【2012优化方案 精品课件】苏教版 化学 选修6专题1课题3　硝酸钾晶体的制备（共52张PPT）

(共52张PPT)
课题3　硝酸钾晶体的制备
学习目标
1.理解实验室中利用NaNO3和KCl制取KNO3的原理。
2.了解重结晶的基本原理，认识蒸发结晶与冷却结晶两种分离方法的适用条件；掌握用重结晶法提纯物质的步骤和基本操作。
3.了解减压过滤、热过滤。
4.进一步掌握并能熟练运用溶解、过滤、加热蒸发、结晶等常用实验操作。
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
探究整合应用
课题3
课前自主学案
自主学习
一、实验原理
1．盐的溶解度随温度的变化
氯化钠的溶解度随温度变化______，而氯化钾、硝酸钠和硝酸钾在高温时具有较大的溶解度。温度降低时，氯化钾、硝酸钠的溶解度明显减小，而________的溶解度则急剧下降。
不大
硝酸钾
2．结晶
结晶是提纯固态物质的重要方法。通过蒸发溶液，减少一部分溶剂，使溶液达到饱和而析出晶体的方法称为_____结晶，此法主要用于提纯溶解度随温度变化不大的物质(如氯化钠)。
通过降低温度使溶液冷却达到饱和而析出晶体的方法称为_____结晶，此法主要用于提纯溶解度随温度下降明显减小的物质(如KNO3)。在实际应用中常将两种结晶方法结合使用。
蒸发
冷却
在NaNO3和KCl的混合溶液中，同时存在Na＋、K＋、Cl－和NO四种离子。若将一定浓度的硝酸钠和氯化钾混合溶液加热至沸腾，使溶液浓缩，将有_______晶体析出。趁热过滤，即可分离出氯化钠晶体。将滤液冷却至室温，可使_______晶体析出。经减压过滤分离出的硝酸钾粗产品可用________法加以提纯。
氯化钠
硝酸钾
重结晶
3．重结晶
若第一次结晶得到的晶体纯度不合乎要求，晶体中常会混有一些可溶性杂质，可将所得晶体溶于少量溶剂中，然后再进行______ (或冷却)、结晶、过滤，如此反复的操作称为重结晶。有些物质的提纯，需经过几次重结晶才能使产品纯度合乎要求。每次过滤后的母液中均含有一些溶质，所以应将母液收集起来，进行适当处理，以提高产率。
蒸发
4．影响晶粒生成的条件
晶体颗粒的大小与结晶条件有关，溶质的溶解度越小，或溶液的浓度越高，或溶剂的蒸发速度越快，或溶液冷却的越快，析出的晶粒就越细小；反之，可得到较大的晶体颗粒。在实际操作中，常根据需要，控制适宜的结晶条件，以得到大小合适的晶体颗粒。
当溶液发生过饱和现象时，振荡容器，用玻璃棒搅动或轻轻地摩擦器壁或____________________，都可促使晶体析出。
投入几粒晶体(晶种)
二、实验步骤
1．固体溶解
用小烧杯在天平上称取NaNO3 20 g，KCl 17 g，加入35 mL蒸馏水，加热至沸腾并不断搅拌，使固体溶解，在小烧杯外壁标注液面位置。用到的仪器：______、________、三脚架、石棉网、酒精灯。
烧杯
玻璃棒
2．蒸发、热过滤
继续加热、搅拌，使溶液蒸发浓缩，_______晶体逐渐析出。当溶液体积减小到约为原来的一半时，迅速趁热过滤。承接滤液的烧杯应预先加2 mL _______，以防降温时氯化钠溶液达饱和而析出。用到的仪器及用品：铁架台、石棉网、烧杯、酒精灯、玻璃棒、______、_____。
3．冷却、减压过滤
待滤液冷却至室温，进行减压过滤得到较干燥的粗产品_______晶体。用到的仪器及用品：________、_____、________、安全瓶、抽气泵。
氯化钠
蒸馏水
漏斗
滤纸
硝酸钾
布氏漏斗
滤纸
吸滤瓶
4．重结晶
留下约0.1 g粗产品(作纯度对比检验用)，其余按粗产品、水的质量比为2∶1混合，配成溶液，加热、搅拌，待晶体全部溶解后停止加热(若溶液沸腾时晶体还未全部溶解，可再加入少量蒸馏水使其溶解)。等溶液冷却至室温有大量晶体析出后减压过滤，得到较高纯度的________晶体。
硝酸钾
5．称重
晶体用干燥的_____吸干，放在表面皿上称重，并观察其外观。分别取0.1 g粗产品和重结晶后得到的硝酸钾晶体放入两支小试管中，各加入2 mL蒸馏水配成溶液。
6．检验Cl－
向溶液中分别滴入1滴1 mol·L－1 HNO3溶液酸化，再各滴入2滴0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，观察到的现象是____________________________________
______________。
滤纸
粗产品、重结晶产品的溶液中产生浑浊的程度不同
思考感悟
制备硝酸钾晶体时，为什么要趁热过滤？
【提示】　由于实验中所用的液体量较少，液体在空气中降温较快，因此，必须迅速进行热过滤，以防止由于温度下降造成KNO3析出混入NaCl晶体中，使产品的产率降低。
自主体验
1．(2011年金华高二检测)如图表示物质A在4种溶剂W、X、Y、Z中的溶解度曲线。据此，用重结晶法提纯A时，最宜采用的溶剂是(　　)
A．W　　　　　　
B．X
C．Y
D．Z
解析：选D。根据重结晶的基本原理，分析物质A在4种溶剂W、X、Y、Z中的溶解度曲线可知，A在Z溶剂中的溶解度受温度变化的影响最大。
2．粗盐提纯使用的主要仪器有(　　)
A．漏斗、烧杯、蒸发皿、酒精灯
B．量筒、烧杯、试管夹、蒸发皿
C．玻璃棒、蒸发皿、漏斗、集气瓶
D．铁架台、天平、长颈漏斗、酒精灯
解析：选A。粗盐提纯主要包括溶解、过滤、蒸发、洗涤几步。用到的主要仪器有：烧杯、漏斗、蒸发皿、坩埚钳、酒精灯等。
3．检验所得产品中是否含有Cl－的目的是什么？检验Cl－应注意什么问题？
答案：检验所得产品中是否含有Cl－的目的是检验所得产品(KNO3)中是否混有NaCl。通过检验Cl－来检验产品纯度。检验产品纯度时，应将粗产品和重结晶产品一起检验，对比实验现象。一次重结晶后的产物中还是会有少量Cl－存在，所以加入硝酸银溶液有浑浊现象。但对比观察后可发现，粗产品、重结晶产品的溶液中产生浑浊的程度明显不同。
课堂互动讲练
结晶和重结晶
1．结晶
　类别
项目　 蒸发结晶 冷却结晶
定义 通过蒸发溶液，减少一部分溶剂而使溶液饱和析出晶体的方法 通过降低温度使溶液冷却达到饱和而析出晶体的方法
适用范围 溶解度随温度改变变化不大的物质 溶解度随温度下降明显减小的物质
举例 NaCl KNO3
2.重结晶
假如第一次得到的晶体纯度达不到要求，可将所得晶体溶于少量溶剂中，然后进行蒸发(或冷却)结晶、过滤，如此反复的操作称为重结晶。进行重结晶操作时，应将每次结晶得到的母液收集起来，进行适当处理，以提高产率。
重结晶提纯法的一般过程：选择溶剂→溶解固体→除去杂质→晶体析出→晶体的收集与洗涤→晶体的干燥
某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：
例1
沉淀物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mg(OH)2
pH 3.2 5.2 12.4
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见上表，请回答下列问题：
(1)“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有
________________________________________________________________________(要求写出两条)。
(2)滤渣Ⅰ的主要成分有________。
(3)从滤液Ⅱ中可回收利用的主要物质有________。
(4)Mg(ClO3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备：
MgCl2＋2NaClO3===Mg(ClO3)2＋2NaCl
已知四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示：
①将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO3)2。简述可制备Mg(ClO3)2的原因：
________________________________________________________________________。
②按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中，常伴有NaCl析出，原因是：
________________________________________________________________________。
除去产品中该杂质的方法是：________________________________________________________________________。
【思路点拨】　解答本题要注意以下两点：
(1)理解生产过程的步骤及每步发生的变化及反应；
(2)转化法制备物质的原理及过程。
【解析】　(1)提高镁的浸出率，即尽可能使镁盐转化成MgSO4，可以增大硫酸浓度、加热升高温度，边加酸边搅拌，增加浸出时间等。
(2)(3)
(4)①制备Mg(ClO3)2的原因：该反应的生成物为Mg(ClO3)2和NaCl的混合溶液，NaCl的溶解度随温度变化不大，Mg(ClO3)2的溶解度随温度升高迅速增大。利用两物质的溶解度差异，通过加热蒸发，析出NaCl结晶，过滤之后冷却溶液，Mg(ClO3)2因溶解度下降而使溶液达到饱和析出晶体，制得Mg(ClO3)2。
②按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中，常伴有NaCl析出，原因是：在蒸发析出NaCl结晶后，NaCl为饱和溶液，在冷却结晶过程中，NaCl的溶解度也在降低，所以会有少量NaCl随Mg(ClO3)2析出。除去产品中该杂质的方法是：重结晶。
【答案】　(1)增大H2SO4浓度、升高温度、增加浸出时间、边加酸边搅拌等(写出两条即可)
(2)Fe(OH)3、Al(OH)3
(3)Na2SO4
(4)①加热蒸发时由于NaCl的溶解度随温度升高变化不大，先达到饱和而析出NaCl晶体，过滤之后冷却溶液，Mg(ClO3)2因溶解度下降而使溶液达到饱和析出晶体
②降温前溶液中的NaCl已饱和；降温过程中NaCl溶解度降低，会有少量晶体析出　重结晶
变式训练1　下表是几种物质在指定温度下的溶解度(g)。现将相同物质的量的NaCl、CO2、NH3在30 ℃时制成溶液，此时溶液中无晶体，当降温至某温度时，开始析出晶体，此晶体是(　　)
温度 0 ℃ 10 ℃ 20 ℃ 30 ℃
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.1
NH4HCO3 11.9 15.9 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.15 9.6 11.1
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3
A.NH4Cl　　　　　　　B．NH4HCO3
C．NaHCO3 D．NaCl
转化法制备KNO3的理论依据
1．化学反应
转化法制备KNO3的化学方程式为：NaNO3＋KCl?? KNO3＋NaCl，这是一个平衡移动的过程，利用KNO3的结晶控制化学反应的方向。
2．制备原理
(1)盐的溶解度随温度的变化由右图可以看出，NaNO3、KNO3、NaCl、KCl四种盐的溶解度在不同温度下的差别是非常显著的。NaCl的溶解度随温度变化不大，NaNO3、KCl有明显变化，而硝酸钾的溶解度随温度的升高急剧增大。
下面是四种盐在不同温度下的溶解度(g)：
例2
温度 NaNO3 KNO3 NaCl KCl
10 ℃ 80 20.9 35.8 31.0
100 ℃ 180 246 39.8 56.7
(假设：①盐类共存时不影响各自的溶解度；②分离晶体时，溶剂的损耗忽略不计。)
某同学设计用物质的量之比为1∶1的NaNO3和KCl为原料，加入一定量的水制取KNO3的实验，其流程如图所示。
(1)在①和③的实验过程中，关键的实验条件是________________________________________________________________________。
(2)分离出晶体的②和④两操作是________(填“倾倒”、“蒸发”、“结晶”或“过滤”中的某种操作)。KNO3是晶体________(填“A”或“C”)。
(3)粗产品中可能含有的杂质离子是__________，检验的方法是________________________________
________________________________________。
(4)将该粗产品提纯，可采取的方法是__________。
【解析】　(1)等物质的量的NaNO3和KCl溶于水后，所形成的四种物质皆易溶于水，要分离它们只能根据不同温度下溶解度的不同进行，因此实验①和③的关键条件是温度。
(2)分离KNO3(NaCl)晶体与溶液的操作为过滤。根据题目所给溶解度数据，100 ℃时蒸发水后得到NaCl晶体(NaCl溶解度最小)，冷却后得到的主要是KNO3(溶解度之差最大)，故C是KNO3。
(3)在100 ℃时NaCl溶液已饱和，故降温冷却过程中，在得到KNO3晶体的同时，有少量NaCl析出，即晶体中含Na＋、Cl－，Na＋用焰色反应检验，Cl－用AgNO3溶液和稀HNO3检验。
(4)对含有少量NaCl杂质的KNO3可用重结晶的方法提纯。
【答案】　(1)温度
(2)过滤　C
(3)Na＋、Cl－　Na＋用焰色反应检验，Cl－用AgNO3溶液和稀HNO3检验
(4)重结晶
【规律方法】　用转化法制备硝酸钾的根本理论依据是：当溶于水中的各种离子可组成多种物质时，在降温结晶过程中，先达到饱和的物质先析出。
变式训练2　(2011年邯郸高二检测)实验室以氯化钾和硝酸钠为原料制备硝酸钾的实验流程如下：
硝酸钾等四种物质的溶解度随温度的变化如图所示。回答下列问题：
(1)为了加速固体的溶解，可采取的措施是________________________________________________________________________。
(2)实验室进行蒸发浓缩操作时，将蒸发皿置于铁圈上，用酒精灯加热。取用蒸发皿应使用________(填仪器的名称)，为了防止液滴飞溅，需进行的操作是________________________________________________________________________。
(3)“趁热过滤”操作中，滤渣的主要成分是(填化学式)__________。
(4)“趁热过滤”后，有时先往滤液中加入少量水，加热至沸，然后再“冷却结晶”，目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：由题中四种物质的溶解度曲线图可知，KNO3的溶解度受温度影响最大，而氯化钠、氯化钾的溶解度几乎不受温度的影响，所以将氯化钾和硝酸钠的混合物配制成高温时的饱和溶液，溶液中相当于溶解了大量的硝酸钾和氯化钠，蒸发结晶时，首先析出氯化钠，所以趁热过滤时，滤液中含有大量的硝酸钾，滤渣为氯化钠。将滤液冷却结晶后，得到大量的硝酸钾，含有少量的氯化钠，再在低温下加入少量水溶解，由于硝酸钾的溶解度小，只溶解了少量，而氯化钠由于量少且溶解度大，可以全部溶解，再次过滤，即可除去结晶所得晶体中的氯化钠，然后洗涤、干燥就可得到纯净的硝酸钾。
答案：(1)搅拌、加热
(2)坩埚钳　用玻璃棒不断搅拌溶液
(3)NaCl
(4)稀释滤液，防止降温过程中NaCl析出，提高产品纯度
探究整合应用
粗盐的提纯
粗盐中除含有泥沙等不溶于水的杂质外，还含有钙、镁、钾的氯化物和硫酸盐等可溶性杂质。不溶性杂质可通过过滤法除去，可溶性杂质可采用化学方法，加入某些化学试剂，使之转化为沉淀而除去。其基本流程为：
例
(1)判断BaCl2已过量的方法是________________________________________________________________________。
(2)第④步中，相关的离子方程式是________________________________________________________________________。
(3)若先用盐酸调pH再过滤，将对实验结果产生影响，其原因是
________________________________________________________________________。
(4)为检验精盐纯度，需配制150 mL 0.2 mol/L NaCl(精盐)溶液，如图是该同学转移溶液的示意图，图中的错误是
________________________________________________________________________。
(3)要特别注意的是，此时生成的BaSO4、Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3等沉淀要通过过滤与滤液分离，否则，其中的Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3等沉淀在第⑥步加适量盐酸时将重新溶解。(4)容量瓶有一定的规格，该题图中所示的容量瓶为100 mL，显然不能用于配制150 mL溶液。容量瓶的口径比较小，直接加入溶液时容易洒落，应用玻璃棒引流。
知能优化训练
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