蒸发结晶和冷却结晶如何运用？

【学生提问】

寇老师：

您好！

在化工流程图题和化学实验题中经常会考到物质的结晶问题，从溶液中得到晶体，有时候需要采用蒸发结晶，趁热过滤法，有时候需要采用蒸发浓缩，冷却结晶，再过滤的方法。我搞不清楚这两种结晶方法的用法，请老师帮我总结一下，什么情况下要蒸发至有大量晶体出现，什么情况下要蒸干，什么情况下要蒸发至有少量晶膜出现，原理是什么？望老师详细讲解，谢谢老师！

                                                                                                             小海

【我的回复】

小海：

你好！

你提出的问题也是大部分同学存在的问题，我需要在班里统一给大家讲一讲，你的提问促进了我在结晶方面的深入思考和总结，我给你解答的过程也是我备课的过程，真是一举两得呀，我也得谢谢你！

请看我的解答：

1.制备下列物质的晶体时，要采用加热蒸发溶液至饱和，再冷却结晶的方法，即蒸发至有少量晶膜出现时就停止加热，有晶膜出现就表示溶液已经饱和了。

（1）挥发性酸的弱碱盐溶液，如氯化镁、氯化铝、氯化铁等；

原理：以氯化铝为例，在氯化铝溶液中存在水解平衡，如AlCl₃+3H₂OAl(OH) ₃+3HCl，在蒸发过程中，由于盐酸挥发，使平衡右移，导致蒸干溶液时得到Al(OH)₃，再灼烧时，Al(OH)₃就会分解，最终得到氧化铝。

由氯化镁、氯化铝、氯化铁溶液制备对应的盐的晶体时，除了采用蒸发浓缩冷却结晶法之外，还要不断地加入过量的盐酸抑制水解。采用这样的结晶法得到的往往是结晶水合物（如MgCl₂﹒6H₂O），然后要采用将结晶水合物放在氯化氢气流中蒸干的方法来得到无水氯化物。

（2）结晶水合物，如由硫酸铜溶液制备胆矾。

原理：若是将溶液蒸干了就得不到结晶水合物了。

（3）受热易分解的物质，如氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵等。

原理：若是将溶液蒸干了溶质就全部分解为气体了，无任何物质残留。

（4）溶解度随着温度的改变变化很大的物质，如KNO₃等；

原理：在蒸发时，其溶解度很大，析出的晶体不多，冷却后它的溶解度急剧减小，会析出大量的晶体。

2.制备下列物质的晶体时就可以采用蒸发结晶的方法，即采用加热蒸发至产生大量的晶体或者说只剩少量液体时，停止加热，利用余热蒸干即可，一般不需要蒸干。

（1）溶解度随着温度的改变变化不大，而且受热不分解的物质，如NaCl等；

原理：蒸发时溶剂大量减少，导致晶体大量析出。

（2）难挥发性酸的弱碱盐，如硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁等；

原理：虽然它们的溶液中也存在水解平衡，如硫酸铝溶液中存在平衡：Al₂(SO₄)₃+6H₂O2Al(OH) ₃+3H₂SO₄，但是由于硫酸难挥发，而是水分挥发，导致平衡左移，最后仍然得到硫酸铝，故可以采用蒸发结晶法。

3.分离氯化钠与硝酸钾的混合物的操作方法是：将混合物溶于水制得溶液，加热蒸发至出现大量晶体，趁热过滤、洗涤、干燥，得到NaCl晶体，然后将滤液冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，得到KNO₃晶体。

原理：氯化钠的溶解度随温度的升高变化不大，溶剂减少，导致析出NaCl晶体，而硝酸钾的溶解度随着温度的升高大幅度增大，在蒸发过程中不会析出，而在冷却滤液时会大量析出。

4.提纯含有少量硝酸钾杂质的氯化钠溶液的操作方法是：加热蒸发溶液至出现大量晶体，趁热过滤、洗涤、干燥，得到NaCl晶体，少量KNO₃杂质留在母液里。

原理同上。

5.提纯含有少量氯化钠杂质的硝酸钾溶液的操作方法是：将溶液蒸发浓缩至产生少量晶膜后，冷却结晶，过滤、洗涤、干燥，少量NaCl杂质留在母液里。

原理同上。

理解了上述几类物质的结晶方法后，在解题时要准确判断陌生物质的类别，灵活运用题目中给出的溶解度曲线等信息，将上述方法灵活运用。

如果你还有疑问，请继续与我交流。祝你学习进步！

                                               寇老师