【高中】2017人教版高中化学选修5第一章第四节第1课时有机化合物的分离提纯

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第四节研究有机化合物的一般步骤和方法
第1课时有机化合物的分离、提纯
[学习目标定位] 熟知蒸馏法、萃取法、重结晶法提纯有机物的原理，能够根据有机物的性质、特点选择其分离方法。

1．物质的分离是把混合物的各种成分物质分开的过程，分开以后的各物质应该尽量减少损失，而且是比较纯净的。

(1)物理方法：过滤、重结晶、升华、蒸发、蒸馏、分馏、液化、分液、萃取、渗析、溶解、盐析、汽化、物理方法洗气等。

(2)化学方法：加热分解、氧化还原转化、生成沉淀、酸碱溶解或中和、络合、水解、化学方法洗气等。

(3)根据成分物质性质的差异，确定下列混合物的分离方法：
①饱和食盐水和沙子过滤；
②从KNO3、NaCl的混合溶液中获得KNO3结晶；
③水和汽油的混合物分液；
④从碘水中提取碘萃取。

2．物质的提纯是将某物质中的杂质，采用物理或化学方法除掉的过程。

它和分离的主要区别在于除掉后的杂质可以不进行恢复。

常用的方法有
(1)将要除去的杂质变为被提纯物，这是提纯物质的最佳方案。

如除去Na2CO3中混有的NaHCO3，可将混合物加热使NaHCO3全部转化为Na2CO3。

(2)加入一种试剂将要除去的杂质变成沉淀，最后用过滤的方法除去沉淀。

如食盐水中混有BaCl2，可加适量的Na2SO4，把Ba2＋转化为BaSO4沉淀。

(3)加热或加入一种试剂使杂质变为气体逸出。

如食盐水中混有Na2CO3，可加盐酸使CO变为CO2逸出。

探究点一含有杂质的工业乙醇的蒸馏
1．蒸馏原理
(1)蒸馏的原理是在一定温度和压强下加热液态混合物，沸点低的物质或组分首先汽化，将其蒸气导出后再进行冷凝，从而达到与沸点高的物质或组分相分离的目的。

(2)工业乙醇中含有水、甲醇等杂质，经蒸馏收集77～的馏分。

2．仪器装置
(1)仪器A的名称是温度计。

(2)仪器B的名称是蒸馏烧瓶。

(3)仪器C的名称是冷凝管。

(4)仪器D的名称是锥形瓶。

3．实验步骤
在250 mL蒸馏烧瓶中加入100 mL工业乙醇，再在烧瓶中投入少量碎瓷片，安装好蒸馏装置，向冷凝器中通入冷却水，加热蒸馏。

(1)加碎瓷片的目的是防止液体暴沸。

(2)温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处。

(3)冷却水进出水方向是“下口进”、“上口出”。

4．实验结果
收集77～79 ℃的馏分为95.6%的乙醇和4.4%水的共沸混合物。

[归纳总结]
蒸馏可用来分离提纯液态有机物，其适用条件是
(1)有机物热稳定性较强；
(2)有机物与杂质的沸点相差较大。

[活学活用]
1．欲用96%的工业酒精制取无水乙醇时，可选用的方法是( )
A．加入无水CuSO4，再过滤
B．加入生石灰，再蒸馏
C．加入浓硫酸，再加热，蒸出乙醇
D．将96%的乙醇溶液直接加热蒸馏出苯
答案 B
解析水和乙醇互溶，但沸点不同，所以用蒸馏的方法提纯乙醇；为了更好地蒸馏，先加入生石灰吸水。

探究点二重结晶提纯苯甲酸
1．重结晶原理
利用有机物和杂质在同一溶剂中溶解度随温度的变化相差较大，采用冷却或蒸发将有机物分离出来，是提纯固体有机物的常用方法。

2．实验步骤
(1)加热溶解：将粗苯甲酸1 g加到100 mL的烧杯中，再加入50 mL蒸馏水，在石棉网上边搅拌边加热，使粗苯甲酸溶解，全溶后再加入少量蒸馏水。

(2)趁热过滤：用短颈玻璃漏斗趁热将溶液过滤到另一个100 mL烧杯中。

(3)冷却结晶：将滤液静置，使其缓慢冷却结晶。

(4)分离晶体：过滤分离滤液，得到晶体。

3．实验思考
(1)在重结晶过程中要多次进行洗涤，在进行热过滤后，要用少量热溶剂冲洗一遍，其目的是什么？
(2)在晶体析出后，分离晶体和滤液时，要用少量的冷溶剂洗涤晶体，其目的是什么？为什么要用冷溶剂？
(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？
答案(1)洗涤不溶性固体表面的可溶性有机物。

(2)洗涤除去晶体表面附着的可溶性杂质；用冷溶剂洗涤可降低洗涤过程中晶体的损耗。

(3)温度过低，杂质的溶解度也会降低，部分杂质会析出，达不到提纯苯甲酸的目的；温度极低时，溶剂(水)也会结晶，给实验操作带来麻烦。

[归纳总结]
(1)重结晶选择溶剂的要求
①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大，易于除去。

②被提纯的有机物在所选溶剂中的溶解度受温度的影响较大；该有机物在热溶液中的溶解度较大，冷溶液中的溶解度较小，冷却后易于结晶析出。

(2)重结晶实验操作步骤①加热溶解；②趁热过滤；③冷却结晶。

[活学活用]
2．在“苯甲酸的重结晶”实验中有如下操作，请在横线上填上相应的文字将操作补充完整。

A．在石棉网上加热，并用玻璃棒不断搅拌；
B．将滤液静置，使其；
C．将1 g粗苯甲酸加入100 mL的烧杯中，再加入50 mL蒸馏水；
D．用趁热将溶液过滤到另一100 mL的烧杯中；
E．全部溶解后再加入少量蒸馏水；
F．过滤得苯甲酸晶体。

回答下列问题：
(1)上述实验步骤的操作顺序为。

(2)操作E的目的是。

(3)操作B的温度(填“是”或“不是”)越低越好，理由是。

答案缓慢冷却结晶短颈玻璃漏斗
(1)CAEDBF (2)减少苯甲酸的损失(3)不是温度太低，杂质也会析出
解析在苯甲酸的重结晶实验中，应先将其溶解(需加热)，然后再趁热过滤，将过滤后的滤液缓慢冷却结晶，最后再将析出晶体后的混合物过滤即可。

探究点三萃取的实验原理与操作
1．萃取的原理
(1)液—液萃取原理：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。

(2)固—液萃取原理：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。

(3)常用的与水不互溶的有机溶剂是乙醚、石油醚、二氯甲烷等。

2．操作要求
加入萃取剂后充分振荡，静置分层后，打开分液漏斗活塞，下层液体从下口
流出，并及时关闭活塞，上层液体从上口倒出。

[归纳总结]
(1)萃取和分液是两个不同的概念，分液是将两种互不相溶的液体组成的混合物分离的操作。

分液可单独进行，但萃取之后一般要进行分液。

(2)萃取和分液常用的玻璃仪器是分液漏斗。

[活学活用]
3．下列各项操作，错误的是( )
A．用酒精萃取溴水中的溴单质的操作可选用分液漏斗，而后静置分液
B．进行分液时，分液漏斗中的下层液体，从下口流出，上层液体则从上口倒出
C．萃取、分液前需对分液漏斗进行检漏
D．将上面的塞子拿下，可以保证分液漏斗内的液体顺利流出
答案 A
解析酒精可与水互溶，与水混合不能分层，不符合萃取剂的条件，不能达到萃取的目的，A项错误；分液漏斗中的下层液体应通过下端活塞放出，上层液体则从上口倒出，若上层液体也从下端放出，会使上层液体与残留在漏斗内壁的下层液体相混而不纯，B项正确；由于
分液漏斗有活塞，故使用前首先检查活塞处是否漏水，活塞是否畅通，由于萃取操作时，还要将分液漏斗倒转振荡，所以还应检验塞好塞子的分液漏斗口部是否漏水，C项正确；放出下层液体时，将漏斗上面的塞子拿掉使漏斗内与大气相通，便于液体顺利流出，D项正确。

有机物分离与提纯的常用方法总结
分离、提
纯的方法
目的主要仪器实例
分液
分离、提纯互不
相溶的液体混合
物
分液漏斗分离硝基苯与水
蒸馏
分离、提纯沸点
相差较大的混合
溶液
蒸馏烧瓶、冷凝
管、接收器
分离乙醛与乙醇重结晶
分离、提纯溶解
度受温度影响较
大的固体混合物
过滤器提纯苯甲酸
洗气
分离、提纯气体
混合物
洗气装置除去甲烷中的乙烯过滤
分离不溶性的固
体和液体
过滤器分离硬脂酸与氯化钠
1．用分液漏斗可以分离的一组液体混合物是( )
A．溴和CCl4B．苯和溴苯
C．硝基苯和水D．汽油和苯
答案 C
2．下列分离或除杂的方法不正确的是( )
A．用分液法分离水和酒精
B．用蒸馏法分离苯和溴苯
C．用重结晶方法提纯苯甲酸
D．用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中混有的少量氯化氢气体
答案 A
3．现有下列仪器：烧杯、漏斗、铁架台(带铁圈)、三脚架、分液漏斗、酒精灯、玻璃棒、
蒸发皿和圆底烧瓶，从缺少仪器的角度分析，不能进行的实验项目是( )
A．过滤B．蒸发C．分液D．分馏
答案 D
解析若要掌握各实验所需要的仪器，必须明确各种实验的原理及主要操作。

分馏时，加热装置缺少石棉网、温度计，冷凝装置缺少冷凝管，接收装置缺少牛角管及锥形瓶。

4．下列实验方案不合理的是( )
A．用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中混有的乙酸等
B．分离苯和硝基苯的混合物，可用蒸馏法
C．可用苯将溴从溴苯中萃取出来
D．可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳
答案 C
解析因乙酸乙酯在饱和Na2CO3溶液中的溶解度很小，且乙酸易溶于饱和Na2CO3溶液，因此可用饱和Na2CO3溶液来除去乙酸乙酯中混有的乙酸等杂质；苯与硝基苯的沸点相差较大，可用蒸馏法将两者分离开来；溴易溶于溴苯，也易溶于苯，因此不能用苯作萃取剂将溴从溴苯中萃取出来；苯不溶于水，加入水时，液体分为两层，上层为苯(油状液体)，下层为水，乙醇与水混合时不分层，四氯化碳不溶于水，加水混合时，液体也分为两层，上层为水，下层为四氯化碳(油状液体)，因此可用水来鉴别苯、乙醇、四氯化碳。

5．将CH3CHO(易溶于水，沸点为20.8 ℃的液体)和CH3COOH分离的正确方法是( ) A．加热蒸馏
B．加入Na2CO3后，通过萃取的方法分离
C．先加入烧碱溶液之后蒸出乙醛，再加入浓硫酸，蒸出乙酸
D．和Na反应后进行分离
答案 C
解析乙醛、乙酸均为低沸点物质，都易挥发，直接蒸馏得不到其纯净物质。

故先将CH3COOH 转化为沸点高的CH3COONa。

6．下列物质中的杂质(括号中是杂质)分别可以用什么方法除去。

(1)壬烷(己烷) ；
(2)KNO3(NaCl) ；
(3)乙酸乙酯(乙醇) ；
(4)甲烷(乙烯) ；
(5)NaCl(泥沙) ；
(6)溴水(水) 。

答案(1)蒸馏(2)结晶(或重结晶) (3)加入饱和Na2CO3溶液，分液(4)通过溴水，洗气(5)溶解、过滤
(6)萃取
[基础过关]
一、有机物分离提纯实验仪器、试剂的选择
1．下列每组中各有三对物质，它们都能用分液漏斗分离的是( )
A．乙酸乙酯和水，酒精和水，植物油和水
B．四氯化碳和水，溴苯和苯，硝基苯和水
C．甘油和水，乙酸和水，乙酸和乙醇
D．汽油和水，苯和水，己烷和水
答案 D
解析A选项中，酒精和水互溶；B选项中溴苯和苯互溶；C选项中三组物质都互溶。

2．除去下列物质所含的杂质(括号内的物质)所选用的试剂不正确的是( )
A．乙酸(苯甲酸)：NaOH溶液
B．甲烷(乙炔)：溴水
C．苯(苯甲酸)：NaOH溶液
D．乙炔(硫化氢)：亚硫酸钠酸性溶液
答案 A
解析A项，乙酸和苯甲酸都能与NaOH反应而溶于该溶液，因此A错误；B项，可以将混合气体通入溴水中，乙炔与溴水发生加成反应，从而除去了乙炔；C项，苯甲酸溶于NaOH溶液而除去；D项，通过亚硫酸钠酸性溶液，硫化氢与亚硫酸钠反应生成了硫单质，从而除去。

3．天然色素的提取往往应用到萃取操作，现在有用大量水提取的天然色素，下列溶剂不能用来萃取富集这些天然色素的是( )
A．四氯化碳B．苯
C．乙醇D．直馏汽油
答案 C
解析萃取剂必须与溶剂互不相溶。

而乙醇和水互溶，所以不能用来萃取富集这些天然色素。

二、有机物分离提纯方法的选择
4．现有三组混合液：①乙酸乙酯和乙酸钠溶液②乙醇和水③溴化钠和单质溴的水溶液，分离以上各混合液的正确方法依次是( )
A．分液、萃取、蒸馏
B．萃取、蒸馏、分液
C．分液、蒸馏、萃取
D ．蒸馏、萃取、分液 答案 C
解析 ①乙酸乙酯和乙酸钠溶液分层，采用分液法分离；②乙醇和水混溶，两者的沸点不同，可采用蒸馏法分离；③溴化钠不溶于有机溶剂，溴易溶于有机溶剂，可采用萃取的方法分离。

5．化学工作者从有机反应RH ＋Cl 2(g)――→光照RCl(l)＋HCl(g)受到启发，提出的在农药和有机合成工业中可获得副产品HCl 的设想已成为现实，试指出由上述反应产物分离得到盐酸的最佳方法是( ) A ．水洗分液法 B ．蒸馏法 C ．升华法
D ．有机溶剂萃取法
答案 A
解析 本题关键是选最佳方法。

因HCl 极易溶于水，有机物一般不溶于水，故用水洗分液法分离得到盐酸最简便。

6．现有一瓶A 和B 的混合液，已知A 和B 的某些性质如下：
A ．萃取
B ．结晶
C ．蒸馏
D ．分液
答案 C
解析 观察表中数据，得知A 、B 两种物质都是有机物，都溶于水，不能用萃取或分液进行分离，它们的熔点都比较低，常温下为液体，不能结晶析出，但是其沸点差异较大，故可以用蒸馏的方法将A 、B 分离。

7．为了提纯下表中的物质(括号内为杂质)，有关除杂试剂和分离方法的选择均正确 的是( )
A.①② 答案 B
解析 出错的原因是不能明确物质的分离与提纯的具体要求。

向①中加入溴水，己烯与Br 2
反应的产物与己烷仍互溶，且己烷可萃取溴水中的溴，用分液法不能将己烷提纯；④中除杂试剂Na2CO3既可与杂质SO2反应，又可吸收被提纯气体CO2，所以用Na2CO3溶液不可行，应改用饱和NaHCO3溶液。

三、有机物分离提纯的实验操作
8．下列关于物质的分离、提纯实验中的一些操作或做法，不正确的是( )
A．在组装蒸馏装置时，温度计的水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处
B．用96%的工业酒精制取无水乙醇，可采用的方法是加生石灰，再蒸馏
C．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后还要加少量蒸馏水
D．在苯甲酸重结晶实验中，待粗苯甲酸完全溶解后，要冷却到常温才过滤
答案 D
9．在一定条件下，萘可以被浓硝酸、浓硫酸的混酸硝化生成二硝基物，它是1,5­二硝基萘
()、1,8­二硝基萘()的混合物，后者可溶于质量分数大于98%的硫酸，而前者不能。

利用这一性质可以将这两种同分异构体分离，向上述硝化产物中加入适量的98%硫酸，充分搅拌，用耐酸漏斗过滤，欲从滤液中得到固体1,8­二硝基萘，应采用的方法是( )
A．蒸发浓缩结晶
B．向滤液中加水后过滤
C．用Na2CO3溶液处理滤液
D．将滤液缓缓加入水中并过滤
答案 D
解析根据题目信息知，滤液中有浓H2SO4和1,8­二硝基萘，浓H2SO4可溶于水，而1,8­二硝基萘不溶于水，故可以将滤液注入水中(相当于浓H2SO4的稀释)，然后过滤即可。

[能力提升]
10．现拟分离乙酸乙酯、乙酸和乙醇的混合物，下图是分离操作步骤流程图。

请在图中圆括号内填入适当的试剂，在方括号内填入适当的分离方法，在方框内填入所分离的有关物质的化学式。

答案a：饱和Na2CO3溶液b：H2SO4溶液
①分液②蒸馏③蒸馏
A．CH3COOCH2CH3B．CH3CH2OH、CH3COONa
C．CH3COONa D．CH3COOH
E．CH3CH2OH
解析乙酸乙酯、乙酸和乙醇的分离，最好先用饱和Na2CO3溶液洗涤，这样首先分离出乙酸乙酯，而在洗涤液中留下CH3COONa和乙醇，再用蒸馏的方法蒸出乙醇，最后把CH3COONa→CH3COOH再蒸馏，即可把CH3COOH与H2O分离。

11．工业酒精是含水约4%的液态乙醇，向工业酒精中加入生石灰，会发生如下化学反应且生成物不溶于乙醇。

CaO＋H2O===Ca(OH)2
要在实验中将工业酒精转化为无水酒精，请回答下列问题：
(1)下列做法中最不可取的是。

A．加入过量的生石灰后过滤
B．加入过量的生石灰后蒸馏
C．加入过量的生石灰后分液
(2)在你选择的需要加热的实验方法中，需要用到的玻璃仪器除酒精灯以外，还有；
在该方法的实验步骤中，加热之前的一步操作是，并且要注意的问题是。

(3)用酒精灯作热源，在加热的过程中要适时调整酒精灯的位置，其目的是。

答案(1)C
(2)蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶向冷凝管内通冷却水使冷却水从冷凝管的下口进，上口出
(3)使蒸馏烧瓶内的支管口处保持某一恒温
解析(1)Ca(OH)2和CaO都是不溶于酒精、难挥发的固体，酒精是较易挥发的液体。

因此，答案为C。

(2)根据题中的要求，实验方法是蒸馏，有关玻璃仪器除酒精灯以外还有蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管和锥形瓶；在蒸馏操作中，为了确保馏分及时得到冷却，要先向冷凝管内通入冷却水，然后才能进行加热；为了提高冷凝管的冷却效率，冷却水要从冷凝管的下口进，上口出。

(3)做蒸馏操作时要根据混合物组分沸点的情况，使蒸馏烧瓶内的支管口处保持某一恒温，温度的测量靠温度计，温度的升降可以通过控制热源的强弱来实现。

12．某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置(如图)，以环己醇制备环己烯。

已知：
密度(g·cm－3) 熔点(℃)沸点(℃)溶解性环己醇0.96 25 161 能溶于水
环己烯0.81 －103 83 难溶于水
(1)
将12.5 mL环己醇加入试管A中，再加入1 mL浓硫酸，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热至反应完全，在试管C内得到环己烯粗品。

①A中碎瓷片的作用是，导管B除了导气外还具有的作用是。

②试管C置于冰水浴中的目的是。

(2)制备精品
①环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。

加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，环己烯在层(填“上”或“下”)，分液后用 (填编号)洗涤。

a．KMnO4溶液b．稀H2SO4c．Na2CO3溶液
②再将环己烯按下图装置蒸馏，冷却水从口进入(填“f”或“g”)。

蒸馏时要加入生石灰，目的是。

③收集产品时，控制的温度应在左右，实验制得的环己烯精品质量低于理论产量，可能的原因是 (填字母序号，下同)。

a．蒸馏时从70 ℃开始收集产品
b．环己醇实际用量多了
c．制备粗品时环己醇随产品一起蒸出
(3)以下区分环己烯精品和粗品的方法，合理的是。

a．用酸性高锰酸钾溶液
b．用金属钠
c．测定沸点
答案(1)①防止液体暴沸冷凝②防止环己烯挥发
(2)①上 c ②g吸收水分，便于蒸馏出更纯净的产品
③83 ℃ c (3)bc
解析本题将课本制备乙酸乙酯的实验装置创新应用于其他有机物的制备，要求学生学而不僵，灵活多变，很好的考查了学生的知识迁移能力和综合实验能力。

包括物质的制备、分离(蒸馏、分液)，反应条件的控制，物质的鉴别等。

(1)粗品的制备既要防止反应物暴沸，又要防止生成物挥发。

(2)精品的制备关键在于除杂，此问涉及到分液和蒸馏。

环己烯密度比水小，在上层，洗涤时选用KMnO4溶液会氧化环己烯，又因粗品中混有少量酸性物质，洗涤时不能再用稀H2SO4，需用Na2CO3溶液将多余的酸除掉。

其中的水分可用生石灰除去。

由于环己醇的沸点较低，制备粗品时随产品一起蒸出，导致环己烯精品产量低于理论值。

(3)区分精品与粗品不能选用酸性KMnO4，因为二者皆可被KMnO4溶液氧化；由于粗品中含有环己醇等，可与钠反应产生气体，故可用Na加以区分；测定沸点也能很好的区分二者。

[拓展探究]
13．甲醛在医药、染料、香料等行业中都有着广泛的应用。

实验室通过下图所示的流程由甲苯氧化制备苯甲醛，试回答下列问题。

(1)Mn2O3氧化甲苯的反应需要不断搅拌，搅拌的作用是。

(2)甲苯经氧化后得到的混合物通过结晶、过滤进行分离，该过程中需将混合物冷却，其目的是。

(3)实验过程中，可循环使用的物质有、。

(4)实验中分离甲苯和苯甲醛采用的操作Ⅰ是，其原理是。

答案(1)使反应物充分接触，加快反应速率
(2)降低MnSO4的溶解度
(3)稀硫酸甲苯
(4)蒸馏利用甲苯和苯甲醛的沸点差异使二者分离
解析(1)固体Mn2O3与液态的甲苯反应，接触面积小，反应速率慢，搅拌可以使Mn2O3和甲苯充分接触，加快反应速率。

(2)从流程图可以看出，反应后的混合物中含有硫酸锰、苯甲
醛等。

“结晶、过滤”可得晶体硫酸锰，将混合物降温是为了降低硫酸锰的溶解度，使其从溶液中结晶析出。

(3)由流程图中箭头的指向可以直接看出参与循环的物质是稀硫酸和甲苯。

(4)由制备原理可知，甲苯和苯甲醛互溶，所以油层含有的物质为苯甲醛和未被氧化的甲苯，要使它们分离，只能用蒸馏的方法。

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