分離提純物質的方法及方法的選擇

曹永峰

一、分離、提純物質的方法

物質的分離是把相互混在一起的不同物質彼此分開而得到相應組分的純凈物的過程。物質的提純是將物質中混有的少量雜質除去而得到純凈物的過程。物質分離、提純的方法有物理方法和化學方法。

（一）分離、提純無機混合物的方法

1.物理方法

（1）升華：適用于有升華特點的固體混合物的分離。如碘與其他固體混合物的分離。

（2）過濾：適用于固體不溶物與液體的分離。如粗鹽溶液中固體雜質的除去。

（3）蒸發：適用于溶液中固體溶質和溶劑的分離。如蒸發食鹽溶液得NaCl晶體。

（4）結晶：適用于分離、提純在同一溶劑里溶解度不同的固體混合物，根據需要，還可以進行重結晶。如除去KNO3中的NaCl，先制成高溫飽和溶液，再降溫，則析出KNO3晶體。

（5）萃取：適用于不同的物質在同一溶劑中溶解度不同的液體混合物的分離、提純。如用CCl4從碘水中萃取I2。

（6）層析法：也叫色層法，利用待分離混合物中各組分在某一物質(稱作固定相)中的親和力差異，如吸附性差異、溶解性(或稱分配作用)差異，讓混合物溶液(此相稱作流動相)流經固定相，是混合物在流動相和固定相之間進行反復吸附或分配等作用，從而使混合物中的各組分得以分離。如FeCl3和CuCl2的混合物的分離可以采用此法。利用紙上層析可以鑒定物質。

2.化學方法

（1）洗氣：適用于分離、提純氣體，即用一定的吸收劑除去氣體中的雜質。如用飽和NaHCO3除去CO2中的HCl氣體。

（2）加熱分解：適用于混合物中有熱穩定性差的物質的分離、提純。如除去KCl中混有少量的KClO3、Na2CO3粉末中混有少量的NaHCO3都可以用加熱分解的方法除去。

（3）生成氣體：適用于加熱或加入某種試劑，雜質可變為氣體逸出的物質分離、提純。如NaCl溶液中混有Na2CO3 或NaHCO3，可加入鹽酸除去。

（4）生成沉淀：適用于混合物中加入某試劑，其中一種能生成沉淀的物質分離、提純，有時根據需要可進行分步沉淀。如NaCl和CaCl2的分離，先加入Na2CO3溶液，過濾，再在沉淀中加鹽酸便可分離。

（5）酸堿溶解：適用于待提純物質不與酸（或堿）反應，而雜質與酸（或堿）反應，故用酸（或堿）作除雜試劑除去雜質。如分離Fe2O3和Al2O3，先加入過量的NaOH，過濾分離出Fe2O3，在濾液中通入過量CO2，過濾得Al(OH)3再加熱分解得Al2O3。

（6）轉化：適用于雜質通過加熱或加入試劑能轉化為被提純物質的混合物。如NaHCO3溶液中的Na2CO3，可通入過量CO2使之轉化。

（7）水解：適用于溶液中的雜質存在水解平衡，可加入試劑破壞該水解平衡，使雜質生成沉淀而被分離、提純。如除去MgCl2溶液中的Fe3+，可加入MgCO3 或MgO破壞FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl平衡，產生Fe(OH)3沉淀而除去Fe3+。

（8）氧化還原：適用于混合物中含有還原性（或氧化性）的雜質，加入適當氧化劑（或還原劑），使其氧化（或還原）為被提純物質。如除去Fe3+中的Fe2+，可加入H2O2氧化；如果是FeCl3中除去FeCl2，也可以加入氯水氧化。

（9）電解精煉：適用于不活潑金屬混合物的提純。如粗銅經電解精煉可得純銅。

(二）分離、提純有機混合物的方法

1.物理方法

（1）分液：適用于互不相溶且密度不同的液體有機物的分離、提純。如分離硝基苯和水。

（2）蒸餾：適用于能互溶，但沸點不同的液體有機混合物的分離、提純。為了能更好的分離、提純，往往在蒸餾前加入一種試劑，使其中一些物質轉化為非揮發性的鹽。如CH3COOH與CH3CH2OH的分離，先加入飽和Na2CO3溶液，先蒸餾出低沸點的CH3CH2OH，再加入濃H2SO4蒸餾出CH3COOH。

（3）重結晶：用溶劑(蒸餾水)溶解，經過濾、蒸發冷卻等步驟，再次析出晶體，得到更加純凈的晶體的方法。溶劑要求： ① 雜質在溶劑中溶解度很小或很大，易于除去； ② 被提純的物質的溶解度受溫度影響較大。該有機物在熱溶液中的溶解度較大，冷溶液中的溶解度較小，冷卻后易于結晶析出。重結晶適用于固體有機混合物的分離、提純，如粗苯甲酸的提純。

（4）萃取：萃取包括液—液萃取和固—液萃取。液—液萃取是利用有機物在兩種互不相溶的溶劑中的溶解性不同，將有機物從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。液—液萃取一般是用有機溶劑從水中萃取有機物，萃取劑常用乙醚、石油醚、二氯甲烷等。固—液萃取是用有機溶劑從固體物質中溶解出有機物的過程。如從大豆中提取豆油就用固—液萃取的方法。

（5）鹽析：溶液中加入無機鹽類而使某種有機物溶解度降低而析出的過程。如皂化反應后硬脂酸鈉與甘油的分離，可加飽和食鹽水，硬脂酸鈉因溶解度降低而析出；加(NH4)2SO4使蛋白質凝聚。

（6）滲析：利用半透膜的性質，分離大分子與小分子組成的混合物。適用于混有離子或小分子雜質的大分子(如膠體、蛋白質)的分離、提純。如除去淀粉中混有的NaCl，可以采用滲析的方法分離除去。

2.化學方法

（1）洗氣：適用于氣體有機混合物的分離、提純。如CH4中CH2＝CH2的除去，使混合氣體通過溴水或酸性KMnO4溶液。

（2）酸堿：適用于被提純物不與酸（堿）反應，而雜質與酸（堿）反應的有機混合物的分離、提純。如苯和苯酚的分離，先加入NaOH溶液洗滌，分液，再通入過量CO2游離出苯酚；再如CH3COOC2H5中的CH3COOH的除去，可加入飽和Na2CO3溶液洗滌，待分層后分液。

二、分離、提純方法的選擇

1．分離、提純物質的原則

（1）不增：加入試劑時，不能引入新的雜質，加入的過量試劑最后要除去。

（2）不減：選擇的除雜試劑一般只與雜質反應，不能減少被提純物質。

（3）不變：分離、提純物質后物質的狀態不變。

（4）易分：加入試劑后的雜質與被分離、提純的物質容易分離。

2．分離、提純方法的選擇思路

選擇分離、提純的方法首先應掌握混合物中各物質的性質，包括物理性質和化學性質。不同物質在某些性質上的差異，如沸點、密度、溶解度、狀態等是所有分離方法的基礎，其中以狀態最為重要。混合物的狀態主要有三類：氣體型、液體型、固體型。

（1）氣體型：洗氣。

（2）液體型：（從簡單到復雜）萃取、分液、蒸餾、滲析、鹽析、氣體法、沉淀法和轉化法等。

（3）固體型：（從簡單到復雜）加熱（升華、熱分解）、溶解、過濾（洗滌沉淀）、蒸發、結晶（重結晶）、電精煉等。

（4）有機物的分離、提純要根據有機物與雜質的水溶性、熔沸點以及密度等物理性質的差異先選擇物理方法，如分液、蒸餾或重結晶，再結合化學性質進行分離、提純。

以上分離、提純物質的分類和方法僅供參考，要根據分離、提純物質的性質可進行類型的轉化和分離、提純方法的綜合運用，選擇的方法要有合理性、順序性，即遵循先簡單后復雜，先物理方法后化學方法的原則。

三、跟蹤練習

1．(2012年上海)下列有機化合物中均含有酸性雜質，除去這些雜質的方法中正確的是 （）。

A．苯中含苯酚雜質：加入溴水，過濾

B．乙醇中含乙酸雜質：加入碳酸鈉溶液洗滌，分液

C．乙醛中含乙酸雜質：加入氫氧化鈉溶液洗滌，分液

D．乙酸丁酯中含乙酸雜質：加入碳酸鈉溶液洗滌，分液

2．（2012年天津）完成下列實驗所選擇的裝置或儀器(夾持裝置已略去)正確的是 （）。3．（2012年北京）下列試驗中，所選裝置不合理的是 （）。

A．分離Na2CO3溶液和CH3COOC2H5，選④

B．用CCl4提取碘水中的碘，選③

C．用FeCl2溶液吸收Cl2，選⑤

D．粗鹽提純，選①和②

4．(2013年全國新課標)下列實驗中，所采取的分離方法與對應原理都正確的是（）。

選項目的分離方法原理 A分離溶于水的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度較大 B分離乙酸乙酯和乙醇 分液乙酸乙酯和乙醇的密度不同 C除去KNO3固體中混雜的NaCl 重結晶 NaCl在水中的溶解度很大 D除去丁醇中的乙醚 蒸餾 丁醇與乙醚的沸點相差較大 5．（2013年山東）利用實驗器材（規格和數量不限），能完成相應實驗的一項是（ ）。

選項實驗器材（省略夾持裝置） 相應實驗 A燒杯、玻璃棒、蒸發皿CuSO4溶液的濃縮結晶 B燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、濾紙用鹽酸除去 BaSO4中的少量 BaCO3 C燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶用固體NaCl配制0.5 mol·L-1的溶液 D燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、分液漏斗用溴水和CCl4除去NaBr溶液中少量NaI 6．（2013年重慶）按以下實驗方案可以從海洋動物柄海鞘中提取具有抗腫瘤活性的天然產物。

樣品

粉末甲苯+甲醇（1)→濾液NaNO3溶液（2）→水層溶液（3）析出固體（粗產品）

→有機層溶液（4）甲苯

→不溶性物質下列說法錯誤的是（ ）。

A．步驟(1)需要過濾裝置

B．步驟(2)需要用到分液漏斗

C．步驟(3)需要用到坩堝

D．步驟(4)需要蒸餾裝置

7．（2012年全國大綱）氯化鉀樣品中含有少量碳酸鉀、硫酸鉀和不溶于水的雜質。為了提純氯化鉀，先將樣品溶于適量水中，充分攪拌后過濾，再將濾液按如下所示步驟進行操作。

回答下列問題：

（1）起始濾液的pH7（填“大于”、“小于”或“等于”），其原因是。

（2）試劑Ⅰ的化學式為。

①中發生反應的離子方程式為。

（3）試劑Ⅱ的化學式為。

②中加入試劑Ⅱ的目的是。

（4）試劑Ⅲ的名稱是。

③中發生反應的離子方程式為。

（5）某同學稱取提純的產品0.7759 g，溶解后定容在100 mL容量瓶中，每次取25.00 mL溶液，用0.1000 mol·L-1的硝酸銀標準溶液滴定，三次滴定消耗標準溶液的平均體積為25.62 mL，該產品的純度為。（列式并計算結果）

8．（2013年江蘇）［實驗化學］ 3，5-二甲氧基苯酚是重要的有機合成中間體，可用于天然物質白檸檬素的合成。

一種以間苯三酚為原料的合成反應如下：

HOOHOH+2CH3OH氯化氫的甲醇溶液H3COOHOCH3+2H2O

甲醇、乙醚和3，5-二甲氧基苯酚的部分物理性質如下：

物質沸點

/℃熔點

/℃密度(20℃)

/g·cm-3溶解性 甲醇64.7——0.7915易溶于水 乙醚34.5——0.7138微溶于水 3，5－

二甲氧

基苯酚—— 33～36—— 易溶于甲醇、乙

醚，微溶于水(1) 反應結束后，先分離出甲醇，再加入乙醚進行萃取。

①分離出甲醇的操作是 。

②萃取用到的分液漏斗使用前需并洗凈，分液時有機層在分液漏斗的（填“上”或“下”)層。

(2) 分離得到的有機層依次用飽和NaHCO3溶液、飽和食鹽水、少量蒸餾水進行洗滌。用飽和NaHCO3溶液洗滌的目的是；用飽和食鹽水洗滌的目的是。

(3) 洗滌完成后，通過以下操作分離、提純產物，正確的操作順序是 (填字母)。

a．蒸餾除去乙醚b．重結晶

c．過濾除去干燥劑 d．加入無水CaCl2干燥

(4) 固液分離常采用減壓過濾。為了防止倒吸，減壓過濾完成后應先，再。

練習答案

1. D2. A3. A4. D5. D6. C

7.（1）大于 碳酸根離子水解呈堿性

（2）BaCl2Ba2++SO2-4BaSO4↓

Ba2++CO2-3BaCO3↓

(3)K2CO3除去多余的鋇離子

（4）鹽酸 2H++CO2-3H2O+CO2↑

(5) 0.02562×0.1×74.5×4/0.7759

=0.9840

8. (1) ①蒸餾②檢查是否漏水上(2) 除去HCl除去少量NaHCO3且減少產物損失

(3)d c a b

(4)拆去連接抽氣泵和吸濾瓶的橡皮管關閉抽氣泵

(收稿日期： 2014-02-15)

2．（2012年天津）完成下列實驗所選擇的裝置或儀器(夾持裝置已略去)正確的是 （）。3．（2012年北京）下列試驗中，所選裝置不合理的是 （）。

A．分離Na2CO3溶液和CH3COOC2H5，選④

B．用CCl4提取碘水中的碘，選③

C．用FeCl2溶液吸收Cl2，選⑤

D．粗鹽提純，選①和②

4．(2013年全國新課標)下列實驗中，所采取的分離方法與對應原理都正確的是（）。

選項目的分離方法原理 A分離溶于水的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度較大 B分離乙酸乙酯和乙醇 分液乙酸乙酯和乙醇的密度不同 C除去KNO3固體中混雜的NaCl 重結晶 NaCl在水中的溶解度很大 D除去丁醇中的乙醚 蒸餾 丁醇與乙醚的沸點相差較大 5．（2013年山東）利用實驗器材（規格和數量不限），能完成相應實驗的一項是（ ）。

選項實驗器材（省略夾持裝置） 相應實驗 A燒杯、玻璃棒、蒸發皿CuSO4溶液的濃縮結晶 B燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、濾紙用鹽酸除去 BaSO4中的少量 BaCO3 C燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶用固體NaCl配制0.5 mol·L-1的溶液 D燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、分液漏斗用溴水和CCl4除去NaBr溶液中少量NaI 6．（2013年重慶）按以下實驗方案可以從海洋動物柄海鞘中提取具有抗腫瘤活性的天然產物。

樣品

粉末甲苯+甲醇（1)→濾液NaNO3溶液（2）→水層溶液（3）析出固體（粗產品）

→有機層溶液（4）甲苯

→不溶性物質下列說法錯誤的是（ ）。

A．步驟(1)需要過濾裝置

B．步驟(2)需要用到分液漏斗

C．步驟(3)需要用到坩堝

D．步驟(4)需要蒸餾裝置

7．（2012年全國大綱）氯化鉀樣品中含有少量碳酸鉀、硫酸鉀和不溶于水的雜質。為了提純氯化鉀，先將樣品溶于適量水中，充分攪拌后過濾，再將濾液按如下所示步驟進行操作。

回答下列問題：

（1）起始濾液的pH7（填“大于”、“小于”或“等于”），其原因是。

（2）試劑Ⅰ的化學式為。

①中發生反應的離子方程式為。

（3）試劑Ⅱ的化學式為。

②中加入試劑Ⅱ的目的是。

（4）試劑Ⅲ的名稱是。

③中發生反應的離子方程式為。

（5）某同學稱取提純的產品0.7759 g，溶解后定容在100 mL容量瓶中，每次取25.00 mL溶液，用0.1000 mol·L-1的硝酸銀標準溶液滴定，三次滴定消耗標準溶液的平均體積為25.62 mL，該產品的純度為。（列式并計算結果）

8．（2013年江蘇）［實驗化學］ 3，5-二甲氧基苯酚是重要的有機合成中間體，可用于天然物質白檸檬素的合成。

一種以間苯三酚為原料的合成反應如下：

HOOHOH+2CH3OH氯化氫的甲醇溶液H3COOHOCH3+2H2O

甲醇、乙醚和3，5-二甲氧基苯酚的部分物理性質如下：

物質沸點

/℃熔點

/℃密度(20℃)

/g·cm-3溶解性 甲醇64.7——0.7915易溶于水 乙醚34.5——0.7138微溶于水 3，5－

二甲氧

基苯酚—— 33～36—— 易溶于甲醇、乙

醚，微溶于水(1) 反應結束后，先分離出甲醇，再加入乙醚進行萃取。

①分離出甲醇的操作是 。

②萃取用到的分液漏斗使用前需并洗凈，分液時有機層在分液漏斗的（填“上”或“下”)層。

(2) 分離得到的有機層依次用飽和NaHCO3溶液、飽和食鹽水、少量蒸餾水進行洗滌。用飽和NaHCO3溶液洗滌的目的是；用飽和食鹽水洗滌的目的是。

(3) 洗滌完成后，通過以下操作分離、提純產物，正確的操作順序是 (填字母)。

a．蒸餾除去乙醚b．重結晶

c．過濾除去干燥劑 d．加入無水CaCl2干燥

(4) 固液分離常采用減壓過濾。為了防止倒吸，減壓過濾完成后應先，再。

練習答案

1. D2. A3. A4. D5. D6. C

7.（1）大于 碳酸根離子水解呈堿性

（2）BaCl2Ba2++SO2-4BaSO4↓

Ba2++CO2-3BaCO3↓

(3)K2CO3除去多余的鋇離子

（4）鹽酸 2H++CO2-3H2O+CO2↑

(5) 0.02562×0.1×74.5×4/0.7759

=0.9840

8. (1) ①蒸餾②檢查是否漏水上(2) 除去HCl除去少量NaHCO3且減少產物損失

(3)d c a b

(4)拆去連接抽氣泵和吸濾瓶的橡皮管關閉抽氣泵

(收稿日期： 2014-02-15)

2．（2012年天津）完成下列實驗所選擇的裝置或儀器(夾持裝置已略去)正確的是 （）。3．（2012年北京）下列試驗中，所選裝置不合理的是 （）。

A．分離Na2CO3溶液和CH3COOC2H5，選④

B．用CCl4提取碘水中的碘，選③

C．用FeCl2溶液吸收Cl2，選⑤

D．粗鹽提純，選①和②

4．(2013年全國新課標)下列實驗中，所采取的分離方法與對應原理都正確的是（）。

選項目的分離方法原理 A分離溶于水的碘乙醇萃取碘在乙醇中的溶解度較大 B分離乙酸乙酯和乙醇 分液乙酸乙酯和乙醇的密度不同 C除去KNO3固體中混雜的NaCl 重結晶 NaCl在水中的溶解度很大 D除去丁醇中的乙醚 蒸餾 丁醇與乙醚的沸點相差較大 5．（2013年山東）利用實驗器材（規格和數量不限），能完成相應實驗的一項是（ ）。

選項實驗器材（省略夾持裝置） 相應實驗 A燒杯、玻璃棒、蒸發皿CuSO4溶液的濃縮結晶 B燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、濾紙用鹽酸除去 BaSO4中的少量 BaCO3 C燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶用固體NaCl配制0.5 mol·L-1的溶液 D燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、分液漏斗用溴水和CCl4除去NaBr溶液中少量NaI 6．（2013年重慶）按以下實驗方案可以從海洋動物柄海鞘中提取具有抗腫瘤活性的天然產物。

樣品

粉末甲苯+甲醇（1)→濾液NaNO3溶液（2）→水層溶液（3）析出固體（粗產品）

→有機層溶液（4）甲苯

→不溶性物質下列說法錯誤的是（ ）。

A．步驟(1)需要過濾裝置

B．步驟(2)需要用到分液漏斗

C．步驟(3)需要用到坩堝

D．步驟(4)需要蒸餾裝置

7．（2012年全國大綱）氯化鉀樣品中含有少量碳酸鉀、硫酸鉀和不溶于水的雜質。為了提純氯化鉀，先將樣品溶于適量水中，充分攪拌后過濾，再將濾液按如下所示步驟進行操作。

回答下列問題：

（1）起始濾液的pH7（填“大于”、“小于”或“等于”），其原因是。

（2）試劑Ⅰ的化學式為。

①中發生反應的離子方程式為。

（3）試劑Ⅱ的化學式為。

②中加入試劑Ⅱ的目的是。

（4）試劑Ⅲ的名稱是。

③中發生反應的離子方程式為。

（5）某同學稱取提純的產品0.7759 g，溶解后定容在100 mL容量瓶中，每次取25.00 mL溶液，用0.1000 mol·L-1的硝酸銀標準溶液滴定，三次滴定消耗標準溶液的平均體積為25.62 mL，該產品的純度為。（列式并計算結果）

8．（2013年江蘇）［實驗化學］ 3，5-二甲氧基苯酚是重要的有機合成中間體，可用于天然物質白檸檬素的合成。

一種以間苯三酚為原料的合成反應如下：

HOOHOH+2CH3OH氯化氫的甲醇溶液H3COOHOCH3+2H2O

甲醇、乙醚和3，5-二甲氧基苯酚的部分物理性質如下：

物質沸點

/℃熔點

/℃密度(20℃)

/g·cm-3溶解性 甲醇64.7——0.7915易溶于水 乙醚34.5——0.7138微溶于水 3，5－

二甲氧

基苯酚—— 33～36—— 易溶于甲醇、乙

醚，微溶于水(1) 反應結束后，先分離出甲醇，再加入乙醚進行萃取。

①分離出甲醇的操作是 。

②萃取用到的分液漏斗使用前需并洗凈，分液時有機層在分液漏斗的（填“上”或“下”)層。

(2) 分離得到的有機層依次用飽和NaHCO3溶液、飽和食鹽水、少量蒸餾水進行洗滌。用飽和NaHCO3溶液洗滌的目的是；用飽和食鹽水洗滌的目的是。

(3) 洗滌完成后，通過以下操作分離、提純產物，正確的操作順序是 (填字母)。

a．蒸餾除去乙醚b．重結晶

c．過濾除去干燥劑 d．加入無水CaCl2干燥

(4) 固液分離常采用減壓過濾。為了防止倒吸，減壓過濾完成后應先，再。

練習答案

1. D2. A3. A4. D5. D6. C

7.（1）大于 碳酸根離子水解呈堿性

（2）BaCl2Ba2++SO2-4BaSO4↓

Ba2++CO2-3BaCO3↓

(3)K2CO3除去多余的鋇離子

（4）鹽酸 2H++CO2-3H2O+CO2↑

(5) 0.02562×0.1×74.5×4/0.7759

=0.9840

8. (1) ①蒸餾②檢查是否漏水上(2) 除去HCl除去少量NaHCO3且減少產物損失

(3)d c a b

(4)拆去連接抽氣泵和吸濾瓶的橡皮管關閉抽氣泵

(收稿日期： 2014-02-15)