一、分离与提纯的异同
分离和提纯这两种方法看似相似,但其实存在一定差异。分离是通过某些特定的手段,把混合物中的不同成分分开,使其恢复到最初的状态,得到各自纯净的物质。而提纯则是针对混合物中的杂质进行去除,只需把杂质去除,保留所需物质的纯净状态即可。
虽然两者所用的基本原理和操作方法相似,最大的区别在于:提纯的目的是去除杂质,使所提取的物质更加纯净,而分离的目的是要将每一种成分都从混合物中分出,恢复各自的原貌。
二、常见的分离与提纯方法及其注意事项
过滤法:用于分离溶液中的固体不溶物
过滤法通常用于分离液体与固体之间的杂质,例如,粗盐提纯时,我们会先将盐溶解于水,再通过过滤除去不溶于水的杂质。
过滤操作的关键注意事项包括:
确保滤纸漏斗的,滤纸边缘要低于漏斗口;
漏斗内的液面应该低于滤纸边缘;
确保烧杯口玻璃棒,玻璃棒底端紧挨三层滤纸,漏斗下端应烧杯;
需要时,使用少量水洗涤沉淀物,确保定量实验时无损失。
重结晶法:用于溶解度变化较大的溶质提纯
这种方法适用于溶解度随温度变化显著的物质。例如,从混合液中提纯硝酸钾(KNO₃),因为它的溶解度随温度变化很大,而氯化钠(NaCl)的溶解度变化较小。
重结晶时,一般需要先配制高温浓溶液,然后让溶液慢慢冷却,沉淀出晶体。通过过滤分离晶体后,可以通过反复的重结晶,进一步提高纯度。
蒸发法:用于提取溶解度随温度变化不大的物质
蒸发法常用于从溶液中提取晶体,比如从食盐水中提取食盐。适用于溶质在加热下不会分解或发生其他反应的情况。
蒸发操作时,应注意:
保证溶质在加热过程中不易分解;
在接近干燥时应停止加热,利用余热将溶液蒸干;
蒸发过程中要不断搅拌,以加速溶液的蒸发。
蒸馏法:用于分离沸点不同的液体混合物
蒸馏法主要用于沸点差异较大的液体分离,比如制蒸馏水、提纯无水乙醇、浓缩硝酸等。
蒸馏时要注意:
温度计的水银球应该位于蒸馏烧瓶的支管口处;
可添加沸石或碎瓷片,帮助液体平稳沸腾;
确保冷凝管水流方向正确,应从下端进入,从上端流出。
分液法:用于分离不相混溶的液体
分液法适用于分离互不相溶且密度不同的液体,例如水与植物油的分离。
分液操作时应遵循以下步骤:
通过分液漏斗的下口放出下层液体,上层液体从漏斗的上口倒出。
萃取法:用于溶质在两种互不相溶溶剂中溶解度差异较大的情形
萃取法适用于那些溶解度在两种不同溶剂中的溶质,常见应用如四氯化碳(CCl₄)萃取溶于水中的溴(Br₂)。
使用萃取法时要注意:
萃取剂应与原溶剂互不混溶,也不与溶质发生反应;
萃取后,仍然需要通过分液等方法进一步提纯。
升华法:用于分离具有升华特性的物质
升华法适用于那些容易升华的物质,比如通过加热粗碘,可以将碘从其与钾、钠、钙、镁的碘化物中分离出来。
渗析法:用于胶体物质的提纯
渗析法适用于分离胶体中的杂质。例如,用来除去氢氧化铁胶体中的盐酸。
渗析时要保持水的持续更换或使用流动水,以提高渗析效率。
溶解法:用于溶解性差异明显的混合物
溶解法适用于那些杂质和目标物质在溶解性上有明显差异的情况,比如从溴乙烷中分离出乙醇,或者从中除去氯化氢。
盐析法:利用溶解度随盐的加入变化来分离物质
盐析法常用于通过加入无机盐改变物质溶解度来促使物质析出。例如从皂化液中分离肥皂与甘油,或者通过盐析分离蛋白质。
洗气法:用于溶解性差异显著的气体
当气体中杂质溶解性差异较大时,可以采用洗气法。例如,通过水或饱和碳酸氢钠溶液洗气,可以去除氯化氢气体中的二氧化碳。
洗气时,应确保气体从洗气瓶的导管一端进入,确保气体和液体溶解性差异较大或化学性质不同。
三、选择分离与提纯操作的原则
固体与固体混合物的分离:
如果杂质易分解或升华,可以采用加热法;
若其中一物质易溶而另一种难溶,则可采用溶液过滤法;
若二者均易溶,但溶解度随温度变化不同,则使用重结晶法;
若溶解度差异很大,可使用萃取法。
液体与液体混合物的分离:
沸点差异较大的混合物,采用蒸馏法;
互不相溶的液体,则可用分液法。
气体与气体的分离:
通常使用洗气法进行分离。
不具备上述条件的混合物:
可通过化学方法处理,待符合条件时再选择适当的分离方法。
四、分离混合物的常用化学方法
加热法:
对于混合物中热稳定性较差的物质,可以通过加热分解其成分进行分离。例如,食盐中混有氯化铵时,通过加热可以分离出氯化铵。
沉淀法:
在混合物中加入特定试剂,使某一成分沉淀,从而实现分离。注意在使用此方法时避免引入新杂质。
转化法:
如果不能通过单次反应分离混合物,可以先将其中某些物质转化为其他物质,再进行分离。例如,苯酚中混有硝基苯时,可以先加入氢氧化钠溶液进行分液,然后通过通入二氧化碳恢复原物质。
酸碱法:
当被提纯物不与酸或碱反应,而杂质与酸或碱能发生反应时,可以使用酸或碱作为除杂试剂。例如,利用盐酸除去二氧化硅中的石灰石,或用氢氧化钠去除铁粉中的铝粉。