利用溶解度曲線判斷提純物質

溶解度曲線是初中化學教學的重點和難點，是學生學習的難點，更是中考的重點，在歷年中考試題中出現的頻次較高。這類題型主要考查學生能否從圖表中獲取信息，運用比較、分類、歸納和概括等方法對獲取的信息進行加工，綜合分析并解決問題。固體的溶解度曲線可用于判斷物質的溶解度隨溫度變化的情況，從而判斷通過降溫結晶還是蒸發結晶的方法達到提純物質的目的。降溫結晶的原理是溫度降低，物質的溶解度減小，溶液達到過飽和，多余不能溶解的溶質就會析出。如果溶液中含有兩種可溶性溶質，分離和提純時，要看哪一種更容易達到飽和，就用該種溶質的結晶方法。如一種溶質溶解度隨溫度變化不大，而另一種溶質溶解度隨溫度變化較大的混合溶液，就用降溫結晶法，而且溶質的溶解度隨溫度變化越大，分離效果越好。蒸發結晶的原理是恒溫情況下或蒸發前后的溫度不變，溶解度不變，使溶劑減少，溶液達到過飽和，多余的溶質就會析出。例題：t1℃時，將a、b兩種固體物質（均不含結晶水）各25g，分別加入盛有l00g水的燒杯中，充分攪拌后現象如圖甲所示；升溫到t2℃時，忽略水分蒸發，現象如圖乙所示。圖丙是a、b兩種固體物質在水中的溶解度曲線。下列說法正確的是（）A．圖甲中兩燒杯內a、b溶液的溶質質量分數相等B.圖乙中燒杯內b溶液的溶質質量分數為25%C.圖丙中曲線M表示a物質的溶解度曲線D.若a中混有少量b，可將其溶液蒸發結晶、趁熱過濾以提純a【解析】t1℃時，a、b兩種固體物質的溶解度相等，兩燒杯中都有未溶解的固體，說明溶液都是飽和溶液，飽和溶液中溶質的質量分數×100%，所以圖甲中兩燒杯內a、b溶液的溶質質量分數相等，A選項正確；圖乙中燒杯內b物質完全溶解，溶液的溶質質量分數為＝20%，B選項錯誤；由圖甲到圖乙可知，升高溫度后，a物質有固體析出，b物質完全溶解，可知a物質的溶解度隨溫度的升高而減小，b物質的溶解度隨溫度的升高而增大，所以圖丙中曲線M表示物質的溶解度曲線，C選項錯誤；a物質的溶解度隨溫度的升高而減小，b物質的溶解度隨溫度的升高而增大，所以a中混有少量b，可將其溶液蒸發結晶、趁熱過濾以提純a，D選項正確。從解析中可以看出，“a物質的溶解度隨溫度的升高而減小，b物質的溶解度隨溫度的升高而增大”“所以a中混有少量b，可將其溶液蒸發結晶、趁熱過濾以提純a”，D選項正確。而解析并沒有分析為什么采用這種方法提純a。教師在講解此類題時，一般都是直接告訴學生結論：若有甲、乙、丙三種物質的溶解度曲線如圖所示，甲的溶解度隨溫度升高而增大（溶解度曲線陡升），乙的溶解度隨溫度變化不大（溶解度曲線緩升），丙的溶解度隨溫度升高而減小（溶解度曲線緩降）。若甲中混有少量的乙，可采用降溫結晶的方法提純甲；若乙中混有少量的甲，可采用蒸發結晶的方法提純乙；若除去丙中混有少量的甲，可采用升溫結晶的方法。有的教師很直接地歸納為“得陡降溫，得緩蒸發，下降升溫”，即陡升型的就是降溫結晶，緩升型的就是蒸發結晶，下降型的就是升溫結晶。至于具體的原因，由于學生對“溶解度”相關知識的學習普遍感到困難，教師一般也不再分析，直接講結論，而學生做題時也只需要結論即可解決問題。但有一些喜歡探究化學的學生就會思考：若除去甲中混有少量的丙，可以用蒸發結晶的方法嗎？要回答這個問題，可以從定性和定量的角度來分析。定性分析：若除去甲中混有少量的丙，采用降溫結晶的方法提純甲，因丙留在溶液中，得到的甲純度較高；采用蒸發結晶的方法，甲留在溶液中，而丙析出部分之后，溶液中仍有殘留。定量分析：以九年級下冊36~37頁的兩種物質KNO3和Ca(OH)2分析：若20℃時30gKNO3中混有0.12gCa（OH）2，要除去Ca（OH）2，可將其溶于100g水中：雜質Ca（OH）2的質量分數為×100%=0.09%；降溫至0℃，KNO3析出晶體質量為30g-13.3g=16.7g，而Ca（OH）2留在溶液中；升溫至100℃，Ca（OH）2析出晶體質量為0.12g-0.077g=0.043g，該體系中雜質Ca（OH）2的質量分數為

升溫至100℃，蒸發掉50g水，Ca（OH）2析出晶體質量為0.12g-0.0385g=0.0815g，則該體系中雜質Ca（OH）2的質量分數為從以上數據可知，采用降溫結晶的方法，可以得到較純凈的KNO3晶體，但留在溶液中的KNO3較多；而升溫至100℃時，雜質Ca（OH）2的質量分數為0.059%，雜質減少百分比為0.09%-0.059%=0.031%；升溫至100℃同時蒸發掉50g水，則雜質Ca（OH）2的質量分數降為0.048%，雜質減少百分比為0.09%-0.048%=0.042%。綜合分析得出采用降溫結晶的方法得到的較純的KNO3晶體，而蒸發結晶的方法可以降低雜質的含量，但仍有雜質存在溶液中。利用以上數據分析，可以讓學生明白如何選擇提純物質的方法，這也給教師一個啟示，在教學過程中，講解化學問題時，不僅要讓學生知