数理天地 > 晶体的生长&乳化作用

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  • 用结晶法分离混合物
  • 过滤操作的要点
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细品教材
你仔细观察过雪花吗?它呈美丽的六角形。通常晶体都具有一定的几何外形,不同的晶体具有不同的外形。通过哪些途径可以得到晶体呢?这节课你就可以知道获得晶体的方法。

一、晶体的形成
【实验7-11】在两支试管中各注入10 mL蒸馏水,加热至沸腾,再分别加入硫酸铜和硝酸钠固体,直到固体不再溶解,然后将上层饱和溶液倒进另外两支试管,把试管放在盛冷水的水槽中冷却。
现象:硫酸铜的饱和溶液冷却后,析出蓝色的晶体;硫酸钠的饱和溶液冷却后,析出白色晶体。
结论:从溶液中析出晶体,可采取冷却热饱和溶液法(或降温结晶、冷却结晶)。
1.结晶的概念
从溶液中析出晶体的过程叫做结晶。
2.使固体溶质从溶液中结晶析出的一般方法
状元笔记
对大多数物质来说,导致晶体析出的原因有两种可能:一是降低了固体溶质的溶解度;二是减少了饱和溶液中的溶剂。
(1)蒸发溶剂法(或蒸发结晶):适合于溶解度受温度变化影响不大的固体溶质,如食盐。
①主要仪器:蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、带铁圈的铁架台(或三脚架);
②实验步骤:将食盐溶液蒸发水分至出现大量固体时停止加热。
海水晒盐就是把海水引入盐水池,借助日光和风力使水分蒸发,从而得到食盐晶体。
(2)冷却热饱和溶液法(或降温结晶、冷却结晶):适合于溶解度受温度变化影响较大的固体溶质,如硝酸钾。
①主要仪器:烧杯、酒精灯、漏斗、玻璃棒、石棉网、带铁圈的铁架台(或三脚架);
②实验步骤:加热蒸发硝酸钾溶液至饱和,再冷却热饱和溶液至常温,然后过滤,将析出的大量晶体分离出来。
二、用结晶法分离混合物
问题:如何将硝酸钾中混有的少量氯化钠除去?

结论:用结晶法可以分离可溶性固体混合物(如下图所示)。

说明:
(1)用结晶法分离提纯可溶性固体混合物的一般规律:
①若溶解度受温度影响变化很大的固体中,混有少量溶解度受温度影响变化较小的固体(如硝酸钾中混有氯化钠),宜采用冷却热饱和溶液的方法分离;
②若溶解度受温度影响变化不大的固体中,混有少量溶解度受温度影响变化很大的固体(如氯化钠中混有硝酸钾),宜采用蒸发溶剂的方法分离。
(2)过滤操作的要点:
过滤操作的步骤可归结为:折滤纸→将滤纸放入漏斗,并压紧→过滤。
操作要点可归结为:一贴、二低、三靠。
一贴:滤纸要紧贴在漏斗内壁上,中间不要留有气泡;
二低:滤纸边缘低于漏斗边缘,液面低于滤纸边缘;
三靠:玻璃棒要紧靠漏斗中的三层滤纸处,盛混合液的烧杯口要紧靠在玻璃棒上,漏斗的末端要紧靠在盛接滤液的烧杯内壁上。如下图所示:

状元笔记
过滤法能除去液体中的固体杂质;将过滤与结晶相结合,可以分离两种可溶性固体混合物。
三、乳化作用
我们知道,油和水是不能互溶的,油水混合后会分层。那么如何将油和水均匀混合在一起呢?
【实验7-12】
1.在小试管中注入3 mL水和数滴植物油。现象:油浮在水面。
2.剧烈振荡试管,摇匀后观察到植物油会分离成很多小液滴,并与水混合。
3.静置后,油又浮到水面,与水分层。
4.向试管中加洗涤剂,振荡,静置,小油滴和水均匀混合,不再分层。
状元笔记
汽油和加了洗涤剂的水都能洗去衣服上的油污,但二者的去污原理是不同的。汽油能溶解油污,形成溶液;而洗涤剂则是乳化油污,它能使油污分散成无数细小的液滴随水流走。
结论:洗涤剂能使油和水均匀混合不分层。
说明:小液滴分散在液体里形成的混合物,叫做乳浊液,如牛奶、豆浆等。乳浊液不稳定,不久会分层,加入洗涤剂就不再分层。像洗涤剂这样,能使乳浊液稳定的物质称为乳化剂,乳化剂所起的作用称为乳化作用。生活中洗涤用的常见物质,如洗洁精、洗衣粉、肥皂等都含有乳化剂。
乳化的应用:金属表面油污的清洗;各种日用洗涤剂和化妆品的配制;农药、医药制剂的合成;纺织印染、石油开采、污水处理等。
【示例】洗涤剂能去油污,其原理是(  )
A.在洗涤剂的作用下,使油污发生化学反应生成其他物质而溶于水
B.油污溶解在洗涤剂中形成溶液,从而除去油污
C.洗涤剂使油污蒸发变成气体,从而除去油污
D.洗涤剂使油污分散成细小的液滴,随水流走
解析:洗涤剂有乳化作用,它能将大的油污分散成细小的液滴,随水流走。
答案:D
 
归纳整理
本节主要介绍晶体的形成以及用结晶的方法分离混合物的一般步骤,乳化剂和乳化作用的应用,要求掌握过滤和结晶的操作要点。

答案:①降温 ②蒸发溶剂 ③结晶 ④过滤 ⑤一贴 ⑥二低 ⑦三靠 ⑧小液滴 ⑨乳化剂
 
 
思考发现
1.饱和溶液在一定条件下析出晶体时,溶液性质的变化
饱和溶液可通过恒温蒸发溶剂结晶或降温(冷却热饱和溶液)结晶,所得的溶液与原溶液相比,溶液的性质的变化如下表所示:

2.结晶方式的选择依据——物质的溶解度曲线
物质的溶解度曲线可直接反映物质溶解度受温度影响情况。不同的物质,从溶液中析出晶体的方式是不同的。对于溶解度受温度影响大,即曲线陡且呈上升型的物质,宜采用降温结晶;对于溶解度受温度影响较小,即曲线平缓且呈上升型的物质,宜采用蒸发结晶。
3.过滤和结晶的区别

典例精析
【例1】将下列四种家庭常用的调味品分别放入水中,能形成乳浊液的是(  )
A.食盐
B.芝麻油
C.味精
D.蔗糖
食盐、味精、蔗糖都能以离子或分子的形式分散在水中,形成溶液;芝麻油只能以小液滴的形式分散在水中,形成乳浊液。

B

判断物质分散在水中形成的是溶液还是乳浊液,关键是看该物质分散后是以单个分子存在还是以很多分子的聚合体存在。乳浊液中的小液滴就是很多分子的聚合体。

 
【例2】请你设计出提纯下列各组混合物的方案。

硝酸钾的溶解度受温度变化的影响较大,而氯化钠的溶解度受温度变化影响较小。当硝酸钾中混有少量氯化钠时,用降温结晶法将硝酸钾提纯;当氯化钠中含有少量硝酸钾时,一般用蒸发结晶法提纯。


若溶解度受温度影响变化很大的固体中,混有少量溶解度受温度影响变化较小的固体,宜采用冷却热饱和溶液的方法分离;若溶解度受温度影响变化不大的固体中,混有少量溶解度受温度影响变化很大的固体,宜采用加热蒸发溶剂的方法分离。

 
链接中考
本节的主要考点是用结晶和过滤的方法分离混合物的主要操作以及乳化作用的应用。
【例1】2008烟台 下列清洗方法中,利用乳化作用的是(  )
A.用自来水洗手
B.用汽油清洗油污
C.用洗涤剂清洗油腻的餐具
D.用盐酸清除铁锈
乳化作用是指用乳化剂(如洗洁精等)将不溶于水的大分子油滴分散成无数细小的液滴而随水流走,与溶解过程不同。选项中A、B是溶解的过程,C是乳化过程,D发生的是化学变化。

C
点评:生活中的清洗方法很多,乳化和溶解的不同是:前者是以小液滴形式分散,后者是以分子形式分散。

 
【例2】如下图是a、b两种固体物质的溶解度曲线。下列说法中正确的是(  )

A.a物质的溶解度受温度变化的影响较小,b物质的溶解度受温度变化的影响较大。
B.t ℃时,等质量的a、b的饱和溶液中含有相同质量的溶质
C.当温度大于t ℃时,a溶液一定比b溶液浓
D.a中含有少量b时,用冷却热饱和溶液的方法提纯a
溶解度曲线的陡度反映出物质的溶解度受温度变化的影响情况。曲线越陡,说明溶解度受温度变化影响越大;反之,说明溶解度受温度变化影响越小。结合曲线图可知,A不正确;从曲线图中可知,t ℃时,溶解度a大于b;说明t ℃时,两种饱和溶液中溶质的质量分数a大于b,所以等质量的a、b饱和溶液中含有溶质的质量应为a大于b,故B不正确;选项C中未指明溶液是否为饱和溶液,C不正确。

D
点评:本题考查溶解度曲线的应用。要求学生学会根据溶解度曲线获取如下信息:判断溶解度受温度的影响情况,从而判断该物质的结晶方法;查某温度下物质的溶解度;比较同一温度下,几种不同物质溶解度的大小;判断同一温度下,几种不同物质的饱和溶液中溶质的质量分数的大小等。这些问题都是近几年中考的热点。

 
【例3】2007山东济南 10 ℃时,在两个烧杯中分别盛有相同质量的硝酸钾和氯化钾饱和溶液;保持溶液温度不变,分别向其中加入等质量的相应溶质;再将温度升高到40 ℃。氯化钾和硝酸钾的溶解情况如下图1所示。图2为两种物质的溶解度曲线。请仔细观察、分析图1和图2,回答下列问题。

图1

图2
(1)当温度t的取值范围为________时,硝酸钾的溶解度大于氯化钾的溶解度。
(2)烧杯甲盛放的是________溶液。
(3)状态三时,烧杯________中溶剂水的质量相对较小。
问题(1)根据图2能很快做出判断。问题(2)、(3)要结合两图来回答。从图2看出,40℃ KNO3的溶解度比KCl的大,从状态二到状态三固体继续溶解,且甲溶解得多,故甲中盛的是KNO3溶液;在状态一时KCl的溶解度大,饱和溶液中溶质的质量分数自然大。因此相同质量的饱和溶液中,乙中所含溶质就多,所含水少;由于在整个过程中两烧杯中的溶剂没有变化,故状态三时,仍然是乙中含水少。

(1)大于22 ℃
(2)KNO3
(3)乙
点评:本题信息量大、综合性强,一定要平心静气,结合两图进行分析。要抓住各状态中两烧杯中的变化量是什么,不变量是什么,结合曲线图找两烧杯间的联系。