对一个初中化学实验的探讨

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用结晶的方法分离可溶性固体混合物，是初中化学中一个十分重要的教学内容。课本较为详尽地说明了其原理和过程，并安排了一个演示实验。

1.对课本中演示实验的定量处理

为了讨论方便，按课本中的规定：设10 g混合物中KNO3为9 g，NaCl为1 g（食盐的含量较少）。

定量处理结果见表1。

上述结果表明，课本的演示实验是切实可行的，其步骤是正确的，其理论是可靠的。但美中不足的是KNO3收率较低，多数（或一半）KNO3仍滞留于母液中。能否改变个别条件，使其更趋完美呢？

2.减少加水量，适当提高加热温度

按同样的步骤，加入10 g水，加热到52℃。定量处理结果见表2。

仅仅改变了加水量，适当提高了加热温度，就使收率由47.3%提高到了64.9%。

笔者又对最少的加水量、理论上最大的收率进行了定量处理，其结果见表3。

同样的条件，同样的步骤，得到了不同的结果（见表4）。

可见，加水量对于结晶分离方案的设计是至关重要的，是要进行事先定量计算来获得的。

3.混合物中各成分的相对含量对方案的影响

课本中规定的食盐的含量较少。若KNO3和NaCl含量各半即各为5 g，其结果见表5。

由于混合物中各成分的相对含量发生了改变，沿袭课本的步骤将无法实现分离的目的，因此需要根据变化了的情况重新设计方案。

首先考察KNO3和NaCl的溶解度差以100℃为最大（大于100℃，水成为气体）。第一步用100℃的水处理上述混合物，使大部分食盐首先以晶体形式分离出来。这里关键的一步是加水量。若加水量不足，KNO3不能完全溶解，不溶解的部分就将混入NaCl晶体而使其玷污；若加水量过多，则母液中食盐较多，这会影响到食盐的收率。因此，最适宜的水量是使KNO3完全溶解，所需水[m（H2O）]可以粗略计算为：

100 g∶ 246 g=m（H2O）∶ 5 m（H2O）=2.03 g

故第一步加入100℃水2.03 g（100℃时的水挥发很快，为防止KNO3因水分挥发而结晶析出，实际加水量应略多于计算值，并应不断补充因蒸发而消耗的水分）。这样，大部分NaCl留在固相中，溶液中的食盐[m（NaCl）]为：

100 g∶ 39.8 g=2.03 g∶ m（NaCl）

m（NaCl）=0.808 g

可以得到的食盐晶体为：

5 g-0.808 g=4.19 g

收率：4.19 g5 g×100%=83.8%

这样，经过第一步处理就可以分离出大部分NaCl。为使晶体中不含或少含KNO3，必须立即进行第二步：趁热过滤，将KNO3富集于母液中。第三步将其冷至20℃。冷却过程中不但有KNO3析出，也有NaCl析出。为防止因NaCl晶体的析出玷污KNO3晶体，可在冷却前先加少量水。加水量计算：

设冷却到20℃，此时NaCl的溶解度为36.0 g，习惯性在母液中含NaCl 0.808 g，若加水至20℃成为食盐饱和溶液，则NaCl不能析出。

100 g∶ 36.0 g=m（H2O）∶ 0.808 g

m（H2O）=2.24 g

应加水：2.24 g-2.03 g=0.11 g（为了保证NaCl不析出，实际上加水应稍多）

20℃时母液中溶解的KNO3为：

100 g∶ 31.6 g=2.44 g∶ m（KNO3）

m（KNO3）=0.771 g

冷却到20℃时得KNO3晶体为：5 g-0.771 g=4.23 g

收率：4.23 g5 g×100%=84.6%

这样，可将两者基本上完全分开，得到了各自纯度较高的晶体，收率都在80%以上。

（收稿日期：2015-01-26）