专题六 结晶与重结晶技术（讲义）-《化学实验技术基础》（第三版）(化工社）专题复习讲练测

专题6 结晶与重结晶技术（讲义）-《化学实验技术基础》（第三版）化工社-专题复习讲练测 一、考纲解读 1.能够准确阐述结晶的原理，即利用物质的溶解度随温度变化等因素使溶质从溶液中以晶体形式析出。 2.掌握重结晶中溶剂选择的方法，明确被提纯物质在溶剂中的溶解度应在高温时大、低温时小，同时溶剂要与被提纯物质不发生化学反应容易获取。 3.牢记重结晶操作的注意事项，如避免溶剂与被提纯物质反应、防止局部过热、控制冷却结晶速度、选择合适过滤装置、防止溶剂挥发以及对有毒溶剂的正确操作等。 二、知识点梳理 一、结晶 （1）结晶是指溶液达到过饱和后，从溶液中析出晶体的过程。通常将经过蒸发浓缩的溶液冷却放置一定时间后，晶体就会自然析出。 （2）对于溶解度随温度变化较大的物质，可减小蒸发量，甚至不经蒸发，而酌情采用冰-水浴或冰-盐浴进行冷却，以促使结晶析出完全。在结晶过程中，一般需要适当加以搅拌，以避免结成大块。 从溶液中析出晶体的纯度与晶体颗粒的大小有关。小颗粒生成速度较快，晶体内不易裹入母液或其他杂质，有利于纯度的提高。大颗粒生长速度较慢，晶体内容易带入杂质，影响纯度。但是，颗粒过细或参差不齐的晶体容易形成稠厚的糊状物，不便过滤和洗涤，也会影响纯度。 （3）晶体颗粒的形成与结晶条件有关。 当溶液浓度较大、溶质溶解度较小、冷却速度较快或结晶过程中剧烈搅拌时，较易析出细小的晶体;反之，则容易得到较大的晶体。适当控制结晶条件，就能得到颗粒均匀、大小适中的较为理想的晶体。 进行结晶操作时，如果溶液已经达到过饱和状态，却不出现结晶，可用玻璃棒摩擦容器内壁，或者投入少许同种物质的晶体作为“晶种”，以诱导的方式促使晶体析出。 二、重结晶 固体物质的溶解度一般随着温度的升高而增大。将固体物质溶解在热的溶剂中，制成饱和溶液，再将溶液冷却、重新析出结晶的过程叫做重结晶。通过重结晶可将在同种溶剂中具有不同溶解度的物质分离开来，这是提纯固体物质的重要方法，适用于提纯杂质含量在 5%以下的固体物质。 三、溶剂的选择 正确选择溶剂是重结晶的关键。可根据“相似相溶”原理，极性物质选择极性溶剂，非极性物质选择非极性溶剂。同时，选择的溶剂还必须具备下列条件: (1) 不能与被提纯物质发生化学反应; (2) 溶剂对被提纯物质的溶解度随温度变化差异显著 (温度较高时，被提纯物质在溶剂中的溶解度很大，而低温时，溶解度很小); (3)杂质在溶剂中的溶解度很小或很大(前者当被提纯物溶解时，可将其过滤除去;后者当被提纯物析出结晶时，杂质仍留在母液中); (4) 溶剂的沸点较低，容易挥发，以便与被提纯物质分离。 选择的溶剂除符合上述条件外，还应该具有价格便宜、毒性较小、回收容易和操作安全等优点。 重结晶所用的溶剂，一般可从实验资料中直接查找，也可以通过试验的方法来确定取几支试管，分别装人 0.1g 待重结晶的样品，再分别滴加 1mL 不同的溶剂，小心加热至沸腾 (注意溶剂的可燃性，严防着火!)，观察溶解情况。 如果加热后完全溶解，冷却后析出的结晶量最多，则这种溶剂可认为是最适用的。 如果加热后不能完全溶解，当补加热溶剂至3mL时，仍不能使样品全部溶解，或样品在 1mL 冷溶剂中便能迅速溶解，以及样品在lmL 热溶剂中能溶解，但冷却后无结晶析出或结晶很少，则可认为这些溶剂不适用。实验室中常用的重结晶溶剂见表 2-2。 当使用单一溶剂效果不理想时，还可以使用混合溶剂。混合溶剂一般由两种能互溶的溶剂组成。其中一种易溶解被提纯物，而另一种则较难溶解被提纯物。 常用的混合溶剂有:乙醇-水、乙酸-水、丙酮-水、乙醚-丙酮、乙醚-苯、石油醚-苯、石油醚-丙酮等。 四、重结晶操作 重结晶的操作程序一般可表示如下: (1) 热溶解 在适当的容器中，用选好的溶剂将被提纯的物质溶解，制成接近饱和的热溶液。如果选用的是易挥发或易燃的有机溶剂，则热溶解应在回流装置中进行:若以水为溶 剂，采用烧杯或锥形瓶等作为容器即可。 (2) 脱色 若溶液中含有色杂质，可待溶液稍冷后，加人适量活性炭，在搅拌下煮沸5~10min，利用活性炭的吸附作用将有色杂质除去。活性炭的用量一般为样品量的 1%~5%，不宜过多，否则会吸附样品，造成损失。 (3) 热过滤 将经过脱色的溶液趁热在保温漏斗中过滤，除去活性炭及其他不溶性杂质若样品溶解后，溶液澄清透明，无任何不溶性杂质和有色杂质，则可省去脱色和热过滤这两步操作。 (4) 结晶 将热过滤后所得滤液静置到室温或接近室温，然后在冰-水或冰-盐水浴中充分冷却，使结晶析出完全。如果溶液冷却后，不出现结晶，可投入少量纯净的同种物质作为晶种，促使溶液结晶，或用玻璃棒摩擦器壁引发结晶形成;如果溶液冷却后析出油状物，可剧烈搅拌，使油状物分散并呈结晶析出。 (5) 抽滤 用减压过滤装置将结晶与母液分离开。再用冷的同一溶剂洗涤结晶两次，最后用洁净的玻璃钉或玻璃瓶盖将其压紧并抽干。 (6) 干燥 挤压抽于后的结晶习惯上称为滤饼。将滤饼小心转移到洁净的表面皿上，经自然晾干或在 100C以下烘于即得纯品，称量后保存。 五、操作注意事项 (1) 溶解样品时，若溶剂为低沸点易燃物质，应选择适当热浴并装配回流装置，严禁明火加热;若溶剂有毒性应在通风橱内进行。 (2)脱色时，切不可向正在加热的溶液中投入活性炭，以免引起暴沸。 (3) 热过滤后所得滤液要自然冷却，不能骤冷和振摇，否则所得结晶过于细小，容易吸附较多杂质。但结晶也不宜过大 (超过 2mm 以上)，这样往往在结晶中包裹溶液或杂质既不容易干燥，也保证不了产品纯度。当发现有生成大结晶的趋势时，可稍微振摇一下，使晶体均匀规则、大小适度。 (4) 使用有机溶剂进行重结晶后，应采用适当方法回收溶剂，以利节约。 三、真题练讲 1.(2021年陕西省统一考试)下列关于结晶的说法正确的是（ ） A. 结晶是溶质从溶液中析出形成晶体的过程，只能通过降温实现 B. 所有物质都可以通过结晶的方法从溶液中分离出来 C. 结晶过程中溶液一定是饱和溶液 D. 结晶速度越快，得到的晶体纯度越高 【答案】C 【解析】A 选项，结晶可以通过降温、蒸发溶剂等多种方法实现，不只是降温，A 错误。B 选项，有些物质在溶液中可能不会形成晶体，或者其溶解度随温度等条件变化不明显，难以用结晶方法分离，B 错误。C 选项，只有溶液达到饱和，溶质才会析出结晶，C 正确。D 选项，结晶速度过快可能会导致杂质包裹在晶体内部，影响纯度，D 错误。 2.(2019年河南省统一考试)在重结晶溶剂选择时，以下不适合作为选择依据的是（ ） A. 溶剂对杂质的溶解度很大或很小 B. 溶剂对被提纯物质的溶解度随温度变化大 C. 溶剂沸点越高越好 D. 溶剂应容易与重结晶物质分离 【答案】C 【解析】A 选项，若溶剂对杂质溶解度很大可使杂质留在溶液中，溶解度很小可通过过滤除去杂质，A 适合。B 选项，这样便于通过温度变化使被提纯物质结晶析出，B 适合。C 选项，溶剂沸点不是越高越好，沸点过高可能导致在后续分离过程中难以除去溶剂，C 不适合。D 选项，便于得到纯净的重结晶物质，D 适合。 3.(2021年浙江省统一考试)重结晶操作的一般步骤顺序正确的是（ ） ①过滤 ②加热溶解 ③冷却结晶 ④选择合适溶剂 A. ④②①③ B. ④②③① C. ②④③① D. ②④①③ 【答案】B 【解析】首先要选择合适溶剂，然后将待重结晶物质在溶剂中加热溶解，接着冷却使溶质结晶析出，最后过滤得到晶体，顺序为④②③①，答案是 B。 4.(2020年浙江省统一考试)重结晶操作中，加热溶解时需要注意（ ） A. 溶剂加入量越多越好，以保证完全溶解 B. 若使用可燃性溶剂，要注意远离火源 C. 可以直接加热，加快溶解速度 D. 不需要考虑被提纯物质的热稳定性 【答案】B 【解析】A 选项，溶剂过多会导致溶质损失且后续结晶困难，A 错误。B 选项，使用可燃性溶剂时靠近火源易引发火灾，必须注意安全，B 正确。C 选项，有些物质在直接加热时可能分解或发生其他反应，应根据情况选择合适的加热方式，C 错误。D 选项，需要考虑被提纯物质的热稳定性，防止其在加热过程中分解，D 错误。 5.(2019年浙江省统一考试)重结晶过程中，为了得到较大颗粒的晶体，可采取的措施是（ ） A. 快速冷却溶液 B. 剧烈搅拌溶液 C. 缓慢降温并避免搅拌 D. 增加溶质的量 【答案】C 【解析】A 选项，快速冷却溶液会使晶体快速析出，得到的晶体颗粒小且可能不纯，A 错误。B 选项，剧烈搅拌溶液会使晶体破碎或形成很多小晶体，B 错误。C 选项，缓慢降温并避免搅拌有利于晶体有足够时间生长成较大颗粒，C 正确。D 选项，增加溶质的量不会直接影响晶体颗粒大小，D 错误。 四、限时练讲 1.结晶的原理主要是基于（ ）。 A. 物质的溶解度随温度变化而变化 B. 物质的密度差异 C. 物质的化学性质不同 D. 物质的颜色差异 【答案】A。 【解析】结晶是利用物质的溶解度随温度变化等因素，使溶质从溶液中以晶体形式析出。物质溶解度随温度变化，改变温度等条件可使溶质结晶析出。 2.结晶过程中，通常缓慢降温的目的是（ ）。 A. 节省时间 B. 获得较大颗粒的晶体 C. 提高结晶速度 D. 减少杂质的混入 【答案】B。 【解析】缓慢降温可以使晶体有足够的时间生长，从而获得较大颗粒的晶体。快速降温可能导致形成的晶体颗粒较小且不均匀。 3.选择重结晶溶剂时，首要考虑的因素是（ ）。 A. 溶剂的价格 B. 溶剂的挥发性 C. 被提纯物质在该溶剂中的溶解度 D. 溶剂的毒性 【答案】C。 【解析】重结晶溶剂的选择关键是被提纯物质在该溶剂中有合适的溶解度，在高温时溶解度大，低温时溶解度小，这样才能通过重结晶达到提纯的目的。 4.在重结晶溶剂选择中，若被提纯物质在溶剂中的溶解度随温度升高而急剧增大，则该溶剂（ ）。 A. 不适合做重结晶溶剂 B. 适合在高温下进行重结晶操作 C. 适合在低温下进行重结晶操作 D. 难以判断是否适合 【答案】B。 【解析】溶解度随温度升高而急剧增大的溶剂，适合在高温下使被提纯物质充分溶解，然后降温使溶质结晶析出，适合在高温下进行重结晶操作。 5.重结晶的主要操作步骤不包括（ ）。 A. 溶解 B. 过滤 C. 蒸馏 D. 冷却结晶 【答案】C。 【解析】重结晶主要步骤包括溶解被提纯物质、过滤除去不溶性杂质、冷却结晶使溶质析出。蒸馏不是重结晶的主要操作步骤。 6.重结晶过程中，冷却结晶的速度应该（ ）。 A. 越快越好 B. 越慢越好 C. 适中 D. 没有要求 【答案】C。 【解析】冷却结晶速度适中可以得到较好的晶体。速度过快可能导致晶体颗粒小且不均匀，速度过慢会浪费时间。 7.重结晶操作中，为了减少杂质的混入，应注意（ ）。 A. 使用不干净的容器 B. 快速过滤 C. 避免溶剂挥发 D. 搅拌速度极快 【答案】C。 【解析】避免溶剂挥发可以减少空气中的杂质进入溶液，从而减少杂质的混入。使用不干净的容器、快速过滤和搅拌速度极快不一定能减少杂质混入。 8.重结晶过程中，若溶剂具有毒性，应采取的防护措施不包括（ ）。 A. 在通风良好的地方操作 B. 佩戴手套和口罩 C. 用嘴吸溶剂 D. 小心操作，避免溶剂泄漏 【答案】C。 【解析】用嘴吸溶剂是非常危险且错误的操作，不能作为防护措施。在通风良好的地方操作、佩戴手套和口罩以及小心操作避免泄漏都是正确的防护措施。 9.重结晶溶剂选择的原则有哪些？ 【答案】重结晶溶剂选择的原则主要有： （1）被提纯物质在该溶剂中的溶解度在高温时较大，低温时较小，这样有利于在高温下溶解被提纯物质，低温下使其结晶析出； （2）与被提纯物质不发生化学反应； （3）溶剂沸点不宜过高，以便于在结晶后容易除去； （4）毒性小、价格便宜、容易获取。 10.简述重结晶的操作步骤。 【答案】重结晶的操作步骤主要有： （1）选择合适的溶剂； （2）溶解被提纯物质，通常在加热和搅拌下进行，使被提纯物质充分溶解；（3）趁热过滤，除去不溶性杂质； （4）冷却结晶，使溶液缓慢降温，让溶质结晶析出； （5）过滤收集晶体，并用少量冷的溶剂洗涤晶体，以除去残留的杂质；（6）干燥晶体，得到纯净的产品。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.结晶的概念和原理：结晶是利用物质的溶解度随温度变化等因素，使溶质从溶液中以晶体形式析出。 2.重结晶的操作步骤：包括选择溶剂后进行溶解操作，通常在加热和搅拌下使被提纯物质充分溶解；趁热过滤以除去不溶性杂质；冷却结晶，通过缓慢降温让溶质结晶析出；过滤收集晶体并进行洗涤以去除残留杂质；最后干燥晶体得到纯净产品。 3.注意事项：比如要避免溶剂与被提纯物质发生反应，溶解时缓慢加热并搅拌防止局部过热，控制冷却结晶速度适中，选择合适过滤装置避免晶体损失，注意防止溶剂挥发以免杂质混入，对于有毒溶剂要在通风良好环境下操作并采取防护措施。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$