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第58讲　以物质制备为主的综合实验
层次1基础性
1.(14分)(2024·七省适应性测试黑龙江、吉林卷)芳基亚胺酯是重要的有机反应中间体,受热易分解,可由腈在酸催化下与醇发生Pinner反应制备,原理如图所示。
R—CN
某实验小组以苯甲腈(,Mr=103)和三氟乙醇(CF3CH2OH,Mr=100)为原料合成苯甲亚胺三氟乙酯。步骤如下:
Ⅰ.将20.6 g苯甲腈与21.6 g三氟乙醇置于容器中,冰浴降温至0 ℃。
Ⅱ.向容器中持续通入HCl气体4小时,密封容器。
Ⅲ.室温下在HCl氛围中继续搅拌反应液24小时,冷却至0 ℃,抽滤得白色固体,用乙腈洗涤。
Ⅳ.将洗涤后的白色固体加入饱和Na2CO3溶液中,低温下反应,有机溶剂萃取3次,合并有机相。
Ⅴ.向有机相中加入无水MgSO4,过滤,蒸去溶剂得产品20.3 g。
回答下列问题:
(1)实验室中可用浓盐酸和无水CaCl2制备干燥的HCl气体,下列仪器中一定需要的为　　　　　　(填仪器名称)。
(2)第Ⅱ步通气完毕后,容器密封的原因为　　　　　　　　　　　　　　。
(3)第Ⅲ步中得到的白色固体主要成分为　　　　　　　(填字母)。
　　　
(4)第Ⅳ步中选择低温的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)第Ⅳ步萃取时可选用的有机溶剂为　　　　(填字母)。
A.丙酮 B.乙酸
C.乙酸乙酯 D.甲醇
(6)第Ⅴ步中无水MgSO4的作用为　　　　　　　　　　　　　。
(7)本实验的产率为　　　　　　　。
2.(10分)(2024·浙江1月卷)H2S可用于合成光电材料。某兴趣小组用CaS与MgCl2反应制备液态H2S,实验装置如图,反应方程式为CaS+MgCl2+2H2OCaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。
已知:①H2S的沸点是-61 ℃,有毒;
②装置A内产生的H2S气体中含有酸性气体杂质。
请回答:
(1)仪器X的名称是　　　　　　。
(2)完善虚框内的装置排序:A→B→(　　)→(　　)→(　　)→F→G
(3)下列干燥剂,可用于装置C中的是　　　。
A.氢氧化钾 B.五氧化二磷
C.氯化钙 D.碱石灰
(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;②　　　。
(5)下列说法正确的是　　　　　。
A.该实验操作须在通风橱中进行
B.装置D的主要作用是预冷却H2S
C.加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S
D.该实验产生的尾气可用硝酸吸收
(6)取0.680 g H2S产品,与足量CuSO4溶液充分反应后,将生成的CuS置于已恒重、质量为31.230 g的坩埚中,煅烧生成CuO,恒重后总质量为32.814 g。产品的纯度为　　　。
3.(13分)(2025·八省联考云南卷)二苯乙醇酸是一种皮肤再生调节剂。由二苯乙二酮制备二苯乙醇酸的反应原理为
实验步骤如下:
Ⅰ.在圆底烧瓶中加入1.30 g KOH、2.6 mL水、1.05 g二苯乙二酮和4.0 mL 95%的乙醇溶液、水浴加热回流15 min(装置如图,加热及夹持装置省略)。
Ⅱ.将Ⅰ中所得混合物转入烧杯中,冰水浴冷却结晶,过滤、洗涤。将晶体溶于35.0 mL蒸馏水中,调节pH至少量胶状物(未反应的二苯乙二酮)浮于液面,加入活性炭,搅拌、过滤。
Ⅲ.向滤液中缓慢滴加5.0%的盐酸,调节pH<3.0(用刚果红试纸检测)。冰水浴冷却,有大量晶体析出。过滤、冰水洗涤,得粗产品。
Ⅳ.将粗产品加热水溶解,冷却结晶,过滤、冰水洗涤、干燥,得0.46 g产品。
已知:①相关物质的信息见下表
物质 Mr 性质 pKa 溶解性
二苯乙二酮 210 淡黄色 固体 95 - 不溶于水,溶于乙醇、苯
二苯乙醇酸 228 无色 晶体 150 3.06 易溶于热水或苯,难溶于冰水
②刚果红试纸变色范围:
回答下列问题:
(1)步骤Ⅰ中选用量筒的最适宜规格为　　　(填字母)。
A.5 mL　　B.25 mL　　C.50 mL
(2)圆底烧瓶中加沸石的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)步骤Ⅱ加活性炭的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)步骤Ⅲ中刚果红试纸变　　　色时,停止滴加盐酸;溶液中涉及的化学方程式为　 　。
(5)步骤Ⅳ中检验产品是否洗净的方法为　　　　　　　　。
(6)关于该实验,下列说法错误的是　　　　(填字母)。
A.步骤Ⅰ改用酒精灯直接加热更便于控制体系温度
B.步骤Ⅳ的操作为重结晶
C.可通过测定二苯乙醇酸的熔点定性判断其纯度
(7)二苯乙醇酸的产率为　　　　　　　　 (列出计算式即可)。
(8)不改变装置和原料用量,提高产率的方法有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填一条即可)。
层次2综合性
4.(14分)(2023·湖南卷)金属Ni对H2有强吸附作用,被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应。将块状Ni转化成多孔型雷尼Ni后,其催化活性显著提高。
已知:①雷尼Ni暴露在空气中可以自燃,在制备和使用时,需用水或有机溶剂保持其表面“湿润”;
②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。
某实验小组制备雷尼Ni并探究其催化氢化性能的实验如下。
步骤1:雷尼Ni的制备
步骤2:邻硝基苯胺的催化氢化反应
反应的原理和实验装置图如下(夹持装置和搅拌装置略)。装置Ⅰ用于储存H2和监测反应过程。
回答下列问题。
(1)操作(a)中,反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)操作(d)中,判断雷尼Ni被水洗净的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)操作(e)中,下列溶剂中最有利于步骤2中氢化反应的是　　　　(填字母)。
A.丙酮 B.四氯化碳
C.乙醇 D.正己烷
(4)向集气管中充入H2时,三通阀的孔路位置如下图所示。发生氢化反应时,集气管向装置Ⅱ供气,此时孔路位置需调节为　　　　　。
(5)仪器M的名称是　　　　　　。
(6)反应前应向装置Ⅱ中通入N2一段时间,目的是　　　　　　　　　　　　。
(7)如果将三颈烧瓶N中的导气管口插入液面以下,可能导致的后果是　　　　　。
(8)判断氢化反应完全的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　。
5.(8分)(2023·山东卷节选)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料,常温下为无色液体,沸点为31.8 ℃,熔点为-126.5 ℃,易水解。实验室根据反应Si+3HClSiHCl3+H2,利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题:
(1)制备SiHCl3时进行操作:(ⅰ)……;(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中;(ⅲ)通入HCl,一段时间后接通冷凝装置,加热开始反应。操作(ⅰ)为　　　　　　　　;
判断制备反应结束的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,图示装置存在的两处缺陷是①　　　　　　　　　　;②　　　　　　　　　　。
(2)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3的纯度。
m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后,进行如下实验操作:①　　　　　　,②　　　　　　(填操作名称),③称量等操作,测得所得固体氧化物质量为m2 g,从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器,依次为　　　　　　(填字母)。测得样品纯度为　　　　　(用含m1、m2的代数式表示)。
6.(8分)(2024·湖南长沙高三模拟)醋酸钴与双水杨醛缩乙二胺形成的配合物[Co(Ⅱ)Salen]具有可逆载氧能力,能模拟金属蛋白的载氧作用,在催化氧化反应中应用广泛。该配合物的合成反应如下所示,回答下列问题。
Ⅰ.合成
(1)合成装置如图所示。在氮气保护下,向含有双水杨醛缩乙二胺的乙醇溶液中缓慢滴加醋酸钴的乙醇溶液,加热回流。A处应安装的仪器是　　　　　　(填名称),B处应安装的仪器是　　　　　(填名称)。装置C的作用是　　　　　　。
(2)回流1 h,沉淀转化为暗红色晶体。回流结束后进行如下操作:
A.停止通氮气
B.停止加热
C.关闭冷凝水
正确的操作顺序为　　　　　　(填字母)。充分冷却后将溶液过滤、洗涤并干燥,得到配合物[Co(Ⅱ)Salen]。
Ⅱ.载氧量测定
(3)将m g的[Co(Ⅱ)Salen](相对分子质量为Mr)加入圆底烧瓶中,在恒压滴液漏斗中加入DMF(配合物在DMF中可吸氧),按如图连接装置。通入氧气,赶尽体系内的空气。检查仪器气密性的操作为:先关闭　　　　　　　,然后调节水平仪的液面至与量气管液面产生一定液面差。装置不漏气的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)调整水平仪高度,待量气管液面与水平仪液面齐平时,记录量气管液面的体积刻度为V1。将DMF加入圆底烧瓶,待吸氧反应结束后,再次使量气管液面与水平仪液面齐平,记录量气管液面的体积刻度V2。已知大气压为p,氧气的压强为p(O2),温度为t ℃。配合物载氧量[n(吸收的O2)∶n([Co(Ⅱ)Salen])]的计算式为
(结合理想气体状态方程pV=nRT进行解答,上述V1、V2对应的单位均为m3)。
层次3创新性
7.(12分)苯硫酚(C6H5—SH)是一种局部麻醉剂。某小组拟制备苯硫酚并探究其性质,已知相关物质的部分信息如表所示:
物质 化学式 相对分子质量 相对密度 溶解性
苯硫酚 C6H5SH 110 -14.8 169.5 1.07 难溶于水
苯磺酰氯 C6H5ClO2S 176.5 14.5 251 1.38 难溶于水
图1
图2
操作步骤:
①向三颈烧瓶中加入72 g冰和13 mL浓硫酸。
②再向三颈烧瓶中慢慢加入6 g苯磺酰氯,尽快地分批次加入12 g锌粉,继续反应1~15 h,温度保持在-5 ℃左右,如图1。
③撤去水浴B,微热三颈烧瓶,并保持一定的回流。反应平稳后,再加热4~7 h。
④将反应后的混合溶液进行水蒸气蒸馏,分出苯硫酚,如图2。
⑤加入氯化钙,经操作X得粗品3.59 g。再进行蒸馏,收集馏分,得纯品3.40 g。
回答下列问题:
(1)仪器A的名称是　　　　　　　　。
(2)已知:在水中加入盐,水的沸点会升高,凝固点会降低。水浴B应选择　　　　　(填字母)。
　　　　　 　　　　　 　　　　
a.冰盐水浴 b.冷水浴
c.热水浴
(3)在水蒸气蒸馏中(如图2),导管1的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　,冷凝管中冷却水从　　　　　　　(填“a”或“b”,下同)口进、　　　　　口出。
(4)步骤⑤中操作X是　　　　　　　　。蒸馏时,收集馏分时温度计的读数为　　　　　 ℃。
(5)本实验中,苯硫酚的产率约为　　　　　　%(保留两位有效数字)。
(6)取少量苯硫酚产品置于酸性KMnO4溶液中,振荡,溶液褪色,说明苯硫酚具有　　　　　　　(填“氧化”或“还原”)性。
第58讲　以物质制备为主的综合实验
1.答案 (1)恒压滴液漏斗
(2)防止HCl气体挥发,使反应更充分
(3)C　(4)防止芳基亚胺酯受热分解　(5)C
(6)作为干燥剂除去有机相中的水　(7)50%
解析:由反应原理可知,先在HCl氛围中反应转化为,再与CF3CH2OH反应生成,和碳酸钠溶液反应生成芳基亚胺酯。
(1)实验室中可用浓盐酸和无水CaCl2制备干燥的HCl气体,需要用到恒压滴液漏斗,不需要球形冷凝管、容量瓶和培养皿。
(2)该反应过程中涉及HCl气体,需要考虑不能有气体漏出,第Ⅱ步通气完毕后,容器密封的原因为防止HCl气体挥发,使反应更充分。
(3)由反应原理可知,先在HCl氛围中反应转化为,再与CF3CH2OH反应生成,故选C。
(4)芳基亚胺酯受热易分解,第Ⅳ步中选择低温的原因为防止芳基亚胺酯受热分解。
(5)苯甲亚胺三氟乙酯属于酯类,在乙酸乙酯中的溶解度较大,乙酸和甲醇能溶于水,不能用来萃取,第Ⅳ步萃取时可选用的有机溶剂为乙酸乙酯,故选C。
(6)第Ⅴ步中无水MgSO4的作用为除去有机相中的水。
(7)实验中20.6 g苯甲腈的物质的量为=0.2 mol,21.6 g三氟乙醇的物质的量为=0.216 mol,由流程图可知,理论上可以制备0.2 mol苯甲亚胺三氟乙酯,本实验的产率为×100%=50%。
2.答案 (1)圆底烧瓶　(2)E　C　D　(3)BC　(4)液封　(5)ABC　(6)99%
解析:A作为H2S的发生装置,由于不能骤冷,所以D、E都是冷却H2S的装置,C装置干燥H2S,F冷却并收集H2S,G作为平衡气压和液封装置。
(1)仪器X的名称是圆底烧瓶。
(2)制备气体的装置包括发生装置、除杂装置、收集装置和尾气处理装置,由于不能骤冷,要逐步冷却,所以B连E,E连C,C连D,D连F。
(3)H2S是酸性气体,不可以用碱性干燥剂,所以不可以用氢氧化钾和碱石灰,故选BC。
(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;②液封。
(5)A项,H2S有毒,该实验操作须在通风橱中进行,故A正确;B项,气体不能骤冷,装置D的主要作用是预冷却H2S,故B正确;C项,加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S,故C正确;D项,该实验产生的尾气不可用硝酸吸收,硝酸的氧化性虽然可以把H2S氧化为S单质,但是稀硝酸产生的NO或者浓硝酸产生的NO2会污染空气,故D错误;故选ABC。
(6)根据铜守恒,氧化铜的质量为32.814 g-31.230 g=1.584 g,则氧化铜的物质的量为0.019 8 mol,则硫化铜的物质的量为0.019 8 mol,H2S的物质的量为0.019 8 mol,H2S的质量为0.673 2 g,产品纯度为×100%=99%。
3.答案 (1)A　(2)防止暴沸　(3)吸附少量胶状物(未反应的二苯乙二酮)
(4)蓝　
(5)取最后一次洗涤后的滤液,向滤液中滴加几滴硝酸酸化的硝酸银溶液,如果没有白色沉淀生成,则说明产品已经洗涤干净
(6)A　(7)×100%
(8)搅拌(或延长反应时间、升高温度等)
解析:(1)根据所取溶液的体积,尽量选用能一次量取的最小规格的量筒,步骤Ⅰ中需要4.0 mL乙醇,则最适宜规格为5 mL的量筒。
(2)圆底烧瓶中加沸石的作用是防止加热时液体暴沸。
(3)步骤Ⅱ中调节pH后产生少量胶状物(未反应的二苯乙二酮)浮于液面,加入活性炭,搅拌可吸附少量的胶状物(未反应的二苯乙二酮)。
(4)由刚果红试纸的变色范围可知,当pH<3.0时刚果红试纸会变成蓝色,则当刚果红试纸变成蓝色时,停止滴加盐酸。
(5)粗产品中可能含有KCl,则检验方法为取最后一次洗涤后的滤液,向滤液中滴加几滴硝酸酸化的硝酸银溶液,如果没有白色沉淀生成,则说明产品已经洗涤干净。
(6)与酒精灯相比,水浴加热的温度控制相对容易且稳定,加热均匀,更便于控制温度,A错误;步骤Ⅳ将粗产品加热水溶解,冷却结晶,过滤、冰水洗涤、干燥,这种操作为重结晶,B正确;纯物质的熔点是固定的,如果化合物中含有杂质,其熔点通常会发生变化,因此可通过测定二苯乙醇酸的熔点判断其纯度,C正确。
(7)n(二苯乙醇酸)=n(二苯乙二酮)=,m理论(二苯乙醇酸)=×228 g·mol-1,则二苯乙醇酸的产率==×100%。
(8)适当的搅拌、延长反应时间、升高温度等可以确保反应物充分反应,从而提高反应产率。
4.答案 (1)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)取最后一次洗涤液,用pH计(或pH试纸)测定其pH,若pH=7,说明雷尼Ni已经被水洗净
(3)C　(4)B
(5)恒压滴液漏斗
(6)排尽装置中的空气,防止雷尼Ni在空气中自燃
(7)发生倒吸
(8)装置Ⅰ中集气管液面不再上升(或水准瓶液面不再下降)时,说明氢化反应完全
解析:(1)Ni-Al合金与NaOH溶液混合后,Al与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],与Ni分离而被除去。
(2)除Al操作及雷尼Ni在水洗前的碱洗过程中,溶液呈碱性,故判断雷尼Ni被水洗净就是测定溶液中c(H+)=c(OH-),可用pH计精确测定(或用pH试纸粗略测定)最后一次洗涤液的pH是否为7,若测得pH=7,说明雷尼Ni已经被水洗净。
(3)A项中丙酮分子中含有羰基,会干扰邻硝基苯胺的催化氢化反应,依据信息“邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行”,在题给B、C、D项中的三种有机溶剂中,乙醇分子的极性最大,故选C。
(4)向集气管中充入H2时,应将三通阀旋转180°,使三通阀的孔路位置如B所示,故选B。
(6)依据信息①可知,雷尼Ni在空气中会自燃,故通入N2的作用为排尽装置中的空气,防止雷尼Ni在空气中自燃。
(7)由反应原理可知,反应物中有气体而生成物中无气体,因此将导气管口插入液面以下可能会发生倒吸。
(8)当氢化反应完全时,装置Ⅱ中H2不再参加反应即不再消耗H2,则装置Ⅰ中集气管液面不再变化(或水准瓶中液面不再变化)。
5.答案 (1)组装好实验仪器,检查装置气密性　冷凝管下端无液体滴下　①装置C、D之间缺少吸水(或干燥)装置　②装置D之后无尾气(H2)处理装置　(2)①煅烧　②冷却　A、C　×100%
解析:(1)因该实验中有气体通入和产生,故实验开始前必须先检查装置的气密性;制备反应结束时,管式炉中硅粉转化为SiHCl3且被冷凝后进入蒸馏烧瓶,因此可通过观察冷凝管下端无液体滴下来判断反应结束。因SiHCl3易水解,需在装置C、D之间增加吸水(或干燥)装置;产物氢气是可燃性气体且无法被NaOH溶液吸收,需要另增加氢气处理装置(如用储气瓶、气球收集等)。
(2)样品经水解、干燥等预处理后,得到硅酸水合物;再将硅酸水合物置于坩埚中煅烧,转化为SiO2,然后将坩埚放入干燥器中冷却,反复2~3次后称量,m2 g即为所得固体氧化物SiO2的质量。依据上述分析,实验操作①为煅烧,②为冷却,①、②中需使用的仪器为A、C。SiHCl3纯度测定过程中有以下关系式:SiHCl3~H2SiO3~SiO2,可知n(SiHCl3)=n(SiO2)= mol,故样品纯度为×100%=×100%。
6.答案 (1)球形冷凝管　恒压滴液漏斗　液封　(2)BCA
(3)活塞1和活塞2　液面差恒定
(4)
解析:由题意可知,制备配合物的操作是在氮气保护作用下,向盛有双水杨醛缩乙二胺的乙醇溶液的三颈烧瓶中缓慢滴入醋酸钴的乙醇溶液,加热回流1 h,待沉淀转化为暗红色晶体后停止加热、关闭冷凝水、停止通入氮气,充分冷却后将溶液过滤、洗涤、干燥得到配合物。
(1)由实验装置图可知,A处的装置应为起冷凝回流作用的球形冷凝管,B处装置应为便于醋酸钴的乙醇溶液顺利流下的恒压滴液漏斗;装置C是起液封的作用,防止空气中的氧气进入三颈烧瓶中。
(2)由分析可知,回流结束后的操作为停止加热、关闭冷凝水、停止通入氮气,充分冷却后将溶液过滤、洗涤、干燥得到配合物。
(3)由实验装置图可知,检查装置气密性的操作为关闭活塞1和活塞2,然后调节水平仪中液面至与量气管产生一定的液面差,若液面差稳定,说明装置气密性良好。
(4)由题意可知,配合物的物质的量为 mol。由理想气体状态方程可知DMF吸收氧气的物质的量为 mol,则吸收氧气的物质的量与配合物的物质的量的比值为。
7.答案 (1)恒压滴液漏斗　(2)a
(3)平衡气压,避免烧瓶内气压过大,发生危险　b　a
(4)过滤　169.5　(5)91　(6)还原
解析:(2)反应温度保持在-5 ℃左右,在水中加入盐,水的沸点会升高,凝固点会降低,故水浴B选择冰盐水浴。
(3)若蒸馏过程中装置中发生堵塞,导管1可以平衡烧瓶内外压强,避免烧瓶内气压过大发生危险;采取逆流原理通入冷凝水,冷凝管中冷却水从b口进、a口出,可充分冷凝。
(4)步骤⑤中加入氯化钙吸水,然后过滤除去,苯硫酚的沸点为169.5 ℃,蒸馏时,收集馏分时温度计的读数为169.5 ℃。
(5)由C6H5ClO2S~C6H5SH可知,苯硫酚的理论产量为6 g×,实际得纯品为3.40 g,故苯硫酚的产率为×100%≈91%。
(6)溶液褪色,说明苯硫酚被酸性高锰酸钾溶液氧化,苯硫酚具有还原性。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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