2025届高考化学一轮复习 工艺流程专题：产品的分离提纯操作 —结晶 课件

工艺流程专题：产品的分离提纯操作 ——结晶 获得产品阶段——结晶 KNO3溶液中获取KNO3固体 蒸发浓缩(至出现晶膜)，降温结晶，过滤 蒸发结晶(至出现大量晶体，余热蒸干) NaCl溶液中获取NaCl固体 陡升型；受热不稳定的物质（含结晶水等） 缓升型/下降型；受热稳定的物质 4 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 60℃ 80℃ 100℃ KNO3 13.3 20.9 31.6 45.8 63.9 110.0 169 246 KCl 27.6 31.0 34.0 37.0 40.0 45.5 51.1 56.7 NaNO3 73 80 88 96 104 124 148 180 NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.3 38.4 39.8 *不同温度下不同物质溶解度（g/100g 水） KNO3固体(含较多NaCl)中获取KNO3固体 NaCl固体(含较多KNO3)中获取NaCl固体 溶解，蒸发结晶，趁热过滤(滤出晶体为NaCl)，滤液冷却结晶(KNO3) 溶解，蒸发结晶，趁热过滤(滤出晶体为NaCl)，滤液冷却结晶(KNO3) KNO3溶液(含少量NaCl)中获取KNO3固体 NaCl溶液(含少量KNO3)中获取NaCl 固体 蒸发浓缩，降温结晶，过滤(滤出的晶体为KNO3) 蒸发结晶，趁热过滤(滤出的晶体为NaCl) [讨论2]根据已给信息设计制备高纯度KNO3晶体的实验流程（提供药品：NaNO3 、KCl ） 固体溶解 蒸发结晶，趁热过滤 (滤液)冷却结晶，过滤 粗品重结晶 NaNO3 + KCl = KNO3 + NaCl 重结晶法：粗产品溶解，配成热饱和溶液，结晶 结晶是利用固体物质均能溶于水，且在水中溶解度差异较大的一种除杂质方法，指固体物质从溶液中析出的过程 ①蒸发结晶——蒸发溶剂直接结晶； ②蒸发浓缩、冷却结晶； ③蒸发结晶、趁热过滤——蒸发浓缩至有大量晶体析出，趁热过滤）。 ④若得到的晶体（固体）纯度不够，我们将晶体溶解再次结晶，称之为重结晶——提纯固体。 一、利用溶解度差异——结晶 蒸发结晶:通过加热蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为过饱和溶液，继续加热使溶质析出。蒸发结晶一般适用于溶解度受温度影响不大的物质并且不易变质的物质，常见的是NaCl。 工具原料：铁架台、蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、坩埚钳、石棉网 方法/步骤 步骤1：安装好装置。 注意：调节蒸发皿高度，以便利用酒精灯外焰加热。 步骤2：添加待蒸发液至蒸发皿中。 注意：添加液体不能超过蒸发皿容积的2/3，否则可能导致液体飞溅。 步骤3：加热。 注意：加热的过程中必须用玻璃棒不断搅拌。 1.蒸发结晶: 步骤5：用坩埚钳取下蒸发皿，置于石棉网上。 注意：“坩埚”是土字旁。 步骤6：收集固体，并装瓶。 在此步中，若条件允许可以用无水乙醇冲洗后，在装瓶。 步骤4：停止加热。 注意：蒸发结晶不该把液体完全蒸干才停止加热，应该待有较多晶体析出时便停止加热，利用余热将剩余水分蒸干。 考试答题模板： 将溶液倒入蒸发皿中，边加热边搅拌，待大量晶体出现时用余热烘干——蒸发结晶。 1.蒸发结晶: 2.蒸发浓缩，冷却结晶 溶解度随温度升高而升高得很明显时，这个溶质叫陡升型（ KNO3 ）反之叫缓升型（ NaCl ）。 对于单一的陡升型溶液（ KNO3）或者所得晶体含有结晶水合物，一般采用蒸发浓缩(至出现晶膜)、冷却结晶、过滤的方法分离。 （10字口诀） 如硫酸铜溶液得到CuSO4·5H2O的晶体过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。 方法/步骤 1.蒸发浓缩 2.冷却结晶 3.过滤：将析出的晶体与母液分离，可采取普通过滤或抽滤。 2.蒸发浓缩，冷却结晶 溶液放在蒸发皿中，边加热边搅拌，待溶液表面出现一层晶膜时，停止加热 思考：蒸发到何时为止？ 11 操作表述：将粗苯甲酸溶解在95℃的热水中制的饱和溶液，趁热过滤、冷却结晶再过滤。 实验目的：除去苯甲酸中不溶性杂质。 已知苯甲酸在水中溶解度： 25℃，0.17g；50℃，0.95g；95℃，6.8g 3.重结晶（固体混合物） 趁热过滤、冷却结晶再过滤适用范围1： —— 对于陡升型溶液（ KNO3），但含有不溶性杂质 如想除去Ca(OH)2晶体中的KNO3杂质, 宜采用蒸发浓缩，趁热过滤。 趁热过滤、冷却结晶再过滤适用范围2： ——从陡升型溶液（ KNO3）中提取溶解度随温度增大而且减小的溶质。 4.蒸发结晶，趁热过滤 【讨论1】①结合图中溶解度，从MnSO4溶液得到MnSO4·H2O的操作是______。 ③从MnSO4和MgSO4混合溶液中分离得到MnSO4·H2O和MgSO4·6H2O的具体操作是________。 高于60℃蒸发结晶，趁热过滤，得到MnSO4·H2O晶体，滤液冷却结晶得到MgSO4·6H2O 高于60℃蒸发结晶，趁热过滤 蒸发温度选择 ②从MnSO4溶液得到MnSO4·5H2O的操作是______。 低于60℃蒸发浓缩，冷却结晶，过滤 高考真题 将PbO粗品溶解在一定量的110 ℃的35 % NaOH溶液，充分溶解后，趁热过滤，冷却、结晶后再过滤 （2016年北京高考）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下： （3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)+NaOH(aq) NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。 ②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作___________。 粗品：PbO、C NaHPbO2(aq) 结晶是利用溶解度差异——控温 所以在解答该问题时，熟悉实验原型的同学就可以直接关联教材中分离提纯中粗苯甲酸的实验，结合PbO在两种浓度的NaOH溶液中的溶解度曲线，就能快速表达实验操作是：将PbO粗品溶解在一定量的110 ℃的35 % NaOH溶液，充分溶解后，趁热过滤，冷却、结晶后再过滤。 15 （4）结合MgSO4与MnSO4溶解度曲线，简述“结晶分离”的具体实验操作 。 将净化液在100℃时蒸发结晶、趁热过滤 例13（12分）（2021年）用软锰矿（主要成分MnO2，含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgCO3等杂质）制备MnSO4·H2O的流程如下： 净化液体 MnSO4、MgSO4 产品 MnSO4·H2O 杂质是什么？ 【讨论2】某小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠（NaClO2）的研究。 实验Ⅰ：制取NaClO2晶体 已知：NaClO2饱和溶液在温度低于38℃时析出晶体是NaClO2•3H2O，高于38℃时析出晶体是NaClO2，高于60℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。利用下图所示装置进行实验。 从装置④反应后的溶液获得NaClO2晶体的操作步骤为_______。 ①减压，55℃蒸发结晶；②趁热过滤；③用38~60℃的温水洗涤；④低于60℃干燥，得到成品。 条件控制 【讨论3】盐湖晒盐后的母液含MgCl2，其溶解度如表： 欲得到MgCl2·6H2O晶体的操作方法是______。 向溶液中加入一定浓盐酸（通入HCl气体）置于蒸发皿中，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤 注意水解 若要获得无水MgCl2，操作是______。 在HCl气流中加热蒸干 温度/℃ 0 20 40 60 80 100 溶解度/g 41.8 54.1 70.4 74.8 75.2 80.5 【讨论4】如何制备Cu(NH3)4SO4·H2O晶体？ 选修三教材(2004版)P42 选择性必修二教材(2020版)P96 醇析法： 利用物质在不同溶剂中的溶解度不同而结晶析出的方法 平衡移动思想 【讨论5】（2020全国I·26）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。 盐析法： 利用平衡移动原理（比如同离子效应）使物质结晶析出的方法。 平衡移动思想 (6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是___________。 利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全 20 6.【2022湖北卷T16】 （5）磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入_______________促进其结晶。 过饱和溶液暂时处于亚稳态,当加入一些晶体或晃动时可使此状态失去平衡,过多的溶质就会结晶,因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶体促进其结晶。 磷酸晶体 油脂皂化反应后的皂化液分离出高级脂肪酸钠的方法： 选择性必修三教材(2020版)P80 选择性必修三教材(2020版)P112 盐析法： 利用平衡移动原理（比如同离子效应）使物质结晶析出的方法。 平衡移动思想 蛋白质的分离提纯： 22 选三P60 晶粒大小控制 玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓 慢冷却形成的。 1、晶粒大小与结晶条件有关： 溶质的溶解度越小，或溶液的浓度越高，或溶剂的蒸发速度越快， 或溶液冷却得越快，析出的晶粒就越小；反之，可得到较大的晶粒。 拓展视野 2、若过饱和溶液中没有析出晶体，可采取以下措施： ①振荡容器，用玻璃棒搅动，增加溶质粒子碰撞的几率，形成晶核。 ②用玻璃棒轻轻地摩擦器壁以形成玻璃粗糙面或玻璃小点，作晶核。 ③投几粒晶体(晶种)，直接提供晶核。 修正基本模型 物质性质 结晶 实验目的 溶解性（陡升型/缓升型/下降型）、稳定性 分离产品/提纯除杂 物质状态 固体/溶液 物质含量 量相当/量差大 方式 变温结晶 常温结晶 蒸发结晶、冷却结晶 醇析、盐析 注意 浓缩标准 温度控制 出现晶膜、大量晶体析出 蒸发、冷却、过滤温度 【2017全国Ⅲ节选】制备K2Cr2O7 （4）有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”(溶质主要为Na2Cr2O7)中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 （填标号）得到K2Cr2O7固体产品最多。 a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃ Na2Cr2O7 + 2KCl = K2Cr2O7 + 2NaCl d 冷却温度 【2021浙江节选】某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体，流程如下： Na2Cr2O7 + 2KCl = K2Cr2O7 + 2NaCl Na+、K+、Cr2O72-、Cl- (3)步骤V，重结晶前，为了得到杂质较少的K2Cr2O7粗产品，从下列选项中选出合理的操作(操作不能重复使用)并排序： 溶解KCl →______→______→______ →______→重结晶。 a．50℃蒸发溶剂； b．100℃ 蒸发溶剂； c．抽滤； d．冷却至室温； e．蒸发至溶液出现晶膜，停止加热； f．蒸发至溶液中出现大量晶体，停止加热。 蒸发温度 过滤方式 浓缩程度 a e d c 【2013江苏选】结合绿矾溶解度曲线，制备 FeSO4·7H2O晶体。 （可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液） 向一定量烧渣（含Fe2O3、SiO2、Al2O3）加入足量的稀硫酸充分反应，过滤，向反应液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤，得到FeSO4溶液， ，得到FeSO4·7H2O晶体。 滴加稀硫酸酸化，氮气氛围下，加热浓缩得到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥 物质性质(易水解) 蒸发温度 洗涤试剂 干燥方式 物质性质(易氧化) 冷却温度 物质性质(如是否水解、氧化等)、蒸发温度、蒸发次数、浓缩程度、降温温度、过滤方式、洗涤试剂、干燥方式等 物质性质 结晶 实验目的 溶解性（陡升型/缓升型/下降型）、稳定性 分离产品/提纯除杂 物质状态 固体/溶液 物质含量 量相当/量差大 方式 变温结晶 常温结晶 蒸发结晶、冷却结晶 醇析、盐析 注意 浓缩标准 温度控制 出现晶膜、大量晶体析出 蒸发、冷却、过滤温度 [2022全国乙·27]二草酸合铜(Ⅱ)酸钾( )可用于无机合成、功能材料制备。实验室制备二草酸合铜(Ⅱ)酸钾可采用如下步骤： Ⅰ.取已知浓度的CuSO4溶液，产生浅蓝色沉淀。加热，沉淀转变成黑色，过滤。 Ⅱ.向草酸(H2C2O4)溶液中加入适量K2CO3固体，制得KHC2O4和K2C2O4混合溶液。 Ⅲ.将Ⅱ的混合溶液加热至80~85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁热过滤。 Ⅳ.将Ⅲ的滤液用蒸汽浴加热浓缩，经一系列操作后，干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体，进行表征和分析。 （7）Ⅳ中“一系列操作”包括________。 冷却结晶、过滤、洗涤 [2022广东·18] 稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下： （4）②“操作X”的过程为：先_______，再固液分离。 冷却结晶 [2022湖北·18]以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。 （3）为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为____、___、洗涤。 蒸发浓缩、趁热过滤 [2021河北·14] 向滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)→NaCl(aq)+NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作为___、___、洗涤、干燥。 蒸发浓缩、冷却结晶 [2021福建·11] （5）“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是_______。 提供NH4+,使MoO42-充分转化为沉淀析出 （4）步骤⑤的具体实验操作有_____，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。 加热浓缩、冷却结晶、过滤（洗涤） [2021湖南·15] 步骤I中晶体A的化学式是____，晶体A能够析出的原因是_____。 NaHCO3；30~35℃，碳酸氢钠溶解度相对最小，最易析出 （3）步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3（水溶液中H2SO3、HSO3-、SO32-随pH的分布如题19图−2所示，Na2SO3的溶解度曲线如题19图−3所示）。 边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，pH约为10时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于34℃条件下趁热过滤 ②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案： _________________，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装。 37 [2021江苏·17] 加热至450℃左右，加入适量1 mol/L 硫酸溶液，搅拌，待充分反应后过滤、洗涤 $$