粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除實驗

1、粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除實驗宋心琦“粗鹽提純”是一個傳統(tǒng)的基礎(chǔ)化學(xué)實驗，新發(fā)布的初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)推薦的必做實驗（粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除）只相當(dāng)于原來的“粗鹽提純”實驗的前半部（可能和考慮到目前有些學(xué)校實驗設(shè)備較差和學(xué)生實驗操作熟練程度較低的實際情況有關(guān)）。如果只要求除去難溶性雜質(zhì)，而不要求得到純“鹽”，可以選擇的體系很多，只要組合中同時包含可溶性物質(zhì)和不溶性物質(zhì)就可以入選，未必一定要用粗鹽。當(dāng)實驗條件具備時，我認為還是完成粗鹽提純實驗的全過程為好，因為通過實驗可以學(xué)到更多的化學(xué)。原理簡介：粗鹽提純實驗的物質(zhì)體系為同時混有難溶性和可溶性雜質(zhì)（此處的雜質(zhì)并非一定指廢棄物，系針對純粹氯化鈉而言）的固體

2、氯化鈉。實驗?zāi)康脑谟谝罁?jù)氯化鈉和雜質(zhì)在水中溶解度的差別使之分離并獲得純凈的氯化鈉晶體。雖然難溶性和可溶性雜質(zhì)的去除都以溶解度差別為依據(jù)，但是前者基于可溶和難溶；后者基于溫度對氯化鈉在水中溶解度的影響遠低于粗鹽中所含可溶性雜質(zhì)（如鈣、鎂、鉀、鐵等的氯化物；硫酸鹽及硝酸鹽等）所體現(xiàn)的差別，二者并不相同。為了簡便實用，通常采用兩次分離操作。難溶性雜質(zhì)的分離采用簡單的過濾分離法方案此外還有離心分離法、抽濾分離法、傾析（decantation）法、以及類似于化工廠常用的壓濾法（filterpress）可供選擇，易溶性雜質(zhì)的分離則采用結(jié)晶分離法方案來完成。第一次過濾除去的是粒徑大于濾紙孔的難溶性雜質(zhì)，而不

3、是溶于水中的分子和離子（也包括能夠穿過濾紙孔的膠體微粒）。水并不是唯一可用的溶劑，對目標(biāo)物質(zhì)和雜質(zhì)具有不同的溶解性才是選擇的依據(jù)。第二次過濾是為了把濾液蒸發(fā)后得到的氯化鈉晶體和殘余的母液中分離出來。結(jié)晶法分離基于在同一溫度下，溶液中所含物質(zhì)到達飽和濃度的先后次序的不同。以溫度對溶解度影響的不同為依據(jù)的體系，只有少數(shù)的特例，其中以氯化鈉最為典型。當(dāng)溶液中氯化鈉的含量遠高于其他可溶性物質(zhì)時，過程則更容易控制。以至于工藝條件相當(dāng)粗放的海水曬鹽法已經(jīng)成為海鹽生產(chǎn)的主要途徑。簡單的驗純方法：結(jié)晶分離法的實現(xiàn)，取決于一個基本原理，那就是在形成結(jié)晶時，晶體中不包含母液中的其他成分和溶劑分子（水合物中的水應(yīng)計

4、入水合離子，少數(shù)因離子半徑相近晶格相同的物質(zhì)可以形成類似于固溶體的晶體除外），這種性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)整性和組成微粒的密堆積特性有關(guān)。因此結(jié)晶法不僅用于分離，而且廣泛地用于提純（并發(fā)展為重結(jié)晶法和分級結(jié)晶法等）。所以可以把晶體中是否含有溶劑（此處為水），作為初步驗純的方法之一。晶態(tài)物質(zhì)因晶格不同，外形隨之有所不同，但是同一純凈物的晶體，大小可以各異，基本形狀卻大致相同。水晶是最為常見的一例（此外還有大家熟悉的五水硫酸銅和鉀鋁明礬等）。用放大鏡或顯微鏡觀察食鹽晶體就可以見到同樣的情形（例如面角不變），所以觀察和比較晶體外形也可以作為一種簡單的驗純方法。實驗體系的特點：這是學(xué)生初次接觸到的化學(xué)實驗，

5、選擇大家所熟悉的食鹽（粗鹽）作為實驗體系，不僅因為價廉易得，提純過程比較簡單，而且效果明顯。有助于使學(xué)生對所涉及的提純方法、步驟和用到的基本操作能夠留下比較深刻的印象。對于化學(xué)中所要求的“純”，也能夠有所體驗和認識。此處的“純”包括兩重含義，即外觀和內(nèi)涵兩個方面。由混有有色雜質(zhì)的粗鹽到晶瑩剔透的氯化鈉晶體；由和多種無色物質(zhì)共存，到組成單一的純物質(zhì)。實驗者可以觀察到氯化鈉的“真面目”，從而對它作出精確地描述。其次，因為氯化鈉的溶解度和溫度關(guān)系不大，通過控制結(jié)晶條件，分離效率很高，一般不需要進行重結(jié)晶，對于初學(xué)者的實驗技巧和操作熟練程度要求較低。對實驗?zāi)繕?biāo)完成情況的自我檢查：既然實驗的目的是粗鹽提

6、純，那么最后應(yīng)當(dāng)從產(chǎn)物純凈情況和收率兩個方面進行自我檢查和評價?；诔醯然瘜W(xué)的要求，建議增加驗純和觀察所得氯化鈉晶體（外形和晶體內(nèi)是否含有水）兩個方面的探究內(nèi)容，并引導(dǎo)學(xué)生思考有關(guān)物理變化與化學(xué)變化、物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)、純凈物等概念在這個實驗中的應(yīng)用。實驗后可供思考的問題：請根據(jù)學(xué)生情況進行選擇，可以采用學(xué)生自行研討和探究的方式，也可以采取教師邊提問邊講解的方式，還可以選擇直接講解的方式。1.本實驗要想除去的雜質(zhì)具有什么特點，實驗中建議采用的方法依據(jù)了什么原理？2.在實驗過程中，要經(jīng)過兩次過濾，一次是為了除去不溶性雜質(zhì)，另一次是為了把純凈氯化鈉固體從母液中分離出來。完成兩次過濾時，都要對濾紙上

7、的濾出物用少量蒸餾水淋洗。這是為什么？它們的目的相同嗎？（一次是為了除去濾出物上沾附的食鹽溶液；一次是為了除去食鹽晶體上沾附的可溶性雜質(zhì)。）3.去除粗鹽中所含不溶性雜質(zhì)的方法，除了這個實驗用的過濾法外，還有其他方法可用嗎？還可以用離心法和傾析法（即decantation），這些在化學(xué)實驗中都是常見的方法4.所得氯化鈉晶體中會有水存在嗎？如何證明你的結(jié)論？（加熱前后保持恒重；加熱時上方的表玻璃上無水汽；碾碎后無水跡等，也都是實驗中常用的方法。）5.假如粗鹽中含有可溶性有色物質(zhì)，現(xiàn)在用的方法也一定有效嗎？（建議由學(xué)生自己探究，實驗方法基本相同，更能體現(xiàn)化學(xué)的特點和科學(xué)精神的教育。）6.殘液是否一定

8、是廢棄物？（進行化學(xué)和環(huán)保、資源相關(guān)聯(lián)的教育。）實驗實施方案建議方案1.把這個實驗放在學(xué)習(xí)過溶液和溶解度的有關(guān)知識之后進行。可以更好地鞏固所學(xué)的知識，使得溶解度概念在實驗中得到切實地應(yīng)用，而且還可以擴展到對結(jié)晶過程、提純過程中的縝密思考及采取的有效步驟（如對濾出物的淋洗）的初步認識以及對產(chǎn)物的檢視等方面，都是在課堂上和書本上很難直接學(xué)到或體驗到的。有助于三維教育目標(biāo)的落實。預(yù)習(xí)要求除閱讀實驗講義中的基本操作與實驗步驟外，還要求對溶液和溶解度概念、溶解度與溫度的關(guān)系圖進行復(fù)習(xí)。并嘗試回答教師事先設(shè)定的幾個問題（由教師根據(jù)學(xué)生情況自己擬定，應(yīng)包括實驗?zāi)康暮痛笾虏襟E，每個步驟希望達到的目的，氯化鈉的

9、溶解度和溫度的關(guān)系有何特點等）建議在學(xué)生的實驗報告中增加以下項目：驗純結(jié)果；氯化鈉的收率；實驗過程中得失之處的反思。方案2.把這個實驗分成兩個，一個以學(xué)習(xí)過濾操作為主，可以放在學(xué)期之初。另一個放在學(xué)習(xí)了溶液和溶解度有關(guān)課程之后，著重于探究如何從溶有粗鹽的混濁液的濾液獲取純凈的氯化鈉晶體。其他建議請參照方案1，不再贅述。作者注：為了推動和改進化學(xué)實驗教學(xué)，本文嘗試以新頒布的初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的8個必做實驗為研究對象，以已有的實驗講義和教學(xué)要求為基礎(chǔ)，提出一些可供參考的建議。旨在從這些看似簡單的實驗中發(fā)掘出其中包含的極其豐富的化學(xué)教育元素，以及有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和萌發(fā)有利于實踐探究性學(xué)習(xí)的議題。力求在不失基本操作訓(xùn)練嚴(yán)格規(guī)范等優(yōu)點的基礎(chǔ)