對(duì)一個(gè)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探討

王亮

用結(jié)晶的方法分離可溶性固體混合物，是初中化學(xué)中一個(gè)十分重要的教學(xué)內(nèi)容。課本較為詳盡地說(shuō)明了其原理和過程，并安排了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。

1.對(duì)課本中演示實(shí)驗(yàn)的定量處理

為了討論方便，按課本中的規(guī)定：設(shè)10 g混合物中KNO3為9 g，NaCl為1 g（食鹽的含量較少）。

定量處理結(jié)果見表1。

上述結(jié)果表明，課本的演示實(shí)驗(yàn)是切實(shí)可行的，其步驟是正確的，其理論是可靠的。但美中不足的是KNO3收率較低，多數(shù)（或一半）KNO3仍滯留于母液中。能否改變個(gè)別條件，使其更趨完美呢？

2.減少加水量，適當(dāng)提高加熱溫度

按同樣的步驟，加入10 g水，加熱到52℃。定量處理結(jié)果見表2。

僅僅改變了加水量，適當(dāng)提高了加熱溫度，就使收率由47.3%提高到了64.9%。

筆者又對(duì)最少的加水量、理論上最大的收率進(jìn)行了定量處理，其結(jié)果見表3。

同樣的條件，同樣的步驟，得到了不同的結(jié)果（見表4）。

可見，加水量對(duì)于結(jié)晶分離方案的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，是要進(jìn)行事先定量計(jì)算來(lái)獲得的。

3.混合物中各成分的相對(duì)含量對(duì)方案的影響

課本中規(guī)定的食鹽的含量較少。若KNO3和NaCl含量各半即各為5 g，其結(jié)果見表5。

由于混合物中各成分的相對(duì)含量發(fā)生了改變，沿襲課本的步驟將無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離的目的，因此需要根據(jù)變化了的情況重新設(shè)計(jì)方案。

首先考察KNO3和NaCl的溶解度差以100℃為最大（大于100℃，水成為氣體）。第一步用100℃的水處理上述混合物，使大部分食鹽首先以晶體形式分離出來(lái)。這里關(guān)鍵的一步是加水量。若加水量不足，KNO3不能完全溶解，不溶解的部分就將混入NaCl晶體而使其玷污；若加水量過多，則母液中食鹽較多，這會(huì)影響到食鹽的收率。因此，最適宜的水量是使KNO3完全溶解，所需水[m（H2O）]可以粗略計(jì)算為：

100 g∶ 246 g=m（H2O）∶ 5 m（H2O）=2.03 g

故第一步加入100℃水2.03 g（100℃時(shí)的水揮發(fā)很快，為防止KNO3因水分揮發(fā)而結(jié)晶析出，實(shí)際加水量應(yīng)略多于計(jì)算值，并應(yīng)不斷補(bǔ)充因蒸發(fā)而消耗的水分）。這樣，大部分NaCl留在固相中，溶液中的食鹽[m（NaCl）]為：

100 g∶ 39.8 g=2.03 g∶ m（NaCl）

m（NaCl）=0.808 g

可以得到的食鹽晶體為：

5 g-0.808 g=4.19 g

收率：4.19 g5 g×100%=83.8%

這樣，經(jīng)過第一步處理就可以分離出大部分NaCl。為使晶體中不含或少含KNO3，必須立即進(jìn)行第二步：趁熱過濾，將KNO3富集于母液中。第三步將其冷至20℃。冷卻過程中不但有KNO3析出，也有NaCl析出。為防止因NaCl晶體的析出玷污KNO3晶體，可在冷卻前先加少量水。加水量計(jì)算：

設(shè)冷卻到20℃，此時(shí)NaCl的溶解度為36.0 g，習(xí)慣性在母液中含NaCl 0.808 g，若加水至20℃成為食鹽飽和溶液，則NaCl不能析出。

100 g∶ 36.0 g=m（H2O）∶ 0.808 g

m（H2O）=2.24 g

應(yīng)加水：2.24 g-2.03 g=0.11 g（為了保證NaCl不析出，實(shí)際上加水應(yīng)稍多）

20℃時(shí)母液中溶解的KNO3為：

100 g∶ 31.6 g=2.44 g∶ m（KNO3）

m（KNO3）=0.771 g

冷卻到20℃時(shí)得KNO3晶體為：5 g-0.771 g=4.23 g

收率：4.23 g5 g×100%=84.6%

這樣，可將兩者基本上完全分開，得到了各自純度較高的晶體，收率都在80%以上。

（收稿日期：2015-01-26）