内容正文:
【教学素材】
蒸馏分离技术
湖北省石首市文峰初级中学 刘涛(正高级教师)
【知识链接】“蒸馏”是一种利用液体混合物中各组分的沸点差异,而将组分分离提纯的物理方法,蒸馏的核心原理是蒸发和冷凝两种基本操作的联合,通过加热沸腾,使混合物中沸点较低的组分汽化,再经冷凝成液体回收,从而实现与其他组分分离或除去所含杂质。其优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂,从而保证不会引入新的杂质。
一、蒸馏在工业生产与日常生活中的应用:
(1)酒类酿造:白酒等蒸馏酒的生产,通过蒸馏将发酵液中低沸点的酒精与水分等分离提纯。
(2)水净化:工业上通过蒸馏制备纯度较高的蒸馏水,能有效去除原水中的大部分离子、有机物等杂质。
(3)海水淡化:利用热能将海水中的水分蒸发,使盐分结晶析出,再将水蒸气冷凝为淡水,主要包括多级闪蒸(MSF)和低温多效蒸馏(MED)。
(4)化工分离:在石油、食品、冶金、化学等行业中用于分离液体混合物。还可测定纯化合物沸点及提纯物质。
二、蒸馏的分离条件及注意事项:
(1)分离条件:液体必须是混合物,且各组分沸点存在差异,通常沸点相差 30℃以上分离效果较好。
(2)实验注意:加热前需加入助沸物(如碎瓷片、沸石)以防暴沸,若中途停止沸腾,重新加热前应加入新的助沸物。
【同步训练设计】
1.有关分离液态空气法制氧气的说法正确的是( )
A.利用了液氮比液氧的沸点低
B.制得的氧气为纯氧
C.发生的是化学变化
D.氧气贮存在黑色钢瓶中
2.工业上常用“分离液态空气”制氧气的过程如图所示。下列说法中正确的( )
A.此方法制氧气的原料来源广泛
B.说明液氧的沸点比液氮的沸点低
C.该液体物质是纯净的氧气
D.该分离过程是化学变化
3.蒸馏法是常用的海水淡化方法。取少量海水,用下图所示装置进行了蒸馏法淡化海水的模拟探究实验。下列有关说法中,不正确的是( )
A.蒸馏过程中a试管里溶液的溶质质量分数变大
B.增加导管的长度可以使水蒸气的冷凝效果更好
C.加热过程中水分子的体积和能量都变大
D.蒸馏主要是利用物质的沸点不同将混合物进行分离
4.工业上常用“分离液态空气”制氧气,此方法是以空气为原料,利用液氮与液氧沸点不同,将其分离。其微观示意图如下:
(1)图中可表示的微粒是 (写化学式)。“分离液态空气”发生的是 (填“物理”或“化学”)变化。
(2)下列说法不正确的是 (填字母)。
A.此方法制氧气的原料来源广泛
B.洁净的空气是纯净物
C.沸点属于物理性质
D.利用此方法既可得到氧气又可得到氮气
(3)下列能表示液态空气微观示意图的是 (填字母)。
A. B. C.
5.工业上常用“分离液态空气”制氧气,此方法是以空气为原料,利用液氮与液氧沸点不同,将其分离。主要流程如下图。
(1)空气中氧气的体积分数为 %。
(2)“分离液态空气”后产生的变化是 (填“物理”或“化学”)变化。贮存液氧的钢瓶外壁涂色。液氧贮存在 (填“蓝”“黑”或“黄”)色钢瓶中。
(3)上述流程中,含有氧分子的物质有 (填字母)。
A.空气 B.洁净空气 C.液态空气 D.氮气 E.液氧
6.阅读科普短文,回答问题:
工业制取蒸馏水的方法自然界中的水都不纯净,通常含有钙、镁、铁等多种盐,还含有机物、微生物、溶解的气体(如二氧化碳)和悬浮物等。用蒸馏方法可以除去其中的不挥发组成。用蒸馏法,并配合以下一些措施,可以获取质量较高的蒸馏水(工业蒸馏水)。
①排去初始馏分(约占原水的20%),因为挥发组分主要集中在初始馏分中。
②排去残留部分(约占原水的20%),因为很多不挥发组分集中在残留水中。
③添加某些物质以利于蒸馏。例如,添加NaOH,使水中的CO2变成难挥发组分,添加KMnO4可氧化水中的有机物。
蒸馏水的质量标准之一是含盐量一般在1~5mg/L左右。因为水中的含盐量减少,水的电阻率增加,就能用测定水的电阻率来衡量水的纯度。蒸馏水的电阻率要求在0.1×106Ω•cm(欧•厘米)左右。蒸馏水经过多次蒸馏,可得重蒸馏水,它的纯度更高。
(1)原水中含有的铁、钙、镁指代的是 (填字母)
A.原子B.分子C.元素D.离子
(2)1L原水蒸馏后最多得到的水的体积为 。
(3)在原水中加入氢氧化钠和高锰酸钾后产生的变化是 (填“物理”或“化学”)变化。
(4)原水的导电性比蒸馏水 (填“强”或“弱”)。
6.(1)C;(2)0.6L;(3)化学变化;(4)强。
7.阅读科普短文,回答下列问题:
蒸馏酒,是利用粮食经过“发酵再蒸馏”的方式而得到的酒。中国白酒,就是以高粱,小麦等谷物为原料的蒸馏酒。40度以上的烈酒多是蒸馏酒。李时珍在《本草纲目》中就记载到:“烧酒非古法也,自元时始创其法”。
白酒的“度数”,是指室温下酒中酒精(乙醇)所占的体积百分比。“53度”就表示在100mL的酒中,有53mL酒精。
中国人喝白酒,有一个重要指标,叫做“口感醇厚”,一般用“粘度”来进行衡量,粘度越大口感越醇厚。“粘度”,取决于液体中分子的种类及分子之间的相互吸引力。酒的粘度主要取决于其中水和酒精分子的比例。酒精度数与酒粘度的关系如图1所示。
无论什么品牌的酒,其成分98%以上都是水和酒精,不同酒的味道差异来自2%的其他成分,比如醛类、酯类和芳香族类。酒的成分比例如图2所示。
酒精在嘴里、胃中、小肠中都能被吸收。吸收后,通过呼吸和排尿排出的酒精只占10%,剩下90%的酒精,全部在肝脏中进行代谢。肝脏就像一个大的化工厂,其中有多种渠道帮助酒精变身。下图是酒精变身的途径之一。
酒精变身后的乙醛有毒性,能够破坏身体内蛋白质的结构,使人中毒,对人体的肝脏和胰脏影响很大。酒精也是有毒的,比较长久的作用是对大脑的毒害。进入身体后的酒精,经过10分钟就能到达大脑,并会在大脑中沉着半个月到一个月之久。
(1)乙醇(化学式为C2H5OH)由 种元素组成。
(2)“60度”白酒,就是指在100mL酒中,含有 mL酒精。
(3)酒精度数为 度时,口感最醇厚。
(4)酒精变身后的乙醛会使人中毒是因为 。
(5)下列说法正确的是 (填字母)。
A.不同品牌的酒价格差别很大,是因为其主要成分不同
B.小酌怡情,饮多伤身,切勿酒驾
C.乙醇溶液可用于医用消毒
8.石油不仅是一种重要的能源,还是许多化工产品的重要原料。石油分馏是将石油中沸点不同的成分逐步分离的一种方法,石油分馏塔的示意图如图甲,回答下列问题。
常见馏分的性质及主要用途如表(部分物质未列出):
名称
谈不清化合物中碳原子数
沸点/℃
主要用途
汽油
5~11
20~200
汽车燃料
煤油
11~16
175~275
飞机燃料
柴油
15~18
250~400
中巴、巴士、重型汽车及工厂燃料
润滑油
16~20
300~400
减小机械零件间的摩擦、磨损
重油
>20
≥500
轮船、工厂、发电厂燃料
(1)石油被称为“工业的血液”,下列有关石油的说法正确的是 (填字母)
A.石油是可再生的
B.石油在地球上的蕴藏量是丰富的,可以无限、随意开采
C.石油是一种混合物
D.石油可直接用作飞机燃料
(2)下列物质中,不属于石油产品的是 (填字母)
A.煤油 B.汽油 C.柴油 D.煤焦油
(3)在汽油中加入适量乙醇,可以节省石油资源,减少汽车尾气污染。乙醇在空气中燃烧的化学方程式为 。
(4)石油分馏属于 (填“物理”或“化学”)变化。根据分馏塔的工作原理和各物质的沸点不同,填写馏分最有可能的成分是:a是 (填序号);c是 (填序号);
①汽油 ②煤油 ③润滑油
参考答案
1~3.A、A、C;
4.(1)N2;物理;(2)B;(3)B。
5.(1)21;(2)物理;蓝;(3)ABCE。
6.(1)C;(2)0.6L;(3)化学变化;(4)强。
7.(1)三(或3);(2)60;(3)55.9;(4)乙醛有毒性,能够破坏身体内蛋白质的结构
(5)BC。
8.(1)C;(2)D;(3)C2H5OH+3O2 (
点燃
)2CO2+3H2O;(4)物理;①;③。
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