定义:液体温度低于沸点时,发生在液体表面的汽化过程,在任何温度下都能发生。蒸发量通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示。
影响蒸发快慢的因素:温度、湿度、液体的表面积、液体表面的空气流动等。
仪器:铁架台(带铁圈)、酒精灯、玻璃棒、蒸发皿。
装置: 原理:用加热的方法,使溶剂不断挥发而析出晶体,这是常用的一种结晶方法。
影响因素: 温度、湿度、液体的表面积、液体表面上方的空气流动的速度等。
主要因素:(1)温度。温度越高,蒸发越快。因为在任何温度下,分子都在不断地运动,液体中总有一些速度较大的分子能蒸发仪器蒸发皿蒸发仪器蒸发皿够飞出液面脱离束缚而成为汽分子,所以液体在任何温度下都能蒸发。液体的温度升高,分子的平均动能增大,速度增大,从液面飞出去的分子数量就会增多,所以液体的温度越高,蒸发得就越快。
(2)液面表面积大小。如果液体表面面积增大,处于液体表面附近的分子数目增加,因而在相同的时间里,从液面飞出的分子数量就增多,所以液面面积越大,蒸发速度越快。
(3)液体表面上方空气流动的速度。当飞入空气里的汽分子和空气分子或其他汽分子发生碰撞时,有可能被碰回到液体中来。如果液面上方空气流动速度快,通风好,分子重新返回液体的机会越小,蒸发就越快。
注意事项:
①加热时要用玻璃棒不断地搅拌.防止液体局部温度过高,而发生飞溅;
⑦当蒸发皿里出现较多量同体时,停止加热,利用余热将水分蒸干;
③刚加热完与匕的蒸发皿不能用手拿取,也不能用冷水冲洗;
④如果要用烧杯浓缩溶液,加热时要垫上石棉网,以防烧杯受热小均匀而破裂。
操作口诀: 皿中液体不宜多,防止飞溅要搅动。
较多固体析出时,移去酒灯自然蒸。
定义:指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管,使之冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。
蒸馏是分离沸点相差较大的混合物的一种重要的操作技术,尤其是对于液体混合物的分离有重要的实用意义。
即,蒸馏条件:1.液体是混合物。2.各组分沸点不同。
实验室制蒸馏水:(1)
原理:蒸馏是利用互相溶解的液体混合物中各组分沸点小同进行分离提纯的操作。其过程是:加热样品使其中某组分汽化,然后使蒸气冷凝为液体加以收集。
(2)
仪器:铁架台、蒸馏烧瓶、冷凝管、尾接管、锥形瓶、温度计、酒精灯、石棉网等。
(3)
装置:
(4)
操作:
①用洒精灯外焰给受热仪器先预热后加热
②对蒸馏烧瓶(烧杯、烧瓶、锥形瓶等仪器)加热时,不能直接加热,一定要垫石棉网,蒸馏烧瓶中液体体积为容器容积的1/3—2/3
③温度计不能直接插人蒸馏烧瓶的液体之中,应使温度计水银球与蒸馏烧瓶支管口位于同一水平线上
④蒸馏烧瓶的支管必须露出橡皮塞以防蒸馏出来的液体接触橡皮塞而带入杂质
⑤冷凝管中冷水的走向应是下口进、上口出,以使蒸汽充分冷却。
(5)
关键:
①控制好加热温度。如果采用加热浴,加热浴的温度应当比蒸馏液体的沸点高出若干度,否则难以将被蒸馏物蒸馏出来。加热浴温度比蒸馏液体沸点高出的越多,蒸馏速度越快。但是,加热浴的温度也不能过高,否则会导致蒸馏瓶和冷凝器上部的蒸气压超过大气压,有可能产生事故,特别是在蒸馏低沸点物质时尤其需注意。一般地,加热浴的温度不能比蒸馏物质的沸点高出30℃。整个蒸馏过程要随时添加浴液,以保持浴液液面超过瓶中的液面至少一公分。
②蒸馏高沸点物质时,由于易被冷凝,往往蒸气未到达蒸馏烧瓶的侧管处即已经被冷凝而滴回蒸馏瓶中。因此,应选用短颈蒸馏瓶或者采取其它保温措施等,保证蒸馏顺利进行。
③蒸馏之前,必须了解被蒸馏的物质及其杂质的沸点和饱和蒸气压,以决定何时(即在什么温度时)收集馏分。
④蒸馏烧瓶应当采用圆底烧瓶。沸点在40-150℃的液体可采用150℃以上的液体,或沸点虽在150℃以下,对热不稳常压的简单蒸馏。对于沸点在定、易热分解的液体,可以采用减压蒸馏和水蒸汽蒸馏。
(6)
简易装置
(7)
应用
①水的净化
②石油的分馏
(8)
蒸馏化学口诀 隔网加热冷管倾,上缘下缘两相平。
需加碎瓷防暴沸,热气冷水逆向行。
瓶中液限掌握好,先撤酒灯水再停。
粗盐提纯:
粗盐中含有泥沙等不溶性杂质,以及可溶性杂质如:Ca2+,Mg2+,SO42-等。不溶性杂质可以用过滤的方法除去,可溶性杂质中的Ca2+,Mg2+,SO42-则可通过加入BaCl2、NaOH和Na2CO3溶液,生成沉淀而除去,也可加入BaCO3固体和NaOH溶液来除去。然后蒸发水分得到较纯净的精盐。
粗盐提纯实验:
1. 实验过程:
(1)溶解
(2)在天平上称量剩下的粗盐,计算在10毫升水中大约溶解了多少克粗盐。
(3)加入过量BaCl2(去除硫酸根离子)BaCl2+Na2SO4==BaSO4↓+2NaCl
(4)加入过量NaOH(去除镁离子)MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaCl
(5)加入过量Na2CO3(去除钙离子及BaCl2中的钡离子)Na2CO3+CaCl2==CaCO3↓+2NaCl
(6)Na2CO3+BaCl2==BaCO3↓+2NaCl
(注:3,4两步可互换。)
(7)过滤
向滤液中加入适量HCl(除去过量NaOH,Na2CO3,可选择用pH试纸控制加入的量,或是直接蒸发)
(8)蒸发结晶
2. 实验步骤:
(1)溶解:
用托盘天平称取5克粗盐(精确到0.1克),用量筒量取10毫升水倒入烧杯里,
用药匙取一匙粗盐加入水中,观察发生的现象,用玻璃棒搅拌,并观察发生的现象。
接着再加入粗盐,边加边用玻璃棒搅拌,一直加到粗盐不再溶解时为止,观察溶液是否浑浊。
(2)过滤:
将滤纸折叠后用水润湿使其紧贴漏斗内壁并使滤纸上沿低于漏斗口,溶液液面低于滤纸上沿,
倾倒液体的烧杯口要紧靠玻璃棒,玻璃棒的末端紧靠有三层滤纸的一边,漏斗末端紧靠承接
滤液的烧杯的内壁。慢慢倾倒液体,待滤纸内无水时,仔细观察滤纸上的剩余物及滤液的颜色,
滤液仍浑浊时,应该再过滤一次。
(3)蒸发:
把得到的澄清滤液倒入蒸发皿,把蒸发皿放在铁架台的铁圈上,用酒精灯加热同时用玻璃棒
不断搅拌滤液,等到蒸发皿中出现较多量固体时,停止加热,利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。
(4)用玻璃棒把固体转移到纸上,称量后,回收到教师指定的容器,比较提纯前后食盐的状态
并计算精盐的产率。
(5)去除可溶性杂质:溶解,依次加入过BaCl2,NaOH,Na2CO3过滤。向滤液中加入适量HCl,
蒸发,结晶。
产率计算:
将提纯后的氯化钠与粗盐作比较,计算精盐的产率。
(误差分析:明显偏低:A.溶解时将粗盐一次全部倒入水中,立即过滤B.蒸发时,有一些液体、固体溅出。
偏高:提纯后的精盐尚未完全干燥就称其质量.粗盐中含有其他可溶性固体。)
元素变化:
反应前:NaCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4
加入BaCl2(过量)产生BaSO4沉淀溶液内还剩:NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2
加入Na2CO3(过量)产生CaCO3沉淀和BaCO3沉淀溶液内还剩:NaCl、MgCl2、Na2CO3
加入NaOH(过量)产生Mg(OH)2沉淀溶液内还剩:NaCl、Na2CO3、NaOH
加入HCl(过量)产生CO2、H2O溶液内还剩:HCl、NaCl
蒸发后:NaCl
实验现象:
溶解:粗盐固体为灰色,加入水中所得液体呈浑浊状。
过滤:滤液是无色透明液体,滤纸上的残留物呈黑色。
蒸发:随着加热,蒸发皿中液体的量减少;当蒸发到一定程度时,蒸发皿底部有固体析出。蒸发得到的固体为白色。
过程中玻璃棒的作用:
(1)溶解时:搅拌,加速溶解
(2)过滤时:引流
(3)蒸发时:搅拌,使液体均匀受热,防止液体飞溅
溶质质量分数:
1.
概念:溶液中溶质的质量分数是溶质质量与溶液质量之比。
2.
表达式:溶质质量分数=
=
3.
含义:溶质质量分数的含义是指每100份质量的溶液中含有溶质的质份为多少。如100g10%的NaCl溶液中含有10gNaCl.。不要误认为是100g水中含有10gNaCl。
应用溶质质量分数公式的注意事项: ①溶质的质量是指形成溶液的那部分溶质,没有进入溶液的溶质不在考虑范围之内。如在20℃时,100g水中最多能溶解36gNaCl,则20gNaCl放入50g 水中溶解后,溶质的质量只能是18g。
②溶液的质量是该溶液中溶解的全部溶质的质量与溶剂的质量之和(可以是一种或几种溶质)。
③计算时质量单位应统一。
④由于溶液的组成是指溶液中各成分在质量方面的关系,因此,对溶液组成的变化来说,某物质的质量分数只有在不超过其最大溶解范围时才有意义。
例如在20℃时,NaCl溶液中溶质的质量分数最大为26.5%,此时为该温度下氯化钠的饱和溶液,再向溶液中加入溶质也不会再溶解,浓度也不会再增大。因此离开实际去讨论溶质质量分数更大的NaCl溶液是没有意义的。
⑤运用溶质质量分数表示溶液时,必须分清溶质的质量、溶剂的质量和溶液的质量。
a.结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
b.当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
c.若两种物质能发生反应,有沉淀或气体生成,此时溶液中的溶质质量分数=
影响溶质质量分数的因素:
(1)影响溶质质量分数的因素是溶质、溶剂的质录,与温度、是否饱和无关。在改变温度的过程中若引起溶液中溶质、溶剂质量改变,溶质的质量分数也会改变,但归根结底,变温时必须考虑溶质、溶剂的质量是否改变。因而,影响溶质的质量分数的因素还是溶质、溶剂的质量。例如:
①将饱和的NaNO
3溶液降低温度,由于析出品体,溶液中溶质的质缺减少,溶剂的质量不变,所以溶液中溶质的质量分数变小。
②将饱和的NaNO
3溶液升高温度,只是溶液变成了不饱和溶液,溶液中溶质、溶剂的质量不变,因而溶液中溶质的质量分数不变。
(2)不要认为饱和溶液变成不饱和溶液,溶质的质量分数就变小;也不要认为不饱和溶液变成饱和溶液,溶质的质量分数就变大;要具体问题具体分析。
有关溶质质量分数计算的类型(1)
利用公式的基本计算 ①已知溶质、溶剂的质量,求溶质的质量分数。
直接利用公式:溶质的质量分数=
×100%
②已知溶液、溶质的质量分数,求溶质、溶剂的质量。
利用公式:溶质的质量=溶液的质量×溶质的质量分数
溶剂的质量=溶液的质量一溶质的质量
③已知溶质的质量、溶质的质量分数,求溶液的质量。
利用公式:溶液的质量=溶质的质量÷溶质的质量分数
④质量、体积、密度与溶质质量分数的换算
当溶液的量用体积表示时,计算时应首先将溶液的体积换算成质量后再进行相关计算。因为计算溶质的质量分数的公式中各种量都是以质量来表示的,不能以体积的数据来代替。
利用公式:溶液的质量=溶液的体积×溶液的密度
(2)
溶液的稀释与浓缩
|
方法 |
计算依据 |
计算公式 |
溶液的稀释 |
①加水稀释 ②加稀溶液稀释 |
①加水稀释前后,溶液中溶质的质量不变 ②用稀溶液稀释浓溶液时。稀溶液中溶质的质量与浓溶液中溶质的质量之和等于混合后溶液中溶质的质量 |
加水稀释:稀释前后溶液中溶质的质量不变 m浓×ω浓%=(m浓+m水)×ω稀% |
溶液的浓缩 |
①添加溶质 ②蒸发溶剂 ③加入浓溶液 |
①原溶液中的溶质与后加入的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 ②蒸发溶剂前后溶液中溶质的质量不变(没有溶质析出) ③原溶液中的溶质与后加入浓溶液中的溶质质量之和等于混合后溶液中的溶质质量 |
蒸发浓缩:浓缩前后溶液中溶质的质量不变(m稀-m水)×ω浓%=m稀×ω稀% |
注意:
a.几种溶液混合,溶液的体积不能简单相加,即V
总≠V
A+V
Bb.混合后溶液的质量、溶质的质量可以相加,即m
总=m
A+m
B
c. 要求混合后溶液的总体积,必须依据公式V=m/ρ,所以要知道混合溶液的密度才能求出总体积。
(3)
饱和溶液中溶质质量分数的计算a. 固体溶解度的计算公式
根据固体溶解度的计算公式[溶解度(S)=
×100g]可推导出:
,
b. 溶解度与溶质质量分数的关系
|
溶解度 |
溶质质量分数 |
意义 |
物质溶解性的量度,受外界温度的影响 |
表示溶液中溶质质量的多少,不受外界条件影响 |
容积要求 |
100g |
无要求 |
温度要求 |
与温度有关 |
一般与温度无关 |
溶液是否饱和 |
一定达到饱和 |
不一定饱和 |
计算公式 |
×100g |
|
单位 |
克 |
无单位 |
联系 |
饱和溶液中溶质的质量分数= |
特殊的溶质质量分数的计算:(1)
结晶水合物溶于水时,其溶质指不含结晶水的化合物。
如CuSO
4·5H
2O溶于水时,溶质是CuSO
4。
溶质质量分数=
×100%
(2)
溶质只能是已溶解的那一部分,没有溶解的不能做溶质计算
如20℃时,20gNaCl投入到50g中水中(20℃时,NaCl的溶解度为36g)。20℃时50g水最多只能溶解18gNaCl,如溶质的质量为18g,而不是20g,所以该NaCl溶液的质量分数=18g/(50g+18g)×100%=26.5%。
(3)
当某些化合物溶于水时与水发生了反应,此时溶液中的溶质是反应后生成的物质。如Na
2O溶于水时发生如下反应:Na
2O+H
2O==2NaOH。反应后的溶质是NaOH,此
溶液的溶质质量分数=
。
(4)
某混合物溶于水,要计算某一溶质的质量分数,溶液的质量包括混合物与水的质量如5gNaCl和1gKNO3的混合物溶于100g水,计算NaCl的溶质质量分数:
ω(NaCl)=5g/(5g+1g+100g)×100%=4.7%。
(5)
利用元素的质量分数进行计算
溶液中溶质的质量分数与溶质中某元素的质量分数之间有着联系。溶液的溶质质量分数×溶质中某元素的质量分数=溶液中某元素的质量分数。
溶质质量分数的不变规律:(1)从一瓶溶液中不论取出多少溶液,取出溶液及剩余溶液的溶质质量分数与原来溶液中溶质质量分数相同。
(2)溶质、溶质质量分数均相同的两种溶液混合,所得溶液的质量分数保持不变。
(3)一定温度时,向某饱和溶液中加入该溶质,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(4)一定温度时,对某饱和溶液恒温蒸发溶剂,所得溶液的溶质质量分数保持不变。
(5)对于溶解度随温度升高而增大的物质来说,将其饱和溶液(底部没有固体时)升高温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。而对于溶解度随温度升高而减小的物质(熟石灰)来说,降低温度,所得溶液的溶质质量分数保持不变。