蒸发掉50g水，维持该温度过滤，得到的晶体质量为________g；将滤液冷却至10℃，充分结晶，写出析出晶体的化学式________________________________________________________________________。
7．（7分）胆矾常用作农业和渔业的杀虫剂、杀菌剂。
某课外研究小组用废铜料（含铁），通过不同的化学反应制取胆矾（CuSO4·5H2O）。
其设计的实验过程为
（1）波尔多液是由胆矾、________（写名称）和水配制成的天蓝色胶状悬浊液，有杀菌作用。
（2）反应①、③的化学方程式分别为
①__________________；③________________。
（3）由CuSO4溶液获得CuSO4·5H2O晶体，需要经过的操作依次为________、________、________、洗涤、低温烘干。
（4）已知：
途径Ⅱ发生的化学反应是：
Cu＋2H2SO4（浓）
CuSO4＋SO2↑＋2H2O。
从环保和经济的角度对比分析途径Ⅰ、Ⅱ，途径Ⅰ的优点有：
不产生有害气体和________________________________________________________________________。
8．（8分）以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：
氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。
回答下列问题：
（1）欲制备10.7gNH4Cl，理论上需NaCl______g。
（2）蒸发浓缩之后为立即趁热过滤的原因是____________________________________
（3）“冷却结晶”过程中，析出NH4Cl晶体的合适温度为________。
答案精析
【例题】 BD [蒸发方法除去溶液中的溶剂，温度一般高于100℃，在该温度下，稀盐酸中的溶质氯化氢更易挥发，所以稀盐酸不能用蒸发方法浓缩。
双氧水是一种不稳定物质，在常温条件下即可分解，加热、二氧化锰对它的分解有催化作用，一般也不能用无色玻璃试剂瓶保存，所以双氧水稀溶液也不能用蒸发方法浓缩。
]
试一试 1.加蒸馏水配制CuSO4饱和溶液，加入白色无水CuSO4粉末，一段时间，粉末表面变成蓝色。
限时作业
1．B
2．C [蒸发皿可以直接加热。
]
3．B
4．A [B过滤要用玻璃棒引流，不能直接注入溶液；C灼烧应该用坩埚，不能用普通烧杯；D不能用手直接转移蒸发皿，要用坩埚钳移走热的蒸发皿，以免烫伤。
]
5．C [硝酸钾溶解度随温度变化较大，食盐溶解度随温度变化不大，氯化钠是少量的，提纯硝酸钾应该采用冷却结晶，所以①是错误的。
氢氧化钙溶解度随温度升高而降低，与一般物质不一样，所以冷却氢氧化钙饱和溶液也无晶体析出，所以②也是错误的。
根据溶解度曲线，可以发现80℃时氯化钾和硫酸镁的溶解度相同，所以③是正确的。
硫酸镁溶解度开始时随温度升高而增大，之后，随温度继续升高反而减小，所以④错误。
用热水洗涤氢氧化钙表面杂质离子时，氢氧化钙溶解度小，损耗小，效果好，所以⑤正确。
而用热水洗涤硝酸钾晶体时，硝酸钾溶解度大，损耗高，效果不如冷水，所以⑥是错误的。
]
6．
（1）A.50 B．112.55 C．冷却结晶 D．冷水 若用热水洗涤，硝酸钾又会大量溶解在水中，从而降低析出率 取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加少量硝酸银溶液，若没有沉淀出现，说明已洗涤干净
（2）保证硝酸钾有较大溶解度，不会以沉淀形式和氯化钠一起析出
（3）15.44 NaCl、KNO3
解析
（1）A.存在水量应保证10℃时NaCl不析出，即
＝
，x＝50。
B．10℃时50g水中最多溶解的KNO3为
＝
，y＝10.45g，析出KNO3的质量为123g－10.45g＝112.55g。
7．
（1）生石灰
（2）Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O
（3）蒸发浓缩 冷却结晶 过滤
（4）制备相同质量的胆矾消耗的硫酸少
8．
（1）11.7
（2）若降温再过滤，氯化铵溶解度降低也会一同析出，从而降低硫酸钠纯度
（3）40℃（35～45℃均可）
解析
（1）根据2NaCl＋（NH4）2SO4===2NH4Cl＋Na2SO4计算。
（3）原溶液蒸发结晶得到硫酸钠晶体之后，滤液中含有相对较多的氯化铵、较少的硫酸钠，既然冷却结晶过程是以得到氯化铵晶体为目的，那么硫酸钠溶解度与氯化铵差别越大分离效果会越好，由图可知，此温度范围在35～45℃。
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