聯招化學·工藝流程：結晶與重結晶的條件選擇

題目性質：自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題，非真題原文，未取自任何題庫、教輔或試卷；解析與採分點為教研整理，非官方評分標準。

一、考點定位與做題順序

先記判據：溶解度隨溫度升高顯著增大的物質（本題的物質 X）用冷卻結晶（蒸發濃縮至近飽和 → 冷卻 → 析晶）；溶解度隨溫度變化很小的物質（如 NaCl 型）用蒸發結晶；趁熱過濾用於兩種情形——除去不溶性雜質（防降溫時目標物一起析出而損失），或讓「溶解度隨溫度變化小」的雜質留在熱母液裡與目標物分開。

計算口徑固定一條：析出量 = 降溫前溶液中溶質的量 − 降溫後該溫度下溶劑能溶解的量；若中途蒸發了水，溶劑質量要按蒸發後的量重算，且必須先檢查蒸發後是否仍未飽和（否則會提前析晶、口徑就錯了）。下面溶解度表與數據為自編示意數值，並逐處回代閉環，不代表真實物質的溶解度。

二、題目呈現

自編溶解度表（示意：g / 100 g 水）

| 溫度 | 20 ℃ | 60 ℃ | 100 ℃ |

| --- | --- | --- | --- |

| 物質 X | 30 | 90 | 150 |

| 雜質 Y（隨溫度變化很小） | 35 | 36 | 37 |

題1

取 60 ℃ 時物質 X 的飽和溶液 190 g。
(1) 求其中含 X 與水的質量各多少；
(2) 將其降溫至 20 ℃（不蒸發水、不帶走水），求析出 X 晶體的質量，並回代驗算；
(3) 若改為先在 100 ℃ 蒸發掉 20 g 水（此溫度下不析晶），再降溫至 20 ℃，求析出質量，並與 (2) 比較說明差別來源。

題2（簡答）

結合上表說明：
① 為什麼從含少量雜質 Y 的 X 中提取純 X，宜用「蒸發濃縮＋冷卻結晶」而不是「直接蒸乾」？
② 為什麼過濾要「趁熱」進行一步、而析晶後又改為「冷卻後過濾」？兩步各自除掉什麼？

題3（簡答）

「重結晶」提純固體時，選擇的溶劑應同時滿足哪三個條件？寫出重結晶的四步操作，並說明為什麼溶劑用量要「恰夠在熱時溶解、略少不宜過多」。

三、分步解析

題1 (1)　60 ℃ 時 X 的溶解度為 90 g / 100 g 水，故飽和溶液 = 90 g X + 100 g 水 = 190 g，與題給質量恰好一致：m(X) = 90 g，m(水) = 100 g。
回代：90/100 × 100 = 90 g，190 g = 90 + 100 ✓。採分點：由溶解度寫出「溶質＋溶劑」組成 1 分、兩數值各 1 分、回代 1 分。

題1 (2)　降溫到 20 ℃，100 g 水最多溶解 X 為 30 g。析出量 = 90 − 30 = 60 g。
回代驗算（兩條）：① 剩餘飽和溶液 = 30 g X + 100 g 水 = 130 g；原溶液 190 g − 析出 60 g = 130 g ✓。② 溶質守恆：析出的 60 g + 母液中 30 g = 原 90 g ✓。
採分點：寫出 20 ℃ 溶解度 1 分、析出量 2 分、兩條回代各 1 分、結論句 1 分。

題1 (3)　先檢查蒸發後是否飽和：100 ℃ 蒸發 20 g 水後剩水 80 g，該溫度下 80 g 水最多可溶 X = 150 × 80/100 = 120 g；而溶液中實際只有 90 g X，90 < 120，未飽和，故蒸發階段不析晶，口徑成立 ✓。
降溫到 20 ℃，80 g 水最多溶 X = 30 × 80/100 = 24 g。
析出量 = 90 − 24 = 66 g。
與 (2) 比較：66 − 60 = 多析出 6 g。差別來源：蒸發掉了 20 g 水，使 20 ℃ 時母液能「留住」的 X 從 30 g 減到 24 g，少留 6 g，故多析出 6 g；本質不是溫度更低，而是溶劑變少。
回代驗算：剩餘母液 = 24 g X + 80 g 水 = 104 g；蒸發後總質量 190 − 20 = 170 g，170 − 66 = 104 g ✓；溶質守恆 66 + 24 = 90 g ✓。
採分點：蒸發後水量 1 分、未飽和檢查 2 分（這一步最值錢）、20 ℃ 溶解量 1 分、析出 66 g 1 分、差額與原因 1 分、兩條回代各 1 分。

題2 ①　不能用「直接蒸乾」：蒸乾會把水全部除去，溶液中所有可溶性物質都一起析出——雜質 Y（20 ℃ 溶解度 35 g、隨溫度變化很小）也會全部混進產品，得不到純 X。而「蒸發濃縮＋冷卻結晶」利用了兩條差異：① X 的溶解度隨溫度下降大幅減小（60 ℃ 90 → 20 ℃ 30，降幅 60 g），冷卻時大量 X 析出；② Y 的溶解度幾乎不隨溫度變（35 → 36 → 37），降溫後仍大部分留在母液中。於是 X 選擇性結晶、Y 留在母液，實現分離。採分點：指出蒸乾使雜質共析 2 分、寫出 X 的降幅 1 分、寫出 Y 的溫度不敏感 1 分、結論 1 分。

題2 ②　趁熱過濾（在蒸發濃縮之後、冷卻之前）：此時 X 尚未析出（溫度高、溶解度大），過濾除掉的是不溶性雜質（泥沙、未反應殘渣等）；若等冷卻後再濾，X 晶體已析出，會被一併截留在濾渣裡造成產品損失。
冷卻後過濾（結晶之後）：此時 X 晶體已析出，過濾是收集產品（晶體為濾渣），而 Y 等可溶性雜質留在濾液（母液）中被帶走；隨後用少量冷水洗滌晶體、乾燥。
一句話區分：趁熱過濾「要濾液、棄濾渣」；冷卻後過濾「要濾渣、棄濾液」——兩次過濾的目的與留棄對象正好相反。
採分點：兩步各寫清除掉什麼 2 分、趁熱理由 1 分、留棄對象對比 2 分。

題3　溶劑三條件：① 目標物在熱溶劑中溶解度大、冷溶劑中溶解度小（溫差越大，回收率越高）；② 雜質要麼在冷熱溶劑中都不溶（可趁熱過濾除去），要麼都易溶（冷卻後仍留在母液）；③ 溶劑不與被提純物發生化學反應，且沸點適中、易揮發便於乾燥。
四步操作：① 溶解——用最少量的熱溶劑把粗品恰好溶成近飽和溶液（必要時趁熱過濾除不溶雜質）；② 趁熱過濾（若有不溶雜質）；③ 冷卻結晶——緩慢冷卻使目標物析出、雜質留母液；④ 過濾、洗滌、乾燥——用少量冷溶劑洗滌晶體，減少溶解損失。
為什麼溶劑不能過多：由題1 的計算口徑可知，母液中「能留住」的溶質量 ∝ 溶劑質量；溶劑越多，冷卻後留在母液裡的目標物越多，析出量越少、收率越低。例如本題若水從 100 g 增到 120 g，20 ℃ 時可留住 36 g 而非 30 g，析出量從 60 g 降到 54 g。故應「恰夠熱時溶解」，略少無妨（可補加），過多則直接損失收率。
採分點：三條件各 1 分、四步各 1 分、溶劑用量理由 2 分、舉數值佐證 1 分。

四、採分點對照

五、高頻易錯點

• 把溶解度 90 g / 100 g 水當成「飽和溶液 100 g 裡含 90 g」，忽略分母是水不是溶液。
• 蒸發後再降溫時忘記按剩餘水量重算溶解度，仍用 100 g 水得 60 g。
• 漏掉「蒸發後是否仍未飽和」的檢查：若 100 ℃ 時 90 g > 120 g 就會提前析晶，口徑全變。
• 把「趁熱過濾」和「冷卻後過濾」的留棄對象搞反，或說成兩次都是除雜。
• 重結晶題漏寫「溶劑不與被提純物反應」，或把洗滌寫成用熱溶劑（會溶解產品）。

六、小結與自查清單

• □ 先看清溶解度的分母是「100 g 水」，寫出飽和溶液的溶質＋溶劑組成。
• □ 降溫前算出溶劑質量；中途蒸發過水就要按剩餘水量重算，並檢查是否仍未飽和。
• □ 析出量 = 原有溶質量 − 降溫後母液能溶的量，再用「質量守恆＋溶質守恆」各回代一次。
• □ 兩次過濾分別寫明「要濾液還是要濾渣」，別混成一句。
• □ 重結晶按四步寫，並說明溶劑過多會降低收率（可舉一組數值佐證）。

結晶題的所有條件都從一條曲線來：X 的溶解度隨溫度大起大落，所以能靠冷卻選擇性析出；Y 幾乎不動，所以留在母液。計算上只要守住「溶質 + 溶劑 = 溶液」與「析出 + 母液 = 原有溶質」兩條守恆，蒸發過水就按剩餘水量重算，答案自己就閉環了。本題溶解度表、溶液質量與析出量均為自編示意數值，不代表真實物質的溶解度或工業參數。