工藝流程和實驗綜合中的洗滌問題歸納總結

尉言勛

洗滌問題是工藝流程題和實驗綜合題中的高頻考點，要解決好此類問題，我們需要思考以下四個問題，洗滌的目的是什么？如何選擇洗滌劑？怎么洗滌？怎樣證明是否洗滌干凈？針對這四個問題，老師可以引導學生追根尋源和歸納總結。

一、知識歸納

1.洗滌的目的

洗滌的目的一般都是為了使產品純度更高且不損耗產品。若產品為固體，洗滌沉淀的目的是除去固體表面的可溶性雜質，得到更純凈的產品；若產品為液體，洗滌的目的是通過洗滌過濾所得殘渣，把將吸附在固體表面的產品盡可能洗出來，使其脫離固體表面，防止溶液中的產品損耗，進而提高產品產率。若濾渣表面有對環境有害的物質，如重金屬離子CN－，則通過對殘渣洗滌，可以除去有害物質，防止污染環境。

2.洗滌劑的選擇

選擇合適的洗滌劑是洗滌操作的關鍵，高中階段常用的洗滌劑主要有：冰水、熱水、飽和溶液、有機溶劑（無水乙醇）等。

（1）相似相溶的經驗規則

相似相溶原理是指由于極性分子之間的電性作用，使得極性分子組成的溶質易溶于極性分子組成的溶劑，非極性分子組成的溶質易溶于非極性分子組成的溶劑。若溶質與溶劑極性相似，則溶質溶解度較大；若溶質與溶劑極性相差較大，則溶質溶解度較小。比如：強極性物質HCl（共價化合物）、KF（離子化合物）在強極性溶劑（水）中溶解度大，而在弱極性的有機溶劑（如苯、丙酮、四氯化碳）中溶解度較小；弱極性的物質鹵素單質、大部分有機物在水中溶解度較小，而在有機溶劑中溶解度較大。

從微觀結構角度，結合相似相溶原理有利于理解物質的物理、化學特性。比如：必修一中學習氨氣的物理性質時，氨氣極易溶于水（體積比1：700），原因是什么呢？我們可以從結構的角度解釋，因為氨氣和水均為極性分子，根據相似相溶原理，極性分子易溶于極性分子。低級（含碳個數少）醇、羧酸的極性大，在水中溶解度大，高級（碳原子數多）醇、羧酸的極性變弱，在水中溶解度變小。

（2）分子極性與分子結構

①根據化學鍵極性的向量和是否等于零。

a.只含非極性鍵的分子一定是非極性分子。

b.含有極性鍵的多原子分子，如果分子中各個鍵的極性的向量和等于零（空間對稱），則為非極性分子，如CO 2、BF 3、CH 4等；否則為極性分子（空間不對稱），如HCN、H 2O、NH 3、CH 3Cl等。

②判斷AB n型分子極性的經驗規律

a.若中心原子A的化合價的絕對值等于該元素所在的主族序數，則為非極性分子；若不等，則為極性分子。

b.若中心原子A有孤電子對，則為極性分子。如NH 3、PH 3均有1對孤對電子，可推測NH 3、PH 3均為極性分子；若中心原子A無孤電子對，則為非極性分子，如CH 4、SiCl 4均無孤對電子，可推測CH 4、SiCl 4均為非極性分子。

【規律方法】 分子極性判斷的方法

（3）洗滌劑的選擇依據

根據溶質、溶劑的極性特點，選擇恰當的洗滌劑。①若產品是強極性物質，則選擇弱極性的溶劑清洗，如：實驗室利用Fe（OH） 3、H 2C 2O 4和K 2C 2O 4制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀，K 3[Fe（C 2O 4） 3]·3H 2O屬于極性物質，易溶于水，難溶于弱極性的有機溶劑，則用無水酒精洗滌晶體表面，可除去雜質水分，并能夠減小溶解的損失。②若產品是弱極性物質，此時可以選擇強極性的溶劑清洗，如：實驗室以環己醇為原料制取己二酸，雜質主要為無機物，己二酸極性較弱，微溶于冷水，易溶于熱水和乙醇，則可選擇冷水洗滌晶體表面雜質，不能用熱水、乙醇等洗滌。

（4）常用的洗滌劑

①蒸餾水：主要適用于產物不溶于水，通過洗滌除去沉淀吸附的可溶性雜質。

②冷水：除去沉淀的可溶性雜質，降低沉淀在水中的溶解度而減少沉淀損失。

③飽和溶液：a.減小沉淀的溶解損失，如AgCl的沉淀溶解平衡為AgCl（s）

Ag+（aq）+Cl-（aq），增大c（Cl-）可使平衡逆向移動，所以用NaCl溶液代替蒸餾水洗滌AgCl沉淀，可以減少沉淀損失；b.氣體的除雜，如SO 2中混有HCl，可通入飽和的NaHSO 3溶液，除去混有的HCl氣體，再通過濃硫酸除去水蒸氣。

④有機溶劑（酒精、丙酮等）：適用于易溶于水的固體，能溶解一些不溶于水的物質（如油脂、蠟、樹脂、橡膠、染料等），既減少了固體溶解，又利用有機溶劑的揮發性，除去固體表面的水分，在溶解過程中，溶質與溶劑的性質均無改變，且產品易干燥。

3.洗滌方式

洗滌固液兩相的操作是先過濾再洗滌，洗滌方式有常壓洗滌和減壓洗滌。

【答題模板】 注洗滌液（沿玻璃棒向漏斗中注入洗滌液） →浸沒（使洗滌液完全浸沒沉淀或晶體） →重復（待洗滌液流盡后，重復操作2～3次） 。

常壓洗滌的方式：向過濾器（漏斗）中加入洗滌劑（如蒸餾水），浸沒沉淀，靜止待水自然留下后，再重復操作２～３次。抽濾洗滌的方式：在洗滌沉淀時，應關小水龍頭，使洗滌劑緩緩通過沉淀物，防止沉淀溶解而造成損失。另外，還要注意抽濾不適用于過濾膠體沉淀或顆粒太小的沉淀，因為膠體沉淀在快速過濾時易透過濾紙，沉淀顆粒太小容易在濾紙上形成一層密實沉淀，使溶液不易透過。

4.洗滌效果

如果可溶性雜質的水溶液有顏色，可以通過直接觀察最后一次洗滌液是否有顏色進行判斷，如果無色，說明已經洗滌干凈，反之，則沒有洗滌干凈；對于含Na＋、K＋的可溶性雜質可以通過焰色反應來鑒別，從而判斷是否洗滌干凈；對于用物理方法無法判斷的，可以通過化學方法來判斷。一般敘述步驟如下圖所示：

可先分析洗滌液中的“特征離子”，再找相應的特征試劑檢驗。題目中經常考查SO2－ 4和Cl－的檢驗，如2021全國乙卷（5）步驟Ⅳ中，洗滌是否完成，可通過檢測洗出液中是否存在SO2－ 4來判斷。檢測的方法是取少量洗出液于試管中，加入鹽酸酸化的BaCl 2溶液，若無白色沉淀生成，則已經洗滌干凈。

二、典例解析

1.工藝流程題中的考查

【例1】 （2023·廣東惠州·三模節選）目前新能源技術被不斷利用，高鐵電池技術就是科研機構著力研究的一個方向。

（2）工業上常采用NaClO氧化法生產高鐵酸鉀（K 2FeO 4），K 2FeO 4在堿性環境中穩定，在中性和酸性條件下不穩定。反應原理為：

Ⅰ.在堿性條件下，利用NaClO氧化Fe（NO 3） 3制得Na 2FeO 4：3NaClO+2Fe（NO 3） 3+10NaOH=2Na 2FeO 4+3NaCl+6NaNO 3+5H 2O

Ⅱ．Na 2FeO 4與KOH反應生成K 2FeO 4，主要的生產流程如下：

④“提純”K 2FeO 4中采用重結晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用 ?????溶液。

A．H 2O

B．CH 3COONa、異丙醇

C．NH 4Cl、異丙醇

D．Fe（NO 3） 3、異丙醇

【解析】 ④K 2FeO 4在水溶液中易發生反應：4FeO2－ 4+10H 2O═4Fe（OH） 3+8OH-+3O 2↑，所以應選用堿性非水溶劑，CH 3COONa顯堿性

，抑制水解，異丙醇易揮發，所以B選項正確。

【答案】 B

【例2】 （2023·廣東廣州一模節選）鉍的化合物在電催化和光催化領域都有廣泛應用。一種從含鉍礦渣（主要成分是CuBi 2O 4、CuO、Fe 2O 3、Al 2O 3、SiO 2等）中提取高純Bi 2S 3的工藝如下：

已知：

①乙酰胺（CH 3CONH 2）有臭味、有毒，熔點為82 .3℃，沸點為221℃，可溶于水。

②常溫下，K sp Bi OH ?3 =4 .0×10－31，BiOCl+H 2OBi3++2OH－+Cl－ K=1 .6×10－31。

③該工藝條件下，相關金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

回答下列問題：

（3）“洗滌”時先用水洗，再用稀硫酸洗滌。用稀硫酸洗滌的目的是為了除去濾餅中的 ?????（填化學式）雜質。

【解析】 （3）加入NaOH溶液，調節pH=2 .5，濾餅中含有BiOCl和Fe（OH） 3，用稀硫酸洗滌的目的是為了除去濾餅中的Fe（OH） 3。

【答案】 （3） Fe（OH） 3

2.實驗綜合題中的考查

【例3】 （2022·重慶高考解析）研究小組以無水甲苯為溶劑，PCl 5（易水解）和NaN 3為反應物制備米球狀紅磷。該紅磷可提高鈉離子電池的性能。

（2）納米球狀紅磷的制備裝置如圖2所示（攪拌和加熱裝置略）。

①在Ar氣保護下，反應物在A裝置中混勻后轉入B裝置，于280℃加熱12小時，反應物完全反應。其化學反應方程式為 ?????。用Ar氣趕走空氣的目的是 ?????。

②經冷卻、離心分離和洗滌得到產品，洗滌時先后使用乙醇和水，依次洗去的物質是 ?????和 ?????。

【解析】 （2）①根據題意可知，反應物為PCl 5和NaN 3，產物為P，根據化合價的變化規律可知化學方程式為2PCl 5+10NaN 3＝2P+15N 2↑+10NaCl；由于PCl 5易水解，故用Ar趕走空氣的目的是防止PCl 5遇空氣中的水蒸氣而發生水解；②根據反應可知，得到的產物上沾有甲苯和NaCl，所以用乙醇洗去甲苯，用水洗去NaCl。

【答案】 （2）①2PCl 5+10NaN 3＝2P+15N 2↑+10NaCl；防止PCl 5遇空氣中的水蒸氣而發生水解；②甲苯；NaCl。

【例4】 （2023·安徽蕪湖·高三統考節選）六氨合氯化鎂（MgCl 2 ·6NH 3）具有極好的可逆吸、放氨特性，是一種優良的儲氨材料。某研究小組以MgCl 2 ·6NH 3為原料在實驗室制備MgCl 2 ·6NH 3，并測定所得產品中氨的含量。

I．制備MgCl 2 ·6NH 3

i．首先制備無水MgCl 2，實驗裝置如圖（加熱及夾持裝置略去）：

已知：SOCl 2熔點-105℃、沸點76℃；遇水劇烈水解生成兩種酸性氣體。

ii．制備MgCl 2·6NH 3

將NH 3通入無水MgCl 2的乙醇溶液中，充分反應后，過濾、洗滌并自然風干，制得粗品。相關物質的性質如表：

（4）生成MgCl 2 ·6NH 3的反應需在冰水浴中進行，其原因為 ?????。

（5）洗滌產品時，應選擇的洗滌劑為 ??????（填選項標號）。

A．冰濃氨水

B．乙二醇和水的混合液

C．氨氣飽和的甲醇溶液

D．氨氣飽和的乙二醇溶液

【解析】 （4）因為反應物NH 3為易溶水氣體，同時溶水后也易揮發，在冰水浴中進行反應可減少氨氣的揮發；另外產物MgCl 2 ·6NH 3易溶于水，溫度低時也有利于其析出晶體；

（5）由表中數據可知，MgCl 2 ·6NH 3在甲醇和乙二醇中均難溶，但乙二醇的沸點較高，不易揮發，洗滌后在晶體表面有殘留，因此應選甲醇洗滌，同時為防止洗滌過程中產物分解導致損失，應在甲醇溶液中通入氨氣減少MgCl 2 ·6NH 3損失，因此洗滌液用C。

【答案】 （4）減少NH 3的揮發；降低MgCl 2 ·6NH 3溶解度，有利于其結晶析出；（5）C。

【跟蹤練習】

1.（2023·重慶模擬）一維結構氧化釔（Y 2O 3）在光學和陶瓷等領域有重要用途。研究小組制備該Y 2O 3的實驗過程如圖所示。

（3）洗滌時，先用蒸餾水后用乙醇的目的是 ???????????????????????????????。

【解析】 （3）乙醇可以和水互溶，先用蒸餾水洗滌后留下的水分，可以通過酒精洗滌去除；

【答案】 （3）先用蒸餾水洗滌后留下的水分，可以通過酒精洗滌去除。

2．（2023·河北邯鄲一模）氯化亞銅（化學式可表示為CuCl）常用作有機合成工業中的催化劑，微溶于水、不溶于乙醇，在潮濕空氣中易水解、易被氧化。某學習小組用工業廢渣（主要成分為Cu 2S和Fe 2O 3）制取CuCl并同時得到電路板蝕刻液，實驗步驟如圖：

已知：

根據以上信息回答下列問題：

（3）①向Na 2SO 3溶液中逐滴加入CuCl 2溶液，再加入少量濃鹽酸，混勻后傾倒出清液，抽濾、洗滌、干燥獲得CuCl產品，該反應的離子方程式為 ?????。

②抽濾也稱減壓過濾，請選擇合適的儀器并組裝抽濾的裝置從溶液中得到CuCl產品，裝置連接順序為 ?????→ ?????→E→ ?????（填標號）。

下列有關抽濾的說法錯誤的是 ?????（填標號）。

A．原理為利用抽氣泵使抽濾瓶中的壓強降低，以達到固液分離的目的

B．過濾速度快，可得到較干燥的沉淀

C．實驗結束后，先關抽氣泵，后拔開抽濾瓶接管

③抽濾過程中先用“去氧水”作洗滌劑洗滌產品，然后立即用無水酒精洗滌，并在70℃真空下干燥2h，冷卻后密封包裝，密封包裝的原因是 ?????。

【解析】 （3）①由流程信息可知，制備氯化亞銅的反應為CuCl 2溶液與Na 2SO 3溶液、濃HCl反應生成CuCl沉淀，反應的離子方程式為2Cu2++SO2－ 3+2Cl﹣+H 2O＝2CuCl↓+SO2－ 4+2H+；②抽濾所需裝置的連接順序為布氏漏斗→抽濾瓶→安全瓶→抽氣泵；A．抽濾原理為利用抽氣泵使抽濾瓶中的壓強降低，以達到固液分離的目的，故A正確；B．抽濾可加速過濾，并使沉淀抽吸得較干燥，故B正確；C．實驗結束后，應先斷開抽氣泵和吸濾瓶之間的橡皮管，以防倒吸，故C錯誤；③由題給信息可知，CuCl在潮濕空氣中易水解、易被氧化，所以為防止CuCl在潮濕空氣中水解、被氧化，CuCl應密封包裝。

【答案】 （3）①2Cu2++SO2－ 3+2Cl﹣+H 2O＝2CuCl↓+SO2－ 4+2H+；②A、C、F；C；③防止CuCl在潮濕空氣中水解、被氧化；

3.（2021·遼寧高考節選）Fe/Fe 3O 4磁性材料在很多領域具有應用前景，其制備過程如下（各步均在N 2氛圍中進行）：

①稱取9 .95g FeCl 2·4H 2O（M r=199），配成50mL溶液，轉移至恒壓滴液漏斗中。

②向三頸燒瓶中加入100mL 14 mol·L-1 KOH溶液。

③持續磁力攪拌，將FeCl 2溶液以2mL·min-1的速度全部滴入三頸燒瓶中，100℃下回流3h。

④冷卻后過濾，依次用熱水和乙醇洗滌所得黑色沉淀，在40℃干燥。⑤管式爐內焙燒2h，得產品3.24g。

部分裝置如圖：

回答下列問題：

步驟④中判斷沉淀是否已經用水洗滌干凈，應選擇的試劑為 ?????；使用乙醇洗滌的目的是 ?????。

【解析】 因為反應后溶液中有氯離子，所以在步驟④中判斷沉淀是否已經用水洗滌干凈，需取最后一次洗滌液，加入稀硝酸酸化后，再加入硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，則證明已洗滌干凈；乙醇易溶于水，易揮發，所以最后使用乙醇洗滌的目的是除去晶體表面水分，便于快速干燥。

【答案】 稀硝酸和硝酸銀溶液除去晶體表面水分，便于快速干燥。

4.（2020·新課標Ⅲ節選）氯可形成多種含氧酸鹽，廣泛應用于殺菌、消毒及化工領域。實驗室中利用下圖裝置（部分裝置省略）制備KClO 3和NaClO，探究其氧化還原性質。

回答下列問題：

（4）反應結束后，取出b中試管，經冷卻結晶， ????， ?????，干燥，得到KClO 3晶體。

【解析】 （4）b試管中的溶質主要是KClO 3和KCl的混合溶液，KClO 3的溶解度受溫度影響更大，冷卻結晶，析出KClO 3晶體。過濾得到KClO 3晶體，表面還有KCl雜質，通過少量冷水洗滌減少KClO 3的損失。

【答案】 （4）過濾少量（冷）水洗滌。

總之，洗滌問題難度并不大，在復習備考時，引導學生多思考，使學生不但知其然，而且知其所以然，即可靈活運用，獲得理想的效果。

責任編輯 ?李平安