加热、过滤、蒸发与结晶
海边的盐田里，工人们把海水引入浅浅的盐池，经过阳光暴晒，水分慢慢消失，最终留下白花花的食盐晶体。这个过程，其实就是蒸发与结晶的自然版本。在实验室里，我们也会遇到同样的问题：怎样把固体从液体中分离出来？怎样把溶液中的溶质提取出来？本篇要讲的加热、过滤、蒸发与结晶，就是解决这类问题的四种最基本的操作技能。
加热操作
加热是化学实验中最频繁的基本操作之一。不同的物质、不同的容器，对加热方式的要求也不一样。搞清楚“能不能直接加热”“用什么容器加热”“加热到什么程度”，是做好实验的前提。
直接加热与间接加热
在实验室里，加热方式可以分为两大类：直接加热和间接加热（也叫“水浴加热”）。
烧杯、锥形瓶不能直接放在酒精灯上加热，必须垫石棉网。石棉网的作用是分散热量，使仪器底部受热均匀，避免局部过热导致破裂。
量筒、集气瓶等仪器绝对不能加热，它们的玻璃厚薄不均，受热后容易因热胀不均匀而炸裂。
加热固体的操作要点
加热固体时，要先对仪器进行“预热”——将试管在酒精灯外焰来回移动片刻，使管身温度逐渐升高，再集中在固体所在的位置加热，避免温度骤变损坏仪器。
例题 1
用酒精灯加热试管中的碳酸氢钠固体（），使其分解。请回答下列问题：
（1）试管口应朝上还是向下倾斜？
（2）加热前为什么要先预热？
加热固体时，试管口略向下倾斜，并先预热再集中加热；烧杯、锥形瓶加热必须垫石棉网；量筒等不均匀厚度的玻璃器皿禁止加热。
过滤
生活中，用纱布过滤豆浆，用茶叶网过滤茶叶，这些都是过滤的应用。化学实验中的过滤，道理完全一样：让液体通过多孔的滤纸，把不溶于液体的固体颗粒留在滤纸上，液体则流到下面的容器里。
过滤是分离“不溶性固体”和“液体”的标准方法。比如泥沙和水的混合物，或者粗盐提纯时去除杂质，都要用到过滤。
过滤所需仪器
过滤的核心要点：“一贴二低三靠”
过滤操作中，有一套口诀可以帮助记忆关键步骤：
例题 2
小明过滤泥沙与水的混合物时，发现过滤后烧杯里的液体仍然浑浊。请分析可能的原因，并说明改正方法。
解析：
过滤后液体仍浑浊，说明有固体颗粒穿过了滤纸进入滤液。常见原因有三种：
答：最可能的原因是滤纸破损或液面超过了滤纸边缘，导致浑浊液体绕过滤纸直接流入烧杯。改正方法是换用完好的滤纸，并控制倒入速度使液面始终低于滤纸边缘，再次过滤即可。
过滤只能分离“不溶性固体”与液体的混合物。如果固体能溶于液体（比如食盐溶在水里），过滤就没有效果，这时需要用蒸发的方法。
蒸发
过滤把不溶的固体分出去了，但如果我们想把“溶解在液体中的固体”提取出来，就需要用蒸发的方法了。蒸发就是通过加热，让溶液中的溶剂（通常是水）变成水蒸气挥发掉，从而使溶液浓缩，最终析出固体。
蒸发所需仪器
蒸发操作的关键
蒸发过程中，随着水分的减少，溶液越来越浓，局部温度也越来越高。若不搅拌，靠近底部的溶液温度极高，而表面温度较低，温差过大时，高温区的溶液会迅速汽化，将液滴“崩出”蒸发皿，既浪费药品，又存在危险。因此，蒸发过程中必须用玻璃棒持续搅拌。
蒸发不能一直加热到完全干燥。正确的做法是：当蒸发皿中出现大量固体（但还有少量液体）时，停止加热，利用余热将剩余水分蒸干。这样可以防止固体因过度加热而分解或飞溅。
例题 3
将 饱和食盐水放入蒸发皿中蒸发。当蒸发皿中出现较多白色固体时，小红继续加热直到液体全部蒸干才停止。请判断小红的操作是否正确，说明理由。
解析：
小红的操作不够规范。蒸发后期，溶液量很少，温度很高，若一直加热到全干，固体受热时间过长，一方面容易因高温而分解（某些盐类受热会变质），另一方面固体颗粒在高温下容易受热崩跳出蒸发皿，造成损失和安全隐患。
正确做法是：当蒸发皿中出现大量固体、液体已不多时，撤去酒精灯，用余热蒸干剩余水分。
答：小红的操作不正确。应在大量固体析出、仍有少量液体时停止加热，用余热蒸干即可，而不是一直加热到完全干燥。
蒸发过程中必须用玻璃棒不断搅拌；待大量固体析出时即可停止加热，利用余热蒸干，不要加热至完全干涸。
结晶
蒸发是让水分减少从而析出固体，而结晶则更注重“如何让固体以整齐的晶体形式析出”。结晶的本质，是溶液中的溶质从溶液中有序地聚集成固体颗粒的过程。
根据不同物质溶解度受温度影响的规律不同，结晶方法也分为两种：
食盐与硝酸钾的溶解度对比
下面给出了两种物质在不同温度下的溶解度（单位：）：
从上面可以清楚看到： 的溶解度随温度变化极小（从 到 仅增加约 ），所以降温对食盐析出几乎没有帮助，只能靠蒸发水分来结晶；而 的溶解度随温度升高急剧增大，从 时的 到 时的 ，相差超过 倍，热溶液冷却后大量 析出，适合用降温结晶的方法提纯。
例题 4
现有一瓶含有少量 杂质的 溶液，要提纯其中的 ，应采用什么结晶方法？简述操作步骤。
解析：
溶解度随温度变化大， 溶解度受温度影响很小。将含 杂质的 溶液加热至较高温度配成热饱和溶液，再降温冷却， 会大量析出，而 因溶解度变化小，大部分仍留在溶液中，从而实现分离。
操作步骤：
第一步，将溶液加热并蒸发浓缩，使 在高温下达到饱和；
第二步，停止加热，让溶液自然冷却（或放入冷水中快速降温）， 晶体大量析出；
第三步，过滤，将晶体与液体分开，晶体即为较纯净的 。
答：应采用“降温结晶”（冷却热饱和溶液）的方法。先将溶液加热浓缩，再冷却降温，过滤即可得到较纯的 晶体。
综合操作：粗盐的提纯
粗盐是从盐矿或盐田中获取的未精制食盐，其中含有泥沙、、、 等杂质。实验室中最基本的粗盐提纯，是去除其中的不溶性泥沙，得到较纯净的 溶液，再蒸发结晶得到食盐晶体。整个流程综合运用了溶解、过滤、蒸发结晶三个操作，是初学实验操作的经典案例。
粗盐提纯的基本步骤
例题 5
某同学进行粗盐提纯实验，操作步骤如下：
第一步，称取 粗盐，加入 水中，搅拌至不再溶解；
第二步，用玻璃棒引流，将溶液过滤；
第三步，将滤液转移至蒸发皿，加热蒸发至完全干燥。
请找出步骤三中的操作错误，并写出正确做法。
解析：
步骤三的错误是“加热蒸发至完全干燥”。正确的蒸发操作应在大量晶体析出、还有少量液体残留时停止加热，利用余热将剩余水分蒸干，而不是一直加热至完全干燥，否则会导致晶体因高温飞溅和分解损失。
答：步骤三错误在于加热至完全干燥。正确做法是：持续用玻璃棒搅拌，当蒸发皿中出现大量白色固体且液体已所剩不多时，撤去酒精灯，用余热蒸干。
粗盐提纯综合了溶解→过滤→蒸发结晶三个步骤。每一步的目的明确：过滤去泥沙，蒸发得食盐。玻璃棒在每个步骤都有专属作用：溶解时搅拌、过滤时引流、蒸发时防飞溅。
练习题
选择题
第 1 题“知识点：过滤操作规范”
下列关于过滤操作的描述，正确的是：
A. 玻璃棒应靠在单层滤纸的一侧，因为单层纸较薄，引流更顺畅
B. 过滤时液面可以超过滤纸边缘，只要滤纸没有破损就行
C. 漏斗下端管口应靠在承接烧杯的内壁上
D. 过滤结束后，烧杯中若有浑浊，一定是滤纸质量有问题
答案：C
玻璃棒应靠在三层滤纸一侧（A 错误，三层更结实，不易引流时破裂）；液面必须低于滤纸边缘，否则液体会绕过滤纸从外侧直接流入下方烧杯，无法过滤（B 错误）；漏斗下端管口靠在烧杯内壁，使液体顺壁流下，防止飞溅（C 正确）；过滤后仍浑浊的原因还可能是滤纸破损、烧杯不干净等，不一定是滤纸质量问题（D 不准确）。
第 2 题“知识点：结晶方法的选择”
提纯含少量 杂质的 ，应选用的方法是：
A. 降温结晶，再过滤
B. 蒸发结晶，再过滤趁热
C. 直接过滤
D. 加热溶解后冷却
答案：B
的溶解度随温度变化不大，降温后 析出少，而 溶解度随温度升高大幅增加，高温下 仍大量溶于水。因此蒸发结晶时， 率先大量析出，过滤后得到较纯的 ，而 基本留在母液中（A 错误是 的提纯方法；C 直接过滤对可溶物无效；D 无效）。
第 3 题“知识点：蒸发操作”
蒸发操作中，需要用玻璃棒不断搅拌的主要目的是：
A. 加快水分蒸发速度
B. 防止溶液局部过热，减少液体飞溅
C. 使溶液更快达到饱和
D. 帮助晶体更快成形
答案：B
蒸发过程中，若不搅拌，蒸发皿底部温度高、表面温度低，局部过热的液体会骤然汽化，导致液滴飞溅。玻璃棒搅拌的目的是使液体各部分温度均匀，避免局部过热和飞溅，保护实验安全和减少损失。A、C、D 均不是玻璃棒搅拌的主要目的。
第 4 题“知识点：加热方式选择”
下列仪器中，可以直接在酒精灯火焰上加热（不需要垫石棉网）的是：
A. 烧杯
B. 锥形瓶
C. 蒸发皿
D. 量筒
答案：C
蒸发皿由陶瓷制成，耐高温，可以直接放在铁圈上接受酒精灯加热。烧杯和锥形瓶是玻璃制品，直接加热受热不均易炸裂，必须垫石棉网（A、B 错误）。量筒不能加热（D 错误）。
计算题
第 5 题“知识点：溶解度与蒸发结晶计算”
时， 的溶解度为 （即每 水中最多溶解 ）。现有 的 饱和溶液 ，将其蒸发掉 水后，恢复至 。
（1）原饱和溶液中，溶剂（水）的质量是多少克？
（2）蒸发后析出 晶体的质量是多少克？
解题过程：
（1）求溶剂质量
饱和溶液中，溶质与溶剂的质量比等于溶解度与 水之比：
第 6 题“知识点：粗盐提纯流程与计算”
某同学取 粗盐（含不溶性泥沙）进行提纯实验：
第一步，将粗盐溶于 水中，充分搅拌后过滤，得到滤液和滤纸上的残渣；
第二步，称量干燥后的滤纸上残渣，质量为 ；
第三步，将滤液蒸发结晶，得到 晶体若干克。
（1）粗盐中不溶性杂质（泥沙）的质量分数是多少？
（2）若蒸发过程中，因操作不当导致有 晶体飞溅损失，实际回收的 晶体为 ，则在蒸发前的滤液中， 的质量是多少克？
解题过程：
（1）泥沙的质量分数
残渣质量即为泥沙质量 。