《利用溶解度曲线进行物质的分离和提纯》教学设计

《利用溶解度曲线进行物质的分离和提纯》广州市培英中学化学科高三备课组陈浩新设计思想：结晶不仅适用于一种可溶性固体从溶液中析出，还适合多种可溶性固体混合物的分离。学生对结晶的适用范围较难理解，也是这节课的难点。为了突破这个难点，本节课首先通过如何从NaCl溶液中获得NaCl晶体、如何从浓KNO3溶液中获得KNO3晶体，如何从NaCl和KNO3混合溶液中分离两者这三个递进的问题使学生结合溶解度曲线来理解结晶原理。当学生对结晶原理有了一定了解后，通过回顾苯甲酸的提纯实验，加深学生对结晶原理的理解。随后通过精选习题，让学生学会结合结晶原理并利用溶解度曲线来解决有关物质分离提纯的问题，最后达到能熟练地利用溶解度曲线解决一些物质分离提纯问题的目的。学情分析：学生知道结晶是分离提纯物质的一种方法。但是对结晶原理的理解不深以及不能熟练地利用溶解度曲线解决一些物质分离和提纯方面的问题。教学目标：1、理解结晶的原理。2、学会利用溶解度随温度变化图像来分离提纯物质。教学重难点：重点：结晶的原理难点：利用溶解度曲线进行物质的分离和提纯。教学过程：一、利用溶解度曲线理解结晶原理[引入]请同学们回忆一下：我们学过哪些分离提纯混合物的方法？生：过滤、蒸发、蒸馏、萃取、分液、升华、渗析、重结晶……[提问]有一份纯NaCl溶液，如何操作能得到NaCl固体呢？（蒸发结晶）[再问]如果已知KNO3的溶解度随温度变化如右图。那么想从较浓的纯KNO3溶液中获得KNO3固体，可以进行怎样的操作呢？(蒸发结晶；或蒸发浓缩，冷却结晶；)[追问]如果是一份NaCl和KNO3的混合溶液，那又该如何操作才能分别得到NaCl和KNO3固体呢？请结合溶解度曲线和表格的数据，完成下面的填空：KNO3与NaCl在不同温度时的溶解度：温度/℃01020406080100KNO3的溶解度/g13.321.031.663.9110169246NaCl的溶解度/g35.735.836.036.637.338.439.81、KNO3中含有少量的NaCl的情况：(1)现有含123gKNO3与19.9gNaCl的混合物固体，某同学设计了以下实验除去KNO3中的NaCl(操作过程中不考虑额外的水损失)。①向混合物中加入适量水，加热溶解；②继续加热溶液至100℃并恒温蒸发浓缩；③将溶液降温至10℃，得到KNO3晶体，过滤，将所得KNO3晶体洗涤并干燥．A．步骤②中，为确保没有晶体析出，溶液中至少要保留水；(答案：50g)B．步骤③中，最多可得到KNO3晶体g；(答案：112.5g)C．根据上述实验可知：从含有少量NaCl的KNO3溶液中获得KNO3固体的主要步骤：加热混合溶液→蒸发浓缩→→过滤→洗涤→干燥；(答案：冷却结晶)D．洗涤时，应选用少量（选填“热水”或“冷水”）。(答案：冷水)其目的是：。(答案：防止温度高硝酸钾又溶到水中)E．思考：本操作得到的KNO3固体还会含有NaCl吗？若有，进一步提纯KNO3的方法是？2、NaCl中含有少量KNO3的的情况：(2)从含少量KNO3的NaCl溶液中获得NaCl固体的一种方法是：将NaCl和KNO3的混合物置于适量水中，加热，搅拌，待出现较多晶体时，，再将过滤所得的NaCl晶体进行洗涤和干燥。请问空格处所填操作的目的是：。(答案：趁热过滤；温度高硝酸钾的溶解度大，不会析出；)小结：为了分离在同一溶剂中溶解度受温度影响不同的各种可溶性固体物质，往往需要分析各种溶质的溶解度差异(溶解度曲线)。有些溶解度随温度变化的物质，可以蒸发浓缩结晶，趁热过滤得到；有些溶解度随温度变化的物质，可以蒸发浓缩，冷却结晶得到。(不大，较大)二、实验回顾，进一步理解结晶原理[实验]化学选修五P18实验1-2已知：苯甲酸在水中的溶解度：0.17g(25℃)、0.95g(50℃)、6.8g(95℃)思考：1、趁热过滤时为什么要用“短颈漏斗”？2、趁热过滤前，为什么加入少量的蒸馏水？3、温度越低，苯甲酸的溶解度越小，为了得到更多的苯甲酸晶体，是不是结晶时的温度越低越好？三、结晶原理和溶解度曲线的应用习题精练1：(2007广东卷改编)以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，反应的方程式为：2NaCl+(NH4)2SO4=Na2SO4+2NH4Cl。工艺流程如图所示：氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度的变化如图所示：请回答下列问题：(1)请补充流程中括号里的操作。(2)析出NH4Cl晶体的合适温度是。(3)若NH4Cl晶体中含有硫酸钠杂质，进一步提纯的产品的方法是。习题精炼2：根据侯德榜制碱法原理并参考下图，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30～35℃(35℃NH4HCO3会有分解)，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体和母液。用少量蒸馏水洗涤晶体除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。请回答：(1)静置后能析出NaHCO3晶体的原因是。用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去杂质（以离子表示）。(2)母液中含有溶质（以化学式表示）。其中浓度一定达到饱和的是（以化学式表示）。习题精练3：氯化钡是一种工业上最重要的钡盐，其主要应用于制造鞣革、颜料、染料、化学试剂、农药等领域。近年来，利用我国拥有的丰富毒重石资源（主要成分：BaO、CaO、Fe2O3、SiO2、Al2O3）生产粗氯化钡再精制得到高纯氯化钡得到了广泛的研究。其粗氯化钡晶体的主要生产工艺流程如下：思考：请参照下图，为了尽可能提高钡的利用率,从滤液1中获取氯化钡的晶体，应选择（填“线路甲、线路乙”），理由是。试剂A是。0102030405060700102030405060708090100温度/溶解度/gNaHCO3NaClNH4ClNH4HCO302040608010012014016020406080温度溶解度Ba(OH)2Ca(OH)2CaCl2BaCl2四、巩固练习1、(2011年广州市调研考节选)氯酸钾多用来制造火柴和烟花等。电解法是工业制造氯酸钾的主要方法：电解热的氯化钠水溶液，电解的生成物相互反应制得氯酸钠；再以氯酸钠和氯化钾为原料制备氯酸钾。（1）几种物质的溶解度曲线如下图所示，低温有利于析出KClO3晶体，原因是：__________________________________________________________________________。（2）产品KClO3中常含有其他杂质离子，提纯的方法是_______________。（3）该生产工艺可以循环利用的物质是__________。0204060801001201401601802000102030405060708090100KClNaClO3KClO3NaCl溶解度/g温度/℃2、(2013年广州二模节选)“母液”可用于回收硫酸镁，已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如下图，且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从“母液”中充分回收MgSO4•H2O，应采取的措施是将“母液”蒸发浓缩，_____________。参考答案：1、（1）KClO3的溶解度随温度降低而降低，低温时KClO3在四种物质中溶解度最小。（2）重结晶（3）NaCl2、加压升温结晶