# 分离、提纯与色谱法

> 化学 · CIE IGCSE 0620
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u12-separation-purification-and-chromatography/

本指南涵盖与CIE IGCSE化学0620 2026-2028教学大纲12.3和12.4点对齐的分离技术、纯度测试和纸色谱法内容，适用于核心和拓展两个层级的考生。

**先修:** [纯净物与混合物的相关知识（第1单元）](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u1-pure-substances-mixtures/); [基础实验室安全操作规范](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u1-experimental-safety/)

## 学习目标

- 选择并描述适用于常见混合物的分离技术
- 解释用于检测物质纯度的熔点和沸点测试方法
- 描述纸色谱法的操作流程并解读基础色谱图
- 计算并使用Rf值识别物质（仅拓展阶段要求）

## 混合物的核心分离技术

我们利用物理方法分离混合物，这类方法利用组分之间的性质差异，例如溶解度、沸点和颗粒大小。考试中你需要针对给定的混合物选择并描述正确的分离方法。

**分离技术** — 一种用于分离混合物中各独立组分、且不改变其化学性质的物理过程

- **过滤**：将不溶性固体与液体分离（例如从水中分离沙子）
- **蒸发**：将可溶性固体与溶剂分离（例如从盐水中分离食盐）
- **简单蒸馏**：将溶剂从溶液中分离出来（例如从盐水中获得纯水）
- **分馏**：分离沸点不同的互溶液体（例如乙醇和水）
- **结晶**：将可溶性固体从溶剂中分离，形成大的纯净晶体（例如从溶液中获得硫酸铜晶体）

**例题:** 某学生拥有一份由不溶性碳酸钙和可溶性氯化钠组成的混合物。简述分离并获得两种物质的纯净干燥样品的步骤。

1. 向混合物中加入去离子水并搅拌，直至所有氯化钠完全溶解。
2. 过滤混合物：滤渣为碳酸钙，滤液为氯化钠溶液。
3. 用冷的去离子水洗涤碳酸钙滤渣，随后置于温烘箱中干燥。
4. 将氯化钠溶液置于蒸发皿中温和加热，直至液体边缘出现晶体。
5. 将溶液静置缓慢冷却，形成大的纯净氯化钠晶体，随后过滤并干燥晶体。

> **考试提示:** 描述分离步骤时，务必指明混合物的具体组分，不要使用“固体”“液体”这类泛称，才能拿到全部分数。

## 纯度检测方法

纯净物仅包含一种元素或化合物，不含其他杂质。不纯物质的物理性质会发生改变，我们可以利用这一特性检测纯度。

**纯净物** — 单一元素或化合物，在固定的特征温度下熔化和沸腾

- **熔点测试**：纯净固体在单一精确温度下熔化。不纯固体在一个温度区间内熔化，且熔点低于纯净物。
- **沸点测试**：纯净液体在单一精确温度下沸腾。不纯液体在一个温度区间内沸腾，且沸点高于纯净物。

**例题:** 纯净对乙酰氨基酚的熔点为169°C。某学校实验室的对乙酰氨基酚样品在162°C至167°C之间熔化。判断该样品是否纯净并解释你的答案。

1. 结论：该样品不纯。
2. 依据：纯净对乙酰氨基酚在169°C这一单一固定温度下熔化。
3. 该样品在较宽的温度区间内熔化，且熔点低于纯净物的数值，证明其含有杂质。

> **考试提示:** 描述纯度测试时，务必提及将你测得的熔点/沸点与数据手册中纯净物的已知参考值进行对比。

## 核心纸色谱法

色谱法利用不同组分与固定相（色谱纸）的吸附强度、以及在流动相（溶剂）中的溶解度差异，分离溶解态物质的混合物（例如食用色素、墨水颜料）。

**色谱图** — 色谱实验的可见输出结果，在固定相纸面上以斑点形式展示已分离的混合物组分

1. 在距离色谱纸底部约1cm处用铅笔画一条基线（铅笔中的石墨不溶于溶剂，因此不会随溶剂移动）。
2. 在基线上点上少量待测混合物和已知参比物质的斑点。
3. 将色谱纸放入盛有溶剂的烧杯中，确保溶剂液面低于基线，避免斑点直接溶解。
4. 给烧杯盖上盖子，让容器内空气被溶剂蒸气饱和，防止溶剂快速蒸发。
5. 当溶剂上升至接近色谱纸顶部时取出纸张，画一条线标记溶剂前沿。

> **tip**
>
> 纯净物在色谱图上只会产生一个斑点，而不纯物质会产生两个或更多斑点。

**例题:** 某学生使用色谱法检测3种食用色素中是否含有违禁红色色素。参比违禁色素在色谱纸上的斑点位置为4cm处。色素A的斑点位于4cm处，色素B在4cm处没有斑点，色素C在4cm和2cm处都有斑点。指出哪些色素含有该违禁色素。

1. 将每种色素的斑点位置与参比违禁色素的斑点位置进行对比。
2. 色素A有一个斑点与参比位置相同，因此它含有该违禁色素。
3. 色素C也有一个斑点与参比位置匹配，因此它也含有该违禁色素。
4. 色素B没有匹配的斑点，因此它不含该违禁色素。

## 拓展内容：Rf值计算

选考拓展内容的考生必须能够从色谱图中计算比移值（Rf），并使用这些数值识别未知物质。当使用相同的溶剂和固定相时，每种物质的Rf值是唯一的，因此可以将其与参考数据对比以识别组分。

**比移值（Rf）** — 物质在色谱纸上移动的距离与溶剂前沿从基线移动的距离的比值

*记法:* R_f

$$R_f = \frac{\text{Distance moved by substance}}{\text{Distance moved by solvent front}}$$

**例题:** 在一次色谱实验中，溶剂从基线向上移动了8.0cm。蓝色墨水的斑点从基线向上移动了5.2cm。计算蓝色墨水的Rf值，答案保留2位有效数字。

1. 确定数值：物质移动距离=5.2cm，溶剂移动距离=8.0cm
2. $$R_f = \frac{5.2}{8.0}$$
3. 计算：5.2 ÷ 8.0 = 0.65
4. 最终答案：Rf = 0.65（无需标注单位）

> **考试提示:** Rf值始终小于1。如果你的计算结果大于1，说明你把分子和分母颠倒了。Rf是比值，因此不需要标注单位。

## 常见错误

- **错误做法:** 将色谱溶剂的液面置于样品斑点基线之上
  - 原因: 斑点会直接溶解在大量溶剂中，而不会沿着色谱纸向上移动，无法得到可用的色谱图
  - 正确做法: 搭建实验时请确保溶剂液面低于铅笔绘制的基线
- **错误做法:** 认为不纯物质的熔点比纯净物质更高
  - 原因: 杂质会降低物质的熔点，且使物质在一个温度区间内熔化
  - 正确做法: 请记住：不纯物 = 更低的熔点区间，更高的沸点区间
- **错误做法:** 使用钢笔绘制色谱法的基线
  - 原因: 钢笔墨水可溶于大多数溶剂，会沿着色谱纸向上移动，干扰样品斑点
  - 正确做法: 始终使用铅笔绘制基线，因为石墨不溶于常见溶剂
- **错误做法:** 在Rf数值后附带单位
  - 原因: Rf是两个距离的比值，单位会完全抵消
  - 正确做法: 将Rf值写为小于1的小数，无需附带单位
- **错误做法:** 使用完全蒸发法从溶液中分离硫酸铜晶体
  - 原因: 直接快速加热会生成细小的不纯晶体，还可能导致热敏性固体分解
  - 正确做法: 使用结晶法：温和加热直到晶体在容器边缘开始析出，随后缓慢冷却以得到大的纯净晶体

## 速查表

| 技术名称 | 适用场景 | 核心原理 |
| --- | --- | --- |
| 过滤 | 不溶性固体 + 液体 | 颗粒大小差异 |
| 蒸发 | 从溶液中得到可溶性固体 | 溶剂挥发，留下固体残渣 |
| 简单蒸馏 | 从溶液中得到溶剂 | 溶剂和溶质的沸点存在差异 |
| 分馏 | 互溶液体混合物 | 通过分馏柱分离沸点不同的组分 |
| 结晶 | 从溶液中得到纯净的可溶性固体 | 缓慢冷却形成大的纯净晶体 |
| 纸色谱法 | 已溶解的混合物（墨水/色素） | 各组分在固定相中移动的速率不同 |
| 熔点测试 | 检测固体纯度 | 纯净固体在固定温度下熔化；不纯固体在更低的温度区间内熔化 |
| 沸点测试 | 检测液体纯度 | 纯净液体在固定温度下沸腾；不纯液体在更高的温度区间内沸腾 |
| Rf计算（拓展） | 识别色谱图中的组分 | $R_f = 物质移动的距离 / 溶剂移动的距离$ |

## 下一步

在掌握CIE IGCSE化学0620的分离、提纯和色谱法内容后，你可以进入下一个核心实验技术主题：定性分析。该部分将基于你已掌握的实验技能，使用标准化学测试识别未知离子和气体。你还应当将这些分离方法应用于历年真题的实验类题目中练习，重点关注你所参加的考试层级（核心卷3或拓展卷4）。请定期复习纯度测试规则和色谱法操作步骤，这些是所有试卷中常见的2-3分考点。

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u12-separation-purification-and-chromatography/