第十節(jié)　無機(jī)合成基本操作

一、固體的溶解、蒸發(fā)、濃縮與結(jié)晶

1.固體的溶解

選定某一溶劑溶解固體樣品時(shí)，還應(yīng)考慮對(duì)大顆粒固體進(jìn)行粉碎、加熱和攪拌等以加速溶解。

（1）固體的粉碎　若固體顆粒較大時(shí)，在進(jìn)行溶解前通常用研缽將固體粉碎。在研磨前，應(yīng)先將研缽洗凈擦干，加入不超過研缽總體積1/3的固體，緩慢沿一個(gè)方向進(jìn)行研磨，最好不要在研缽中敲擊固體樣品。研磨過程中，可將已經(jīng)研細(xì)的部分取出，過篩，較大的顆粒繼續(xù)研磨。

（2）溶劑的加入　為避免燒杯內(nèi)溶液由于濺出而損失，加入溶劑時(shí)應(yīng)通過玻棒使溶劑慢慢地流入。如溶解時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣體，應(yīng)先加入少量水使固體樣品潤濕為糊狀，用表面皿將燒杯蓋好，用滴管將溶劑自燒杯嘴加入，以避免產(chǎn)生的氣體將試樣帶出。

（3）加熱　物質(zhì)的溶解度受溫度的影響，加熱的目的主要在于加速溶解，應(yīng)根據(jù)被加熱的物質(zhì)的穩(wěn)定性的差異選用合適的加熱方法。加熱時(shí)要防止溶液的劇烈沸騰和迸濺，因此容器上方應(yīng)該用表面皿蓋住。溶解完停止加熱以后，要用溶劑沖洗表面皿和容器內(nèi)壁。另外，并不是加熱對(duì)一切物質(zhì)的溶解都有利，應(yīng)該具體情況具體分析。

（4）攪拌　攪拌是加速溶解的一種有效方法，攪拌時(shí)手持玻棒并轉(zhuǎn)動(dòng)手腕，使玻棒在液體中均勻地轉(zhuǎn)圈，注意轉(zhuǎn)速不要太快，不要使玻棒碰到容器壁發(fā)出響聲。

2.蒸發(fā)與濃縮

用加熱的方法從溶液中除去部分溶劑，從而提高溶液的濃度或使溶質(zhì)析出的操作叫蒸發(fā)。蒸發(fā)濃縮一般是在水浴上進(jìn)行的，若溶液太稀且該物質(zhì)對(duì)熱穩(wěn)定時(shí)，可先放在石棉網(wǎng)上直接加熱蒸發(fā)，再用水浴蒸發(fā)。蒸發(fā)速度不僅與溫度、溶劑的蒸氣壓有關(guān)，還與被蒸發(fā)液體的表面積有關(guān)。無機(jī)實(shí)驗(yàn)中常用的蒸發(fā)容器是蒸發(fā)皿，它能使被蒸發(fā)液體具有較大的表面積，有利于蒸發(fā)。使用蒸發(fā)皿蒸發(fā)液體時(shí)，蒸發(fā)皿內(nèi)所盛液體體積不得超過總?cè)萘康?/3，若待蒸發(fā)液體較多時(shí)，可隨著液體的被蒸發(fā)而不斷添補(bǔ)。隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，溶液濃度增加，蒸發(fā)到一定程度后冷卻，就可析出晶體。當(dāng)物質(zhì)的溶解度較大且隨溫度的下降而變小時(shí)，只要蒸發(fā)到溶液出現(xiàn)晶膜即可停止；若物質(zhì)溶解度隨溫度變化不大時(shí)，為了獲得較多的晶體，需要在結(jié)晶膜出現(xiàn)后繼續(xù)蒸發(fā)。但是由于晶膜妨礙繼續(xù)蒸發(fā)，應(yīng)不時(shí)地用玻棒將晶膜打碎。如果希望得到好的結(jié)晶（大晶體），則不宜過度濃縮。

3.結(jié)晶與重結(jié)晶

當(dāng)溶液蒸發(fā)到一定程度冷卻后就有晶體析出，這個(gè)過程叫結(jié)晶。析出晶體顆粒的大小與外界環(huán)境條件有關(guān)。若溶液濃度較高，溶質(zhì)的溶解度較小，快速冷卻并加以攪拌（或用玻棒摩擦容器器壁），都有利于析出細(xì)小晶體。反之，若讓溶液慢慢冷卻或靜置有利于生成大晶體，特別是加入一小顆晶體（晶種）時(shí)更是如此。從純度來看，緩慢生長的大晶體純度較低；快速生成小晶體時(shí)由于不易裹入母液及別的雜質(zhì)而純度較高，但是晶體太小且大小不均勻時(shí)，會(huì)形成稠厚的糊狀物，攜帶母液過多導(dǎo)致難以洗滌而影響純度。因此晶體顆粒的大小要適中、均勻才有利于得到高純度的晶體。

當(dāng)?shù)谝淮蔚玫降木w純度不合要求時(shí)，重新加入盡可能少的溶劑溶解晶體，然后再蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，得到純度較高的晶體的操作過程叫重結(jié)晶，根據(jù)需要有時(shí)需多次結(jié)晶。

進(jìn)行重結(jié)晶操作時(shí)，溶劑的選擇非常重要，只有被提純的物質(zhì)在所選的溶劑中具有高的溶解度和溫度系數(shù)，才能使損失減少到最低水平。同時(shí)所選的溶劑對(duì)于雜質(zhì)而言，或者是不溶解的，可通過熱過濾而除去；或者是很易溶解的，溶液冷卻時(shí)，雜質(zhì)保留在母液中。

重結(jié)晶操作的一般步驟為：

①溶液的制備　根據(jù)待重結(jié)晶物質(zhì)的溶解度，加入一定量所選定的溶劑（若溶解度大、溫度系數(shù)大時(shí)，可加入少量某溫度下可使固體全溶的溶劑；若溶解度和溫度系數(shù)均小時(shí)，應(yīng)多加溶劑），加熱使其全溶。這個(gè)過程可能較長，不要隨意添加溶劑，若需要脫色時(shí)，可加入一定量的活性炭。

②熱溶液過濾　若無不溶物此步可以省去，需要熱過濾時(shí)，應(yīng)防止在漏斗中結(jié)晶。

③冷卻　為得到較好的結(jié)晶，一般情況下為緩慢冷卻。

④抽濾　將固體和液體分離，選擇合適的洗滌劑洗去雜質(zhì)和溶劑，干燥。

二、沉淀的制備

沉淀劑與被沉淀物作用即可生成沉淀。根據(jù)被沉淀物、沉淀劑以及所生成的沉淀的性質(zhì)的不同，在沉淀制備過程中有正加、反加和對(duì)加三種形式。將沉淀劑加入到被沉淀物的溶液中生成沉淀的方法稱為正加，反之則叫反加。二者同時(shí)加入到同一容器中則稱對(duì)加。不論哪種加法，目的就在于使沉淀和溶液易于分離，得到質(zhì)量較好的沉淀。應(yīng)根據(jù)沉淀對(duì)象的不同性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)要求，先在試管中進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，以選擇最佳的方法。

沉淀時(shí)，溶液的濃度、沉淀劑的用量，加入速度，攪拌情況，溶液的pH值（酸堿度）、溫度及老化（放置）時(shí)間等均影響沉淀效果，應(yīng)加以注意。

三、沉淀溶液的分離

常用的固液分離方法有傾斜法、過濾法和離心法等

1.傾斜法（圖2-42）

當(dāng)沉淀的結(jié)晶顆粒相對(duì)較大或相對(duì)密度較大，靜置后能夠較快地降至容器底部時(shí)，可用傾斜法分離和洗滌沉淀。具體做法是：待溶液和沉淀分層后，傾斜容器，將上部清液沿玻棒小心傾入另一容器，即達(dá)到分離的目的，若沉淀需要洗滌，則往盛有沉淀的容器中加入少量洗滌劑，充分?jǐn)嚢韬螅o置讓沉淀沉下，傾去洗滌劑。重復(fù)操作三次，即可將沉淀基本洗干凈。

2.過濾法

這是分離沉淀和溶液最常用的操作方法，包括常壓過濾、減壓過濾和熱過濾等。溶液的溫度、黏度、過濾時(shí)的壓力、過濾器空隙的大小以及沉淀物的性質(zhì)均影響過濾速度。選用不同的方法過濾時(shí)，應(yīng)綜合考慮上述各種因素（表2-4）。

（1）常壓過濾

①玻璃漏斗及濾紙的選擇　應(yīng)選擇使用錐體角度為60°并且漏斗下管又有一定的長度的玻璃漏斗（圖2-43）。濾紙有定量和定性兩種；同時(shí)按孔隙的大小，濾紙又可分為“快速”、“中速”和“慢速”三種。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)要求選用不同的濾紙和漏斗。

濾紙折疊成四層（對(duì)折再對(duì)折）（圖2-44）并剪成扇形，展開成圓錐體，恰與60°角的漏斗密合，若不密合（漏斗角度大于或小于60°）可改變?yōu)V紙折疊角度，直到與漏斗密合為止。在三層濾紙的外面兩層處撕去一角，使三層濾紙的那邊緊貼漏斗，用食指按住三層濾紙一邊，用少量蒸餾水潤濕濾紙，使濾紙緊貼漏斗壁上。用玻棒輕壓濾紙，趕走濾紙與漏斗壁間的氣泡。加水至濾紙邊沿，此時(shí)漏斗頸應(yīng)充滿水，形成水柱（若不能形成完整的水柱，可一邊用手指堵住漏斗下口，一邊稍稍翹起三層那一邊的濾紙，在濾紙和漏斗間加水，使漏斗頸和錐體大部分被水充滿后，一邊輕輕按下掀起的濾紙，一邊緩慢放開堵住出口的手指，即可形成水柱）。在全部過濾過程中，為使過濾速度較快，漏斗頸必須一直被液體充滿。

②過濾操作　將準(zhǔn)備好的漏斗放在漏斗架上，漏斗出口尖端處與接收容器的內(nèi)壁接觸，若是使用燒杯做接收器，漏斗出口不要靠在燒杯口（圖2-45）。

過濾時(shí)應(yīng)注意：

a.先轉(zhuǎn)移溶液后轉(zhuǎn)移沉淀，這樣就不會(huì)由于沉淀堵塞濾紙孔隙而減慢過濾速度。

b.轉(zhuǎn)移溶液時(shí)，應(yīng)用玻棒引流，玻棒下端對(duì)著三層濾紙?zhí)帲M量靠近但不要接觸。

c.加入漏斗的溶液不要超過濾紙的2/3。

d.若沉淀需要洗滌（圖2-46），待溶液轉(zhuǎn)移完后，再加入洗滌劑，攪拌沉淀，將清液轉(zhuǎn)移到漏斗中，重復(fù)操作數(shù)次最后加入少量洗滌劑，把沉淀攪起，將沉淀和溶液一起轉(zhuǎn)入漏斗，此時(shí)每次轉(zhuǎn)移沉淀的量不能超過濾紙的2/3，以便收集沉淀。也可以將沉淀轉(zhuǎn)移到濾紙上，用洗瓶加洗滌劑來洗滌沉淀，洗滌沉淀時(shí)應(yīng)注意遵循少量多次的原則以提高洗滌效率。最后檢查濾液中的雜質(zhì)，判斷沉淀是否洗凈。

（2）減壓過濾　減壓可加快過濾速度，還可以將沉淀抽吸得比較干燥，但是膠體沉淀在快速過濾時(shí)易透過濾紙，顆粒太小太細(xì)的沉淀易在濾紙上形成一層密實(shí)的沉淀層，使溶液不易透過，反而達(dá)不到快速的目的，因此膠體沉淀和顆粒太小的沉淀不宜采用此法。

①儀器與安裝　減壓過濾的儀器裝置（圖2-47）是由抽濾瓶、布氏漏斗、安全瓶和減壓裝置（水泵、真空泵等）組成。

由于減壓裝置帶走了空氣，使抽濾瓶減壓，在布氏漏斗液面上和濾瓶內(nèi)造成一個(gè)壓力差，從而加快了過濾速度。

布氏漏斗（圖2-43）是帶有許多小孔的瓷漏斗，借橡皮塞與抽濾瓶連接[有時(shí)也用玻璃砂芯漏斗（酸洗漏斗）]，抽濾瓶承接流下來的溶液（母液），并有支管與抽氣系統(tǒng)連接。安裝時(shí)注意漏斗的下口應(yīng)朝著支管的方向。

由于使用水泵減壓時(shí)水的流量的徒然增加又變小，以及關(guān)閉水門時(shí)，都會(huì)因抽濾瓶內(nèi)壓力低于外界壓力而使自來水進(jìn)入抽濾瓶（反吸）；同時(shí)，當(dāng)抽濾瓶的真空度大時(shí)，水泵的水汽泡也可能進(jìn)入抽濾瓶，因此在抽濾瓶和水泵之間安裝安全瓶是非常重要的。

②減壓抽濾操作

a.準(zhǔn)備濾紙　在減壓過濾前，先將濾紙剪成直徑略小于布氏漏斗直徑，又能將漏斗的全部小孔蓋住的圓形（也可以根據(jù)布氏漏斗直徑的大小，選擇合適的不同型號(hào)的濾紙）。將濾紙平鋪于布氏漏斗的瓷板上，用少量蒸餾水將其潤濕，緩慢打開自來水龍頭稍微減壓，使濾紙緊緊地貼在漏斗的瓷板上。

b.轉(zhuǎn)移沉淀　然后將溶液（也可將溶液和沉淀一起）轉(zhuǎn)入布氏漏斗（每次轉(zhuǎn)入的量不得超過漏斗總?cè)萘康?/3），開大水龍頭抽濾，并用玻棒將沉淀鋪平，繼續(xù)至沉淀抽濾得比較干燥。

c.沉淀洗滌　需要對(duì)沉淀進(jìn)行洗滌時(shí)，應(yīng)先放空（或者拔掉與抽濾瓶相連的橡皮管），然后關(guān)閉水泵，將洗滌劑加入到布氏漏斗至蓋沒（浸潤）沉淀，攪拌（注意不要將濾紙攪破），再連接減壓裝置，使沉淀盡量抽干，重復(fù)操作直到符合要求為止。

d.取出固體　過濾完畢以及其他需停止抽濾時(shí)，應(yīng)首先放空（或者拔掉與抽濾瓶相連的橡皮管），將抽濾瓶與安全瓶拆開，再關(guān)閉水泵。將布氏漏斗從抽濾瓶上拿下，用玻棒輕輕撥動(dòng)濾紙邊緣，取出濾紙和沉淀。

e.母液回收　從抽濾瓶中的上口倒出母液（注意不能從側(cè)口倒抽濾瓶中的母液）。

③石棉纖維的應(yīng)用　如果被過濾的溶液具有強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性或強(qiáng)氧化性時(shí)，就不能使用濾紙做過濾器，可以使用玻璃纖維代替濾紙。具體做法是：將石棉纖維在水中充分浸泡，用玻棒將其攪勻，傾入布氏漏斗中，微減壓使玻璃纖維緊緊地貼在漏斗中，鋪后如發(fā)現(xiàn)仍有空隙時(shí)，可在空隙處補(bǔ)加石棉纖維，直到無空隙為止。用自來水洗滌至流出液無石棉纖維，再用蒸餾水洗滌兩次就可用來過濾。具體過濾操作同前。由于過濾后沉淀與石棉纖維粘在一起難以分開，所以此法只適用于過濾后沉淀?xiàng)壢ィ灰芤旱姆磻?yīng)。

④玻璃砂芯漏斗（酸洗漏斗）　可用于避免造成沉淀污染的強(qiáng)酸性或強(qiáng)氧化性物質(zhì)的過濾以及除了堿性物質(zhì)以外的其他物質(zhì)的過濾。按燒結(jié)玻璃片孔隙的大小又將酸洗漏斗分為1～7七個(gè)等級(jí)，1號(hào)的空隙最大，應(yīng)根據(jù)不同的需要分別選用。酸洗漏斗使用后要先用水洗去可溶物，然后在6mol·L-1HNO3中浸泡一段時(shí)間，再用自來水洗干凈，用蒸餾水處理后，放置備用。

（3）熱過濾　在過濾過程中，若溶液冷卻時(shí)，溶液的溶質(zhì)就會(huì)在濾紙上析出結(jié)晶，如果我們不希望結(jié)晶這時(shí)出現(xiàn)，就需要熱過濾。熱過濾前，應(yīng)將漏斗和抽濾瓶在蒸氣浴上加熱，再進(jìn)行抽濾。抽濾過程中，抽濾瓶可在熱水中加熱，并且要求抽濾速度快，否則應(yīng)利用銅制熱漏斗（圖2-48），將漏斗加熱。常壓過濾應(yīng)盡量采用短頸漏斗。

四、結(jié)晶的干燥與保存

結(jié)晶的干燥是從晶體表面除去水分，具體的方法包括烘干法、吸干法和干燥器干燥法等方法。

（1）烘干法　對(duì)于比較穩(wěn)定的晶體可采用此法干燥，即將晶體放置于培養(yǎng)皿（或表面皿）內(nèi)，在恒溫箱中烘干。也可將其放在蒸發(fā)皿中，在水浴或石棉網(wǎng)上直接加熱，將結(jié)晶烤干。或置于紅外燈下烤干。

（2）吸干法　對(duì)于含有結(jié)晶水的晶體，不宜采用烘干法干燥，可采用濾紙吸干，即將晶體放在兩層濾紙之間用手輕輕擠壓，讓晶體表面的水分被濾紙吸收，更換濾紙重復(fù)操作直到晶體干燥為止。

（3）干燥器干燥法（圖2-49）　對(duì)于受熱易分解，或干燥后又易吸水但是又需要保存較長時(shí)間的晶體，可將晶體放入裝有干燥劑的干燥器中干燥和存放（表2-5）。干燥器口涂有一層凡士林，以便蓋嚴(yán)后防止外界水汽進(jìn)入。打開干燥器時(shí)，應(yīng)該一手挾住干燥器，另一手握住蓋子上的手柄，沿水平方向移動(dòng)蓋子。蓋上蓋子的操作與此相同但方向相反（打開真空干燥器時(shí)，應(yīng)先將蓋上活塞打開）。溫度高的物體應(yīng)稍微冷卻后再放入干燥器，放入后，在短時(shí)間內(nèi)再把蓋子打開次，以免以后蓋子打不開。