🔬 初中科学八年级上第1章 水和水的溶液结晶实验必考中考高频

物质的分离

海水晒盐晒的是什么?粗盐里的泥沙又怎么去掉?分离混合物靠的是各成分性质上的差别。

难度:★★★★

知识背景

💡知识背景 · 从一个真实的问题说起

浙江沿海的盐田有上千年历史。海水引进大池,靠日晒风吹慢慢蒸干,池底就析出一层白花花的粗盐——这是我国最古老的化工工艺之一,《天工开物》里画得清清楚楚。但晒出来的粗盐不能直接吃,里面混着泥沙和苦味的杂质,还得溶解、过滤、再蒸干一遍。

同样的思路今天仍在用,只是场地从盐田搬进了工厂和实验室。杭州的自来水厂把钱塘江水一步步变成能喝的水:先沉淀去掉大颗粒,再过滤除去悬浮物,然后吸附除臭除色,最后消毒杀灭细菌。实验室里制取纯水更彻底,用的是蒸馏:把水烧成蒸汽再冷凝回来,几乎所有溶解的固体都被留在了原处。

所有分离方法背后只有一条思路:利用混合物中各成分性质上的差别。溶不溶于水、颗粒能不能透过滤纸、沸点高不高、溶解度随温度变化大不大——差别在哪里,方法就从哪里下手。这一节我们把过滤、结晶、蒸馏三件工具练熟。

知识讲解

过滤

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过滤:把不溶于液体的固体与液体分离的方法。依据是固体颗粒不能透过滤纸,而液体和溶解在其中的物质能透过

**「一贴二低三靠」**是操作口诀:

  • 一贴:滤纸紧贴漏斗内壁,中间不能留气泡(有气泡会减慢过滤速度)。
  • 二低:滤纸边缘低于漏斗口;液面低于滤纸边缘(否则液体会从滤纸与漏斗之间流下,滤液仍浑浊)。
  • 三靠:烧杯口紧靠玻璃棒;玻璃棒下端轻靠三层滤纸处;漏斗下端管口紧靠烧杯内壁(防止液体飞溅)。

滤液仍然浑浊的原因:滤纸破损、液面高于滤纸边缘、承接滤液的烧杯本身不干净。遇到这三种情况都要重新过滤

结晶

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结晶:溶质从溶液中以晶体形式析出的过程。两种方法:

  • 蒸发结晶(蒸发溶剂法):适用于溶解度受温度影响很小的物质,如食盐。海水晒盐用的就是这一招。
  • 冷却热饱和溶液结晶(降温结晶):适用于溶解度随温度升高而明显增大的物质,如硝酸钾、明矾、硫酸铜。
⚖️混合物中分离两种盐,先看谁的溶解度对温度敏感
  • 从含少量食盐硝酸钾溶液中提取硝酸钾:用降温结晶。降温时硝酸钾溶解度骤降而大量析出,食盐仍留在溶液中。
  • 从含少量硝酸钾食盐溶液中提取食盐:用蒸发结晶。水蒸干后食盐先大量析出,趁热过滤即可。
  • 一句话记忆:要谁就看谁——所要物质的溶解度受温度影响大就降温,影响小就蒸发

蒸发操作要点

  • 仪器:蒸发皿、铁架台(含铁圈)、酒精灯、玻璃棒
  • 加热时用玻璃棒不断搅拌,防止局部过热、液体飞溅。
  • 出现较多固体时就停止加热,用余热蒸干(不能蒸到完全干燥再离火,否则固体易飞溅或分解)。
  • 蒸发皿很烫,要用坩埚钳夹取,不能直接放在实验台上。

蒸馏与自来水净化

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蒸馏:利用液体混合物中各成分沸点不同,先把液体加热变成蒸气,再冷凝成液体的分离方法。蒸馏得到的水叫蒸馏水,属于纯净物;自来水含有溶解的钙镁化合物和消毒剂,属于混合物

自来水厂的净水流程与各步作用:

步骤作用分离依据
加絮凝剂沉淀使细小泥沙团聚沉降颗粒变大后靠重力沉降
过滤(沙层)除去悬浮的固体小颗粒颗粒不能透过滤层
活性炭吸附除去异味、色素和部分有害物质活性炭表面疏松多孔,吸附能力强
消毒(通氯或臭氧)杀灭细菌病毒化学变化
🔑

上述四步中,只有消毒属于化学变化,沉淀、过滤、吸附都是物理变化。另外,净水程度由低到高依次为:沉淀 → 过滤 → 吸附 → 蒸馏,蒸馏净化程度最高。

实验与探究

粗盐的提纯

给你含泥沙的粗盐、水和常用仪器,把粗盐提纯并回收食盐。写出步骤、每步所用仪器与作用。

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步骤与依据

  1. 溶解:取粗盐放入烧杯,加适量水,用玻璃棒搅拌促使食盐溶解。依据是食盐溶于水而泥沙不溶。
  2. 过滤:按「一贴二低三靠」用漏斗(内衬滤纸)、玻璃棒、铁架台过滤,泥沙留在滤纸上,得到澄清滤液。
  3. 蒸发结晶:把滤液倒入蒸发皿,用酒精灯加热并不断搅拌,出现较多固体时停止加热,用余热蒸干。依据是食盐溶解度受温度影响小,宜蒸发结晶。
  4. 计算产率:称量所得精盐质量,与原粗盐中食盐的理论质量比较。

产率偏低的原因:溶解时食盐未完全溶解就过滤;过滤时液体溅出或滤纸破损后重新操作有损耗;蒸发时固体飞溅;转移固体时残留在蒸发皿中。产率偏高的原因:蒸发时未蒸干、精盐中仍含水分;或滤纸上的泥沙被刮入蒸发皿。

经典例题

选择结晶方法

已知 20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 时硝酸钾的溶解度为 31.6 g31.6\ \mathrm{g}60 C60\ ^\circ\mathrm{C} 时为 110 g110\ \mathrm{g};食盐在这两个温度下的溶解度分别为 36 g36\ \mathrm{g}37 g37\ \mathrm{g}。现有一份 60 C60\ ^\circ\mathrm{C} 的硝酸钾饱和溶液,其中混有少量食盐。(1)应选哪种结晶方法提取硝酸钾?(2)若溶液中含水 100 g100\ \mathrm{g},把温度降到 20 C20\ ^\circ\mathrm{C},最多能析出多少克硝酸钾?

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第一步:比较两种物质溶解度随温度的变化。硝酸钾从 110 g110\ \mathrm{g} 降到 31.6 g31.6\ \mathrm{g},变化极大;食盐从 37 g37\ \mathrm{g}36 g36\ \mathrm{g},几乎不变第二步:据此选择方法。要的是硝酸钾,它对温度敏感,所以用冷却热饱和溶液结晶(降温结晶),降温后硝酸钾大量析出,食盐因未达饱和仍留在溶液中,过滤即可得到硝酸钾晶体。

第三步:计算析出量。依据溶解度含义,100 g100\ \mathrm{g} 水在 60 C60\ ^\circ\mathrm{C} 时溶硝酸钾 110 g110\ \mathrm{g}(原溶液饱和),在 20 C20\ ^\circ\mathrm{C} 时只能溶 31.6 g31.6\ \mathrm{g}第四步:求差值。Δm=11031.6=78.4 g\Delta m=110-31.6=78.4\ \mathrm{g}注意:这里水量在降温过程中不变,所以可以直接相减;若同时蒸发了水,就必须先算出剩余水量再计算。:用降温结晶法;最多析出 78.4 g78.4\ \mathrm{g} 硝酸钾。

难点与易错点

⚠️难点 · 易错点
  1. 过滤能分离溶液:错。溶解在水中的物质能透过滤纸,食盐水过滤后依旧是食盐水。
  2. 忘记玻璃棒的作用因步骤而异:溶解时搅拌加速溶解;过滤时引流;蒸发时搅拌防飞溅。三处作用是常考填空。
  3. 液面高于滤纸边缘:会使浑浊液体绕过滤纸直接流下,滤液不澄清。
  4. 蒸发时加热到完全干燥才离火:应在出现较多固体时停止加热,靠余热蒸干。
  5. 结晶方法选反:要的物质溶解度受温度影响用降温,影响用蒸发。
  6. 认为自来水是纯净物:自来水含溶解的矿物质和消毒剂,是混合物;只有蒸馏水才是纯净物。
  7. 把「吸附」当化学变化:活性炭吸附是物理变化,净水流程中只有消毒是化学变化。

生活中的应用

🌏生活中的应用
  • 自来水厂的四道关:钱塘江原水经沉淀、过滤、活性炭吸附、消毒后送入千家万户,四步依次对应四种分离或净化手段。
  • 净水器的滤芯:外层滤网相当于过滤,中间的活性炭负责吸附异味余氯,是把水厂工艺缩进厨房。
  • 家用加湿器与水垢:自来水含钙镁化合物,加热蒸发后留在壁上成水垢,所以加湿器最好用凉白开或纯水。
  • 腌梅子与晒盐:食盐溶解度受温度影响小,靠日晒蒸干水分就能得到盐,这是几千年不变的老办法。

生活应用题 1 · 一杯自来水里的固体有多少

杭州某小区自来水的溶解性固体(主要是钙镁化合物等)含量约为 120 mg/L120\ \mathrm{mg/L}。若用蒸馏法处理 2.5 L2.5\ \mathrm{L} 这样的自来水,理论上能得到多少毫克固体残留?合多少克?

分步解:

  1. 明确关系:溶解性固体质量等于浓度乘体积,依据 m=cVm=c\,V
  2. 代入数据m=120 mg/L×2.5 L=300 mgm=120\ \mathrm{mg/L}\times2.5\ \mathrm{L}=300\ \mathrm{mg}
  3. 换算单位,依据 1 g=1000 mg1\ \mathrm{g}=1000\ \mathrm{mg}m=0.3 gm=0.3\ \mathrm{g}
  4. :约 300 mg300\ \mathrm{mg},即 0.3 g0.3\ \mathrm{g}。这就是电热水壶用久了内壁那层水垢的来源——每烧一壶就沉积一点,日积月累相当可观。

生活应用题 2 · 提纯 50 g 粗盐

小杭取 50 g50\ \mathrm{g} 粗盐(含泥沙等不溶物 4%4\%)提纯。(1)理论上能得到多少克精盐?(2)他实际只得到 46 g46\ \mathrm{g},产率是多少?(3)若他得到 49 g49\ \mathrm{g},可能是什么原因?

分步解:

  1. 求不溶物质量,依据 m=m×m=m_{\text{总}}\times 百分比:m泥沙=50×4%=2 gm_{\text{泥沙}}=50\times4\%=2\ \mathrm{g}
  2. 求理论精盐质量,依据质量守恒:m理论=502=48 gm_{\text{理论}}=50-2=48\ \mathrm{g}
  3. 求产率,依据产率等于实际质量与理论质量之比:4648×100%95.8%\dfrac{46}{48}\times100\%\approx95.8\%
  4. 分析第(3)问49 g49\ \mathrm{g} 超过理论值 48 g48\ \mathrm{g},说明精盐里混进了本不该有的东西——最可能是蒸发时没有蒸干、仍含水分,也可能是滤纸上的泥沙被刮进了蒸发皿
  5. :理论 48 g48\ \mathrm{g};产率约 95.8%95.8\%;产率偏高说明含水或混入杂质。思路提炼:凡是「实际大于理论」,一定是加进了杂质或水;「实际小于理论」,一定是过程中有损耗

考点

🎯考点提示
  • 实验题·必考:过滤的「一贴二低三靠」;滤液浑浊的原因分析
  • 实验题·必考:粗盐提纯的三步(溶解·过滤·蒸发)与玻璃棒在各步的作用
  • 选择题·高频:结晶方法的选择(降温结晶与蒸发结晶各适用于哪类物质)
  • 计算题:由溶解度差值求降温析出的晶体质量;粗盐提纯的产率计算
  • 填空题:自来水净化四步的作用与物理变化、化学变化的判断
  • 概念辨析:蒸馏水是纯净物、自来水是混合物;净化程度由低到高的排序

中考真题

真题2022 · 浙江杭州中考(改编)

下列关于净化水的说法正确的是( )A. 过滤能除去水中所有杂质 B. 活性炭吸附异味属于化学变化 C. 蒸馏是净化程度最高的方法 D. 自来水是纯净物

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逐项分析

  • A 错:过滤只能除去不溶性固体,溶解在水中的物质照样通过。
  • B 错:吸附只是把物质聚集在活性炭表面,没有新物质生成,属于物理变化
  • C 对:蒸馏几乎除去所有溶解的固体,所得蒸馏水是纯净物。
  • D 错:自来水含溶解的矿物质和消毒剂,是混合物

答案:C。

真题2021 · 浙江中考(改编)

小科过滤含泥沙的食盐水时发现滤液仍然浑浊。请列出三种可能原因,并说明滤纸上留下的物质与滤液中溶解的物质分别是什么。

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第一步:分析滤液浑浊的原因。依据过滤原理(固体颗粒被滤纸截留),只要固体有「绕过」滤纸的通道,滤液就浑浊:一是滤纸破损;二是液面高于滤纸边缘,液体沿滤纸与漏斗的缝隙流下;三是承接滤液的烧杯不干净

第二步:判断被分离的物质。泥沙不溶于水,颗粒较大,留在滤纸上;食盐已溶解成离子,能透过滤纸,留在滤液中第三步:说明补救措施。遇到上述任一情况,都要更换滤纸、洗净烧杯后重新过滤,不能直接把浑浊滤液拿去蒸发。第四步:作答。三种原因如上;滤纸上是泥沙,滤液中溶解的是食盐(氯化钠)。

视频讲解

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