化工流程題中的分離提純考點(diǎn)歸類與方法突破

徐俊龍 賴光第

近5年廣東高考化學(xué)試題在化工流程題中有關(guān)物質(zhì)的分離提純考查結(jié)晶、過濾問題有4年考過（分別是：2009年第22題制備氯酸鎂考查蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、冷卻結(jié)晶、過濾；2010年第32題制備Li2CO3考查蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾；2012年第32題由“呆礦”制備K2SO4考查蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、第33題苯甲酸提純考查重結(jié)晶；2013年第32題CuSO4溶液制備膽礬考查蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶），這是學(xué)生錯(cuò)誤率較高考點(diǎn)，歸結(jié)其原因是不少同學(xué)初中溶解度這一塊的知識(shí)就沒學(xué)好，碰到一些具體問題就缺乏分析能力，從而出錯(cuò)。本文基于此，從本省各地高考模擬題中進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)，對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，蒸發(fā)濃縮（結(jié)晶）、趁熱過濾等做系統(tǒng)的分析和比較，在我校使用效果良好，現(xiàn)在介紹給大家，以期在復(fù)習(xí)備考中能夠順利突破這一高頻考點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。

一、蒸發(fā)結(jié)晶

高中化學(xué)人教版必修1課本第一章P5-6實(shí)驗(yàn)1-1介紹粗鹽提純，最后從食鹽水得到食鹽晶體，就是采用蒸發(fā)結(jié)晶的（初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)也講過），因?yàn)镹aCl的溶解度隨溫度變化不大，其溶解度曲線圖中幾乎是一條直線（圖1所示），所以升高溫度時(shí)，其溶解度增大幅度小，降低溫度時(shí)其溶解度減小幅度也小，其晶體析出率太低（<10%），不得已，只能通過更多的加熱耗能來蒸發(fā)溶劑，來使其晶體從溶液中析出——這便是我們所說的蒸發(fā)結(jié)晶 （不必蒸干，蒸發(fā)到有大量晶體析出，利用余熱蒸干）。一般這種考題中不常見。

【方法突破1】獲得溶解度隨溫度變化不大的單一熱穩(wěn)定性好的溶質(zhì)（如從NaCl溶液中獲得NaCl）——操作方法：蒸發(fā)結(jié)晶（蒸發(fā)至大部分晶體析出即停止加熱）。

二、蒸發(fā)濃縮、冷卻（降溫）結(jié)晶

如圖1所示，是氯化鈉和硝酸鉀固體的溶解度曲線，硝酸鉀符合大多數(shù)物質(zhì)溶解度變化的普遍規(guī)律，隨溫度升高，溶解度顯著增大（也有個(gè)別反常的，溶解度隨溫度升高而減小的如：Ca（OH）2、Li2CO3等），也即是一條陡峭的曲線?，F(xiàn)在如果只有KNO3水溶液，如何可以得到KNO3晶體？是否也是和NaCl的處理方法相同呢？結(jié)合溶解度曲線可知，操作方法不相同，因?yàn)槠淙芙舛入S溫度升高而增大，溫度較高溫下情況下析出晶體少，因而 KNO3只需要蒸發(fā)濃縮（使其在較高溫度下達(dá)到飽和——此時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶膜），再冷卻（降溫）結(jié)晶就會(huì)析出大量的晶體（曲線越陡峭，晶體的析出率越高，KNO3通過降溫結(jié)晶析出率高達(dá)90%以上），而不必蒸發(fā)結(jié)晶（那樣會(huì)加熱時(shí)間更久，浪費(fèi)更多燃料和時(shí)間）。這種考查方式比較常見。

【拓展變式】若KNO3晶體含少量雜質(zhì)NaCl ，如何提純？

【思路點(diǎn)撥】像這樣為了進(jìn)一步得到純度更高的某種晶體，我們還要再分別進(jìn)行多次結(jié)晶操作，稱為重結(jié)晶（再結(jié)晶）。其應(yīng)用廣泛，適合分離兩者（或多者）溶解度隨溫度影響變化不同的物質(zhì)的分離（如有機(jī)物中的苯甲酸的重結(jié)晶，2012年廣東高考33題考過等）。故此時(shí)就是重結(jié)晶，具體操作為：將所得KNO3產(chǎn)品溶于適量水，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得濾渣。

【方法突破2】獲得溶解度隨溫度變化大的或易被氧化或易分解或含結(jié)晶水的溶質(zhì)（如：KNO3、FeSO4·7H2O、NH4Cl、CuSO4·5H2O、莫爾鹽【——（NH4）2Fe（SO4）2 ·6H2O】等晶體的獲得）——操作方法：蒸發(fā)濃縮（蒸發(fā)至溶液表面出現(xiàn)結(jié)晶膜即停止加熱）、冷卻結(jié)晶、過濾（若是混合液則還需洗滌）、干燥。

【例1】（2014屆惠州三調(diào)32題節(jié)選）硫酸亞錫（SnSO4）可用于鍍錫工業(yè).某小組設(shè)計(jì)SnSO4制備路線為：

操作Ⅰ是 .

【思路點(diǎn)撥】大多數(shù)物質(zhì)溶解度隨溫度升高而顯著增大，所以題干未給出溶解度曲線或溶解度數(shù)據(jù)的情況下，要獲得晶體則直接采用上面歸納的方法突破2的操作回答即可。

【答案】蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥。

【誤區(qū)警示】過濾有多種，如低溫過濾、熱過濾、減壓過濾（抽濾——能加快過濾速度）等，請(qǐng)注意區(qū)分；過濾得到的晶體不一定是難溶物，只是在特定溫度下該物質(zhì)達(dá)到過飽和即可析出該晶體；過濾之后是需要獲得濾液還是需要獲得濾渣（晶體），請(qǐng)結(jié)合題意具體問題具體分析，不能形成思維定勢(shì)。

【例2】（2014屆揭陽一中期中考試32題節(jié)選）硫酸鋅的溶解度與溫度之間的關(guān)系如下表：

從硫酸鋅溶液中獲得硫酸鋅晶體的實(shí)驗(yàn)操作為

、 、過濾、干燥。

【思路點(diǎn)撥】注意觀察溶解的的數(shù)據(jù)，不能籠統(tǒng)的回答蒸發(fā)濃縮，應(yīng)該特定的溫度下恒溫蒸發(fā)（因?yàn)?0℃其溶解度最大，再降溫結(jié)晶，晶體析出率最大）。

【答案】60℃條件下蒸發(fā)濃縮、冷卻（降溫）結(jié)晶。

【誤區(qū)警示】蒸發(fā)有多種，如加熱蒸發(fā)、恒溫蒸發(fā)、減壓蒸發(fā)（使其在低溫下快速蒸發(fā)），請(qǐng)注意區(qū)分他們的作用不同，具體問題要具體回答準(zhǔn)確；蒸發(fā)濃縮結(jié)晶（析出晶體，后續(xù)操作是趁熱過濾）與蒸發(fā)濃縮（出現(xiàn)晶膜，后續(xù)操作是冷卻結(jié)晶）蒸發(fā)的具體程度不同，請(qǐng)注意區(qū)別（有時(shí)是題目是籠統(tǒng)描述的不加區(qū)分）。

【變式遷移1】（2014屆廣東六校第二次聯(lián)考32題節(jié)選）工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO4]的工藝流程如下：

減壓蒸發(fā)的原因 ，減壓蒸發(fā)與過濾之間缺哪一步操作 。

【思路點(diǎn)撥】液體的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而增大，壓強(qiáng)減小而減小，故減壓蒸發(fā)的原因可以解釋與該物質(zhì)的水解、穩(wěn)定性等有關(guān)，本題具體分析可知在堿式硫酸鐵中Fe3+是部分水解的，而Fe3+水解程度隨溫度升高而增大。

【答案】使水在較低溫度下蒸發(fā)程度大，而防止Fe3+的水解程度太大生成Fe（OH）3影響產(chǎn)品純度和產(chǎn)量；冷卻結(jié)晶。

【變式遷移2】（2103屆茂名二模32題節(jié)選）工業(yè)利用精煉鎂渣（含有MgO、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2、FeCl3等雜質(zhì)）回收MgCl2的工業(yè)流程如下：

操作I包含多個(gè)操作，分別為 過濾，洗滌，烘干。烘干時(shí)需要減壓烘干，原因是 。

【思路點(diǎn)撥】第一個(gè)空回答較簡單，是得到含有結(jié)晶水合物，方法自然能答對(duì)結(jié)晶方法；后面烘干的問題解釋要到位，干燥也有多種：烘干（常壓、減壓）、晾干、吹干等。

【答案】蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶；降低烘干時(shí)的溫度，防止MgCl2·6H2O分解（失去結(jié)晶水）。

三、蒸發(fā)濃縮（結(jié)晶）、趁熱過濾

根據(jù)上面圖1所給的NaCl和KNO3的溶解度曲線思考，若溶液中含有大量的NaCl和少量的KNO3，如何從溶液中獲得NaCl晶體呢？這時(shí)很自然想到，蒸發(fā)濃縮時(shí)，NaCl會(huì)先飽和析出晶體（因?yàn)镹aCl占大部分，且其溶解度隨溫度變化不大，而KNO3含量少，且高溫溶解度更大，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和），為了防止低溫下KNO3析出，故需趁熱濾即可。單獨(dú)考查這種方式不常見。

【方法突破3】多種溶質(zhì)獲得溶解度隨溫度變化不大或隨溫度升高而減小的（如：大量的NaCl和少量的KNO3混合溶液中獲得NaCl）——操作方法：蒸發(fā)濃縮（蒸發(fā)程度更大，至結(jié)晶析出）、趁熱過濾、洗滌、干燥 。

【例3】（2013屆韶關(guān)一模32題節(jié)選）Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線（g/100 g水）如右圖，則Ⅳ中得到Na2SO4固體的操作是：將分離出MnCO3和ZnCO3后的濾液升溫結(jié)晶、 用乙醇洗滌后干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是 ；

【點(diǎn)撥】注意溶解度曲線，先低溫下一段增加的是Na2SO4·10H2O的溶解度曲線，后高溫下一段減小的是Na2SO4的溶解度曲線，故這里不能冷卻結(jié)晶，會(huì)得到Na2SO4·10H2O；洗滌劑的選擇注意結(jié)合題意具體分析。

【答案】趁熱過濾；降低Na2SO4的溶解度，減少其在水中溶解而損失，防止形成 Na2SO4·10H2O而引入新雜質(zhì)。

【誤區(qū)警示】過濾之后是否要洗滌，需要看原溶液是單一溶液還是混合溶液（大多是混合溶液）；洗滌的目的就是要洗掉晶體表面（吸附）所含有的少量可溶性的雜質(zhì)（若是晶體內(nèi)部的雜質(zhì)，洗不掉，只能通過重結(jié)晶除去），洗滌試劑選擇要恰當(dāng)，特別是可溶性的晶體則要盡量減少晶體溶解而損失，常用方法有用：冷水、熱水、有機(jī)溶劑、或用該晶體的飽和溶液等來洗滌的，具體需要根據(jù)晶體的溶解性及其他性質(zhì)來選擇。

【變式遷移3】（2014屆江門調(diào)研測(cè)試第32題節(jié)選）已知有關(guān)物質(zhì)的溶解曲線如右圖所示，若要從碳酸鈉溶液中獲得碳酸鈉晶體的操作是 。

【思路點(diǎn)撥】可能部分同學(xué)對(duì)圖像理解不到位，會(huì)錯(cuò)誤的回答：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾，雖然其在40℃溶解度最大，但低溫時(shí)（0℃）溶解度減少顯著，而40-90℃雖減小，但不顯著，故蒸發(fā)濃縮（不必具體答40℃蒸發(fā)濃縮，溫度太低，效果差，升高溫度后溶解度下降不大，而溫度高，蒸發(fā)效果好）、冷卻結(jié)晶、過濾。

【答案】蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。

【變式遷移4】（2013屆揭陽華美三模第32題節(jié)選）K2FeO4 在水溶液中易水解：4FeO2-4+10H2O？葑4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑。在“提純”K2FeO4中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用 溶液（填序號(hào)）。

A. H2O B. CH3COONa、異丙醇

C. NH4Cl、異丙醇 D. Fe（NO3）3、異丙醇

【思路點(diǎn)撥】根據(jù)相似相溶原理，離子化合物一般在有機(jī)溶劑中的溶解度不大，而一般有機(jī)物在水中溶解度不大，少數(shù)的醇（1-3個(gè)碳原子的醇）、丙酮等具有親水基，與水任意比例互溶，是常用的洗滌劑，它能減少產(chǎn)品溶解而損失，同時(shí)溶解雜質(zhì)，且本身有機(jī)溶劑易揮發(fā)，順便帶走產(chǎn)品中的水分，便于產(chǎn)品晶體的干燥。本題除了考慮溶解性問題外，還需要考慮水解問題。

【答案】B

四、先蒸發(fā)濃縮（結(jié)晶）、趁熱過濾，后冷卻結(jié)晶、過濾

如何從等物質(zhì)的量的NaCl和KNO3混合溶液中分別獲得NaCl和KNO3晶體呢？結(jié)合上面提到的溶解變化規(guī)律可知：要將兩者溶解度隨溫度變化存在顯著差異物質(zhì)分離，關(guān)鍵在于控制溫度。原理是在高溫下析出溶解度小的（此處為NaCl），低溫下同樣析出溶解度小的（此處為KNO3），具體操作為：較高溫下先蒸發(fā)濃縮至析出晶體（這時(shí)析出的絕大多數(shù)是NaCl），再趁熱過濾，然后將濾液再冷卻結(jié)晶（此時(shí)析出的絕大多數(shù)是KNO3）。這種考法也不常見，一定要結(jié)合溶解度曲線具體分析。

【方法突破4】多種溶質(zhì)獲得溶解隨溫度度變化大的以及同時(shí)還要獲得溶解隨溫度度變化小的（或溶解度隨溫度變化規(guī)律相反的兩物質(zhì)）。（如：等物質(zhì)的量的NaCl和KNO3混合溶液中分別獲得NaCl和KNO3）——操作方法：先蒸發(fā)濃縮（結(jié)晶），趁熱過濾，得到溶解度變化小的晶體；再將濾液冷卻結(jié)晶，過濾，得到溶解度變化大的晶體。

【例4】（2009年廣東高考題22題改編）某同學(xué)向飽和MgCl2溶液中加入2倍物質(zhì)的量的飽和NaClO3溶液，請(qǐng)寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為： ；再進(jìn)一步制取Mg（ClO3）2·6H2O的實(shí)驗(yàn)步驟依次為：①蒸發(fā)濃縮結(jié)晶；② ；③ ；④過濾、洗滌?！咎崾荆核姆N化合物的溶解度（S）隨溫度（T）變化曲線如圖所示。】

【思路點(diǎn)撥】結(jié)合溶解度曲線變化，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：MgCl2+2NaClO3=Mg（ClO3）2+2NaCl↓，注意對(duì)復(fù)分解反應(yīng)的理解不能只停留在初中水平，實(shí)際上只要溶液中離子濃度足夠大，當(dāng)QC>Ksp時(shí)，即可形成沉淀，由本題溶解度曲線可知，四種物質(zhì)中NaCl溶解度最小，即Ksp（NaCl）最小，最先達(dá)到飽和，優(yōu)先沉淀。與此相似的典型實(shí)例就是侯氏制堿法里面應(yīng)用反應(yīng)：NaCl+NH4HClO3=NH4Cl+NaHCO3↓，與本題原理相同；故分離NaCl和Mg（ClO3）2·6H2O的方法是，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶、趁熱過濾（得NaCl）、冷卻結(jié)晶、過濾【得Mg（ClO3）2·6H2O】、洗滌。

【答案】MgCl2+2NaClO3=Mg（ClO3）2+2NaCl↓；趁熱過濾；冷卻結(jié)晶。

【誤區(qū)警示】一般蒸發(fā)濃縮后的過濾為趁熱過濾，而冷卻結(jié)晶后的過濾不用趁熱過濾。趁熱過濾的目的防止過濾太慢，溶液冷卻而導(dǎo)致溶解度隨溫度變化大的晶體析出，大大降低此時(shí)所得溶解度隨溫度變化小的晶體的純度，并且會(huì)導(dǎo)致下一個(gè)操作——冷卻結(jié)晶所要析出的溶解隨溫度變化大的晶體損失較多。

【變式遷移4】（2013屆廣州二模節(jié)32題選）硼酸（H3BO3）大量應(yīng)用于玻璃制造行業(yè)，以硼鎂礦（含2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、Al2O3）為原料生產(chǎn)硼酸的工藝流程如下：

已知：H3BO3在20℃、40℃、60℃、100℃時(shí)的溶解度依次為5.0 g、8.7 g、14.8 g、40.2 g。

（1）“浸取”后，采用“熱過濾”的目的是

___________________________。

（2）“母液”可用于回收硫酸鎂，已知硫酸鎂的溶解度隨溫度變化的曲線如圖7所示，且溶液的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而升高。為了從“母液”中充分回收MgSO4·H2O，應(yīng)采取的措施是將“母液”蒸發(fā)濃縮，_____________。

【思路點(diǎn)撥】根據(jù)溶解度的數(shù)據(jù)不難解釋需要趁熱過濾的原因，蒸發(fā)濃縮之后，后續(xù)操作不能思維定式回答冷卻結(jié)晶或趁熱過濾，要結(jié)合題給信息作答。

【答案】（1）防止溫度下降時(shí)H3BO3從溶液中析出 （意思相同即可給分。例如：從H3BO3溶解度數(shù)據(jù)可知，溫度較高時(shí)，H3BO3溶解度較大，不易從溶液中析出。）；（2）加壓升溫結(jié)晶（得分點(diǎn)：加壓2分、升溫或升溫結(jié)晶1分，升溫到180-200℃左右結(jié)晶析出得2分）。

五、在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合運(yùn)用問題

【例5】（2014屆揭陽市華美模擬題）下表是四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100 g水）：

（假設(shè)：鹽類共存時(shí)不影響各自的溶解度，分離晶體時(shí)，溶劑的損耗忽略不計(jì)）

某同學(xué)設(shè)計(jì)用物質(zhì)的量之比為1∶1的硝酸鈉和氯化鉀為原料，加入一定量的水制取硝酸鉀的實(shí)驗(yàn)，其流程如圖所示：

（1）在①和③的實(shí)驗(yàn)過程中，需要控制的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)條件是________。在上述晶體中________（填“A”或“C”）應(yīng)為硝酸鉀晶體。

（2）在①②的實(shí)驗(yàn)過程中，需要進(jìn)行的操作依次是加水溶解、蒸發(fā)濃縮、_______。

（3）粗產(chǎn)品中往往含有一定的雜質(zhì)，檢驗(yàn)該雜質(zhì)成分中陽離子的具體操作_______。欲將粗產(chǎn)品提純，可采取的方法是 。

（4）為了洗滌所得的硝酸鉀晶體，下列溶劑最佳的洗滌劑的是____（填編號(hào)）。

a. 熱水 b. 冰水 c. 95%的酒精 d. 四氯化碳

（5）如取34.0 g硝酸鈉和29.8 g氯化鉀，加入70 g水，在100 ℃蒸發(fā)掉50 g水，維持該溫度，過濾，析出晶體的質(zhì)量為________。

【思路點(diǎn)撥】本題是將前面所講四個(gè)方面的一個(gè)綜合，注意本題的基本原理是：NaNO3+KCl=KNO3+NaCl↓（100℃時(shí)），注意結(jié)合表格中溶解的差異，找到某一溫度下，誰的溶解度最小，則前面4個(gè)問題易解決，（5）需要計(jì)算，n（NaNO3）=34.0/85=0.4mol，n（KCl）=29.8/74.5=0.4mol，按照上述計(jì)量1∶1反應(yīng)，理論生成n（NaCl）=0.4mol，100 ℃溶劑還剩20g，溶解的NaCl為39.1/5=7.82，則析出的m（NaCl）=0.4×58.5-7.82=15.58≈15.6g。

【答案】（1）控制溫度；C；（2）趁熱過濾；（3）用潔凈的鉑絲或鐵絲蘸取粗產(chǎn)品在火焰上灼燒，若火焰呈黃色，說明有Na+；重結(jié)晶；（4）c；（5）15.6g。

【變式遷移5】[2013年江蘇高考第19題（5）節(jié)選] 某研究性學(xué)習(xí)小組欲從硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3 ） 出發(fā)，制備綠礬。請(qǐng)結(jié)合圖9的綠礬溶解度曲線，補(bǔ)充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO4·7H2O晶體的實(shí)驗(yàn)步驟（可選用的試劑：鐵粉、稀硫酸和NaOH溶液）：向一定量燒渣中加入足量的稀硫酸充分反應(yīng) ，

得到FeSO4 溶液， ，得到FeSO4·7H2O 晶體?！靖剑篎e3+、Al3+、Fe以氫氧化物形式開始沉淀的pH分別為1.1、3.0、5.8；完全沉淀時(shí)，溶液的pH分別為3.2、5.0、8.8】

【思路點(diǎn)撥】這是需要具體描述操作過程的，需要進(jìn)行除雜操作，需要結(jié)合題給信息作答。

【答案】 “（過濾，）向反應(yīng)液中加入足量的鐵粉，充分?jǐn)嚢韬?，滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH約為5，過濾”或“過濾，向?yàn)V液中滴加過量的NaOH溶液，過濾，充分洗滌固體，向固體中加入足量稀硫酸至固體完全溶解，再加入足量的鐵粉，充分?jǐn)嚢韬?，過濾”（滴加稀硫酸酸化，）加熱濃縮得到60℃飽和溶液，冷卻至0℃結(jié)晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。

以上是筆者對(duì)如何蒸發(fā)、如何結(jié)晶、如何過濾、如何洗滌、如何干燥做了一個(gè)全面而系統(tǒng)的闡述，但愿大家通過對(duì)引子、方法突破、例題、變式遷移、思路點(diǎn)撥、誤區(qū)警示等的理解，在今后的考試中能夠靈活運(yùn)用，拿下這個(gè)考點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分值。誠然，細(xì)節(jié)決定成敗，我們要有搶分意識(shí)，平時(shí)做到顆粒歸倉，在高考中才會(huì)真正立于不敗之地，共勉之。

（作者單位：普寧市華美實(shí)驗(yàn)學(xué)校）

責(zé)任編校 李平安