浅析混合物分离提纯的方法及选择人教版化学必修1第一章“从实验学化学”第一节开篇介绍了过滤、蒸发、蒸馏和萃取、分液等分离和提纯混合物的方法，定下实验是高中化学学习的一种基本方法的基调，同时，也告诉我们分离提纯是物质获取和制备工艺的重要环节。

奥苏泊尔认为，无论是客体的知识结构，还是主体的认知结构，都具有纵横联系的性质，因而提出了综合贯通的原则，该原则有助于教师根据学生认知结构的特点来设计教学内容、安排教学序列，从而有助于学生对知识的学习和保持、迁移和应用。

由于混合物分离提纯的方法多种多样，且零散分布在不同年级教材和不同的章节中，因此，在高三总复习过程中，教师需要将其综合连贯在一起进行梳理和考量，对比其中的原理，把握各自的操作特征，促进学生形成系统分析“混合物分离提纯”的视角和思路，引导学生建构分离提纯混合物方案设计的思维模型。

本文结合一些实例，就典型的分离提纯方法做一归纳，找出它们与性质特别是沸点、密度、溶解性及聚集态等物理性质之间的关联，阐述它们的适用条件，以期帮助学生克服死记硬背，增强处理综合实验或工业工艺流程中有关分离提纯环节问题的能力。

一、蒸馏蒸馏，是利用液体混合物中各组分沸点的差别，加热液体混合物使之部分汽化，又将蒸气冷凝为液体，从而实现其所含组分的分离。

人教版化学必修1第7页讲述了蒸馏的基本原理，并从使用自来水制取蒸馏水实验入手获得蒸馏操作的直接经验；必修2第75页生成乙酸乙酯实验涉及了酯的蒸出，第90页结合海水资源利用讲述了海水蒸馏原理，第96页介绍了石油的分馏，将蒸馏原理的应用推向高潮。

选修5在“研究有机物的一般步骤和方法”，进一步总结了蒸馏原理和适用条件，并进行了“含有杂质的工业乙醇的蒸馏”实验，熟悉蒸馏基本操作步骤，真正认识到蒸馏是液体混合物分离、纯化的有效手段。

例1.（2013海南，20节选）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。

工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：（1）用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为；碳化硅又称，其晶体结构与相似。

（2）在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和。

3凝”则使蒸气产物液化，因液化后的SiHCl3中混有SiCl4等杂质，故可利用它们沸点的不同进行蒸馏。

答案：（1）SiO2+3C SiC+2CO↑；金刚砂；金刚石（或单晶硅）（2）精馏（或蒸馏）例2.（2017全国Ⅰ，26节选）凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。

已知：NH3+H2BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3+HCl= NH4Cl+H3BO3。

（1）g中加入硼酸（H3BO3）和指示剂。

铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭K3，d中保留少量水。

打开K1，加热b，使水蒸气进入e。

①d 中保留少量水的目的是____________________②e 中主要反应的离子方程式为____________________。

e 采用中空双层玻璃瓶的作用是____________________。

（2）取某甘氨酸（C 2H 5NO 2）样品m 克进行测定，滴定g 中吸收时消耗浓度为c mol·L -1的盐酸V mL ，则样品中氮的质量分数为_______%，样品的纯度≤______ %。

分析：由于蒸馏法的选择性比较高，不使用其他试剂，所以它也可应用在某些元素的分离和含量测定。

本题考查了凯氏定氮法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，然后加碱蒸出氨，再用吸收液吸收后进行测定。

本题中的凯氏定氮装置包含了蒸馏装置的基本构造，不过它的加热方式很巧妙，加热b 产生水蒸气，通过并充满玻璃瓶e ，由于e 采用了中空双层的玻璃瓶（类似太空杯），所以玻璃瓶内能保持较高的温度，保证了NH 3全部蒸馏到f 中，f 为冷凝装置，水蒸气冷凝为液态水，且NH 3溶解其中，g 为NH 3的接受装置。

答案：（1）①液封，防止氨气逸出；②NH 4++OH －NH 3↑+H 2O 保温使氨气逸出（2）m cV 4.1 m cV 5.7 二、萃取和反萃取人教版必修1第一章第一节第8页就以从实验走进化学世界的思想，介绍了的萃取的概念、仪器以及操作方法和步骤，必修2中为验证I 2、Br 2的生成使用了CCl 4萃取；选修五第一章第四节又进行了萃取的再学习，以分类的角度叙述了液-液萃取和固-液萃取，至此，大多数学生应该能够很好地理解萃取的原理、类型和应用。

液-液萃取，是利用溶质在两种互不相溶两相之间溶解度或分配比的不同，并形成一定密度差来达到提取和分离目的的一种操作。

它既上得厅堂，如我国化学家“稀土之父”徐光宪的萃取理论和成果，又能下得厨房，如沸水泡茶、浸取植物油等。

教材也叙述了“萃取在天然香料、药物的提取及核燃料的处理等技术中得到了广泛的应用”，这些恰恰浓缩了萃取的价值所在。

萃取是通过少量的溶剂剂将“喜欢的对象”从一种复杂的混合体系中定向转移到相对简单的体系中，既是一种选择的操作，也是一种富集的过程，为下一步分离出纯净物打下基础。

萃取与其他分离溶液组分的方法相比，优点在于常温操作，节省能源，操作方便，尤其表现在以下方面，通常是有利的：①多离子的分离，如矿物浸取液的分离和净制，若加入化学试剂分步沉淀，不但分离质量差，而且伴随过滤操作，损耗也大；②料液各组分的沸点相近，甚至形成共沸物，为精馏所不能奏效的情况；③低浓度高沸点物质的分离，若用蒸馏法则能耗高。

萃取的逆过程是反萃取。

萃取剂一般是有机溶剂，反萃(取)剂则为无机溶液。

反萃取就是用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程。

反萃取剂主要起破坏有机相中被萃组分结构的作用，使被萃组分生成易溶于水的化合物，或生成既不溶于水也不溶于有机相的沉淀经过反萃取及所得反萃液经过进一步处理后，便得到被分离物的成品。

反萃取后经洗涤不含或少含萃合物的有机相称再生有机相，可继续循环使用。

反萃取法也是一种分离方法，虽游离教材之外，但也在学生理解范围之内。

例3.（2015浙江，29节选）某学习小组按如下甲、乙两种实验方案实验流程探究碘的制取。

已知：3I2＋6NaOH＝5NaI＋NaIO3＋3H2O。

请回答：（1）①分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为。

②步骤X中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是。

③下列有关步骤Y的说法，正确的是。

A．应控制NaOH溶液的浓度和体积B．将碘转化成离子进入水层C．主要是除去海带浸取原液中的有机杂质D．NaOH溶液可以由乙醇代替④实验(二) 中操作Z的名称是。

（2）方案甲中采用蒸馏不合理，理由是。

解析：含I2的CCl4溶液提取I2，方案甲为蒸馏法，也是2006年四川卷26题提供的答案。

目前大部分教师在教学中也都认可这种答案，这个答案到底正确与否？I2的沸点虽然是184.35 ℃，但当温度在45℃～77℃就会完全升华，而CCl4的沸点是76.8℃，在加热蒸馏过程中，溶质碘和溶剂如影相随地一同被蒸馏出来，仅有少量I2留在烧瓶中，在客观存在的实验事实面前，所以说常压蒸馏不能有效分离I2－CCl4（减压至3×103Pa蒸馏没有共沸现象，I2和CCl4可以分离，但操作复杂成本高）。

2015年浙江高考命题时大概从此出发，“引导”学生回答采用蒸馏法不合理的理由，以纠正在中学化学教学中的“流行性感冒”似的认识。

方案乙为用浓NaOH 溶液反萃取法。

I2在碱性条件下会发生歧化反应 3I2＋6NaOH =5NaI＋NaIO3＋3H2O，使I2转化成碘盐进行富集。

当NaI 和NaIO3富集到相当量时，加入适量硫酸，使体系变成酸性介质，其中的碘元素又转变成单质I2，反应方程式为：5NaI＋NaIO3＋3H2SO4 =3Na2SO4＋3I2＋3H2O，由于I2在水中微溶（25℃时，I2溶解度为0.025g/100gH2O），故从高浓度碘水中获得碘的方法可以是过滤。

改换思路，如果我们能够控制好步骤Y中NaOH以及下一步操作中H2SO4溶液的浓度和体积，则可得到碘泥，采用升华法也能提取出纯碘来。

CCl4萃取I2后因为共沸不能蒸馏分离，但如果我们就认准蒸馏分离法了，有办法吗？有，我们可以釜底抽薪更改萃取剂，乙醚的沸点只有34.6℃，实验证明乙醚萃取I2后可以在45℃以下蒸馏分离出I2来。

答案：（1）①向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水②液体分上下两层，下层呈紫红色③AB ④过滤（2）主要由于碘易升华，会导致碘的损失。

例4.（2015天津，9节选）废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。

湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。

某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：回答下列问题：（1）写出操作①的名称：。

（2）反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3)42+与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：。

操作②用到的主要仪器名称为，其目的是（填序号）。

a．富集铜元素b．使铜元素与水溶液中的物质分离c．增加Cu2＋在水中的溶解度（3）反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。

答案：（1）过滤（2）CuR2+H2SO4=CuSO4+2RH 分液漏斗a b（3）RH（4）H2SO4；防止由于溶液中的c(OH－)过高，生成Cu(OH)2沉淀。

解析：根据相似相溶原理可知，用有机溶剂（弱极性或非极性）从水中物理性萃取出无机离子来，显然是困难的。

欲使萃取顺利进行，所选萃取剂需能和被萃取物质发生某种结合，形成不带电荷、难溶于水易溶于有机溶剂的分子，这与例2中使用CCl4直接萃取碘水中的I2不同。

本题中，操作②加入的有机物RH是一种酸性反应物，与Cu(NH3)42+发生化学反应：Cu(NH3)42++2RH=2NH4++2NH3+CuR2，形成的CuR2易溶于有机溶剂，实现了铜元素的萃取。

反应Ⅲ则为反萃取，也是一种化学反应：CuR2+H2SO4=CuSO4+2RH，使Cu2+从有机相返回水相。

三、过滤过滤是利用物质的溶解性差异将液体和不溶于液体的固体分离开来的过程，是义务阶段的一个启蒙实验，也是高中化学各本教材中出现次数最多的分离方法，是伴随重结晶、加入沉淀剂或调节溶液pH使杂质离子沉淀等分离提纯过程的一步操作。

例5.（2015安徽）硼氢化钠（NaBH4）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4，其流程如下：已知：NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙酸（沸点：33℃）。