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第64讲　物质制备型综合实验
1.掌握物质制备型实验方案设计的原则。2.掌握解答物质制备型实验综合题的思维模型。3.能正确选用实验装置;掌握控制实验条件的方法。
考点一　无机物制备的综合实验
1.物质制备实验的操作顺序及必要措施
(1)实验操作顺序
装置选择与连接 气密性检查 装入固体试剂 加入液体试剂 按程序实验 拆卸仪器 其他处理等
(2)选用仪器及连接顺序
(3)加热操作先后顺序的选择
若气体制备实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。其目的是①防止爆炸(如氢气还原氧化铜);②保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。而完成实验后,熄灭酒精灯的顺序则相反。
(4)防止实验中反应物或产物变质或损失
①实验中反应物或产物若易吸水潮解、水解等,要采取措施防止吸水;
②易挥发的液体产物要及时冷却;
③易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等);
④注意防止倒吸的问题。
2.实验条件的控制
装置排气的目的和方法 常用稳定气体(如N2等)或反应产物气体(如SO2等)排尽装置中的空气,以防止空气中的O2、CO2、水蒸气干扰实验
控制气体的流速和用量 (1)用分液漏斗控制液体滴加的速率和用量。 (2)观察气泡,控制气流速率。如图甲,既能干燥气体,又能通过观察产生气泡逸出速率得到N2、H2的体积比约为1︰3的混合气体。 (3)平衡气压。如图乙,用长玻璃管平衡气压,防堵塞
控制温度的目的和方式 (1)控制低温的目的:减少某些反应物、产品分解或挥发,如H2O2、氨水等;防止某物质水解,避免副反应发生;降低某物质的溶解度等。 (2)加热的目的:增大反应速率或使平衡移动,加速溶解等。 (3)控制温度的方式:水浴、油浴均匀加热;冰水冷却等
1.(2025·山东青岛一模)2Na2CO3·nH2O2(过碳酸钠)是一种集洗涤、杀菌于一体的氧化系漂白剂,是碳酸钠和过氧化氢形成的不稳定化合物,易溶于水,难溶于乙醇。制备装置如图所示。
制备步骤:
ⅰ.按图组装仪器,控制实验温度不超过15 ℃;
ⅱ.往A中加入25 mL的过氧化氢(质量分数为30%)、硫酸镁和硅酸钠各0.1 g,控温搅拌至所有试剂完全溶解;
ⅲ.冷却至一定温度,加入100 mL饱和碳酸钠溶液,搅拌反应30 min,静置结晶;
ⅳ.利用真空泵抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤2~3次,通风橱风干得到产品过碳酸钠,滤液回收利用。
回答下列问题:
(1)在制备过程中,控制实验温度不超过15 ℃的原因是过氧化氢不稳定,过碳酸钠也为不稳定化合物,避免温度过高二者受热分解。
(2)“加入100 mL饱和碳酸钠溶液”时要缓慢分批加入,并不断搅拌,目的是为了避免温度升高,导致过碳酸钠产率下降。
(3)采用下列装置测定过碳酸钠的化学式(不考虑过碳酸钠含有杂质)。
①装置Ⅴ中的试剂为NaOH溶液。
②装置接口的连接顺序为EABCD(填字母)。
③当装置Ⅰ中化学反应完全后,下一步操作是打开A处的止水夹,通入空气。
④若实验操作准确,装置Ⅲ增重0.88 g,则制得的该过碳酸钠的化学式为2Na2CO3·3H2O2。
解析:(3)首先向装置通入经过Ⅴ中氢氧化钠处理过的空气,排净装置中空气,防止空气中二氧化碳干扰实验,Ⅰ中过碳酸钠和稀硫酸反应生成二氧化碳气体,经过Ⅱ干燥后,二氧化碳在Ⅲ中被碱石灰吸收,装置Ⅳ防止空气中二氧化碳、水进入Ⅲ中干扰实验结果。①由分析可知,装置Ⅴ的目的是除去空气中的二氧化碳气体,故试剂为NaOH溶液。②由分析可知,装置接口的连接顺序为EABCD。③当装置Ⅰ中化学反应完全后,应当打开A处的止水夹,通入空气,将产生的二氧化碳气体全部吹入装置Ⅲ中,减少实验误差。④若实验操作准确,装置Ⅲ增重0.88 g,则n(CO2)==0.02 mol,根据碳原子守恒,n(Na2CO3)=0.02 mol,则n(H2O2)==0.03 mol,则n(Na2CO3)︰n(H2O2)=2︰3,化学式为2Na2CO3·3H2O2。
2.(2025·山东省实验中学一模)叠氮化钠(NaN3)在防腐、有机合成和汽车行业有着广泛的用途。用氨基钠(NaNH2)制取叠氮化钠的化学方程式为2NaNH2+N2ONaN3+NaOH+NH3。实验室用下列装置制取叠氮化钠并测定其纯度。
已知:①氨基钠(NaNH2)熔点为208 ℃,易潮解和氧化;②N2O有强氧化性,不与酸、碱反应;③Sn的常见化合价为+2、+4。
回答下列问题:
(1)仪器的连接顺序为a→g→h→c→d→e→f
→b(仪器不能重复使用)。装置B中生成无污染性气体,写出B中发生反应的离子方程式:Sn2++N2O+2H+===Sn4++N2↑+H2O,实现装置D的作用还可选择的试剂(装置任选)为①④(填序号)。
①硅胶　②Na2SO3　③NaOH溶液　④CaCl2
(2)制备NaN3时,正确的操作顺序是①②④⑤③(填序号)。
①检验装置气密性并添加试剂　②打开分液漏斗上端玻璃塞并旋转活塞　③关闭分液漏斗活塞　④打开C中加热套　⑤装置C停止加热
(3)装置A中反应除生成装置C中需要的物质外,还生成NaCl等。其反应的化学方程式是NH3OHCl+NaNO2===NaCl+2H2O+N2O↑。
(4)NaN3纯度测定:取m g装置C中反应后所得固体,用如图所示装置测定产品的纯度(原理:加入NaClO溶液将NaN3氧化成N2,测定N2的体积,从而计算产品纯度)。
①F的初始读数为V1 mL、末读数为V2 mL,加入蒸馏烧瓶中的NaClO溶液为V3 mL,本实验条件下气体摩尔体积为Vm L·mol-1,产品中NaN3的质量分数为%。
②反应结束读数时,若F中液面低于球形干燥管液面,则测定结果偏高(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析:根据反应原理,利用NH3OHCl与NaNO2溶液反应产生一氧化二氮,经过E中的碱石灰吸收N2O中混有的HNO3和水蒸气,进入装置C中与NaNH2反应制备NaN3,D用于防止B中水蒸气进入C中干扰实验,B用于尾气处理,据此分析解题。(1)根据分析,仪器的连接顺序为a→g→h→c→d→e→f→b。B中盐酸酸化的SnCl2吸收N2O气体,发生氧化还原反应,生成无毒的N2和Sn4+,离子方程式为Sn2++N2O+2H+===Sn4++N2↑+H2O。D的作用为吸收水蒸气,防止B中水蒸气进入C装置,硅胶和CaCl2具有吸水性,答案选①④。(2)制备NaN3时,先检查装置的气密性并添加试剂,然后打开分液漏斗上端玻璃塞并旋转活塞,生成的N2O气体将空气排出后,打开C中加热套进行反应,完毕后停止加热,最后关闭分液漏斗活塞,正确的操作顺序为①②④⑤③。(3)装置A中反应除生成装置C中需要的物质N2O外,还生成NaCl等。其反应的化学方程式为NH3OHCl+NaNO2===NaCl+2H2O+N2O↑。(4)①若F的初始读数为V1 mL、末读数为V2 mL,本实验条件下气体摩尔体积为Vm L·mol-1,生成N2体积为(V1-V2) mL,由N原子守恒可得关系式2NaN3~3N2,列式得产品中NaN3的质量分数:%。②反应结束读数时,若F中液面低于球形干燥管液面,装置中气体压强会偏小,气体体积会偏大,则测定结果偏高。
考点二　有机化合物制备的综合实验
1.实验流程
2.典型装置
3.注意事项
(1)温度计水银球的位置:若要控制反应温度,则应插入反应液中;若要收集某温度下的馏分,则应放在蒸馏烧瓶支管口处。
(2)冷凝管的选择:球形冷凝管一般用于冷凝回流,直形冷凝管一般用于冷凝收集馏分。
(3)冷凝管的进出水方向:下进上出。
(4)加热方法的选择:酒精灯加热、水浴加热。
(5)防暴沸:加沸石或碎瓷片,防止液体暴沸,若开始忘加,则需冷却后补加。
4.有机物的提纯流程
制取的有机物中常含有一定量的杂质(无机物与有机物),提纯时可根据杂质与制得有机物性质的差异设计实验进行分离提纯,常用的提纯流程如下:
粗溴苯中常含有含Br2、HBr、FeBr3、等杂质,精制的工艺流程如下:
步骤①②③④⑤的作用分别是什么
①的作用为除去FeBr3、HBr水溶性杂质;②的作用为除去溴;③的作用为除去前一步引入的氢氧化钠和Br2与NaOH反应生成的盐;④的作用为除水;⑤的作用为除去苯。
5.提高产率的常用方法
(1)有机化合物易挥发,反应中通常采用冷凝回流装置,以提高原料的利用率和产物的产率。
(2)有机反应通常都是可逆反应,且易发生副反应,因此常使廉价反应物过量,以提高另一反应物的转化率和产物的产率,同时控制反应条件,以减少副反应的发生。
1.(2024·新课标卷)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下:
实验装置如图所示,将100 mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入①中,搅拌。
待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20 min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。
回答下列问题:
(1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为量筒(填名称)。
(2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是铁架台;仪器②的名称是球形冷凝管。
(3)“搅拌”的作用是使固液充分接触,加快反应速率。
(4)“加热”方式为水浴加热。
(5)使用的“脱色剂”是活性炭。
(6)“趁热过滤”的目的是防止产品结晶损失,提高产率;用50%的乙醇溶液洗涤白色固体。
(7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是重结晶。
解析:(1)该实验是不需要精确结果的合成实验,粗称量即可,己-2,5-二酮的摩尔质量为114 g·mol-1,根据题中所给数据可知,所需己-2,5-二酮的体积为≈15.47 cm3≈15.5 mL,所以选用量筒。(2)③为铁架台;仪器②用于冷凝回流,为球形冷凝管。(3)己-2,5-二酮的熔点为-5.5 ℃,常温下为液体,4-甲氧基苯胺的熔点为57 ℃,常温下为固体,搅拌可使固液反应物充分接触,加快反应速率。(4)由题给信息“加热至65 ℃”可知,应用水浴加热,这样便于控制温度,且受热更均匀。(5)“脱色剂”的作用是吸附反应过程中产生的有色物质,结合题中信息,加入脱色剂后回流,趁热过滤,保留滤液,即脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,所以可以选用活性炭作脱色剂。(6)由题给信息可知,产品吡咯X为白色固体,加热至65 ℃可溶解在50%的乙醇溶液中,所以需趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,防止产品结晶损失,提高产率;由加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体可知,常温下产品不溶于50%的乙醇溶液,所以为减少溶解损失,洗涤时可用50%的乙醇溶液。(7)由产品的分离提纯过程可知,若需进一步提纯,可采用的方法为重结晶。
2.(2024·辽宁卷)某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下:
Ⅰ.向50 mL烧瓶中分别加入5.7 mL乙酸(100 mmol)、8.8 mL乙醇(150 mmol)、1.4 g NaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。
Ⅱ.加热回流50 min后,反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。
Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。
Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。
Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得无色液体6.60 g,色谱检测纯度为98.0%。
回答下列问题:
(1)NaHSO4在反应中起催化剂作用,用其代替浓硫酸的优点是副产物少,无有毒气体二氧化硫产生(或NaHSO4无腐蚀性,操作安全)(答出一条即可)。
(2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可吸收生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。
(3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是AD(填字母)。
A.无须分离
B.增大该反应平衡常数
C.起到沸石作用,防止暴沸
D.不影响甲基紫指示反应进程
(4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是分液漏斗(填名称)。
(5)该实验乙酸乙酯的产率为73.5%(精确至0.1%)。
(6)若改用C2OH作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为90(精确至1)。
解析:(1)该实验可实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,用浓硫酸时,浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂,所以NaHSO4在反应中起催化剂作用;浓硫酸还具有强氧化性和脱水性,用浓硫酸在加热条件下反应时,可能发生副反应,且浓硫酸的还原产物二氧化硫是有毒气体,所以用NaHSO4代替浓硫酸的优点是副产物少,无有毒气体二氧化硫产生,可绿色制备乙酸乙酯,同时NaHSO4无腐蚀性,操作安全等。(2)变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可吸收加热时生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。(3)若向反应液中直接加入变色硅胶,则反应后需要过滤出硅胶,而使用小孔冷凝柱承载则无须分离,A符合题意;反应的平衡常数只与温度有关,使用小孔冷凝柱承载不能增大该反应平衡常数,B不符合题意;小孔冷凝柱并没有投入溶液中,不能起到沸石作用,不能防止暴沸,C不符合题意;由步骤Ⅱ可知,若向反应液中直接加入变色硅胶,则变色硅胶由蓝色变为粉红色,会影响观察反应液由蓝色变为紫色,所以使用小孔冷凝柱承载不影响甲基紫指示反应进程,D符合题意。(4)用水洗涤有机相,然后用分液法分离有机物和水,需使用分液漏斗。(5)由反应CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O可知,100 mmol乙酸与150 mmol乙醇反应时,理论上可获得的乙酸乙酯的质量为100×10-3 mol×88 g·mol-1=8.8 g,则该实验乙酸乙酯的产率为×100%=73.5%。(6)若改用C2OH作为反应物进行反应,则因为CH3COOH+CH3COHCH3CO18OC2H5+H2O,生成的乙酸乙酯的摩尔质量为90 g·mol-1,即其相对分子质量为90,所以质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为90。
1.(2025·河北卷)氢碘酸常用于合成碘化物。某化学兴趣小组用如图装置(夹持装置等略)制备氢碘酸。
步骤如下:
ⅰ.在A中加入150 mL H2O和127 g I2,快速搅拌,打开K1通入H2S,反应完成后,关闭K1,静置、过滤得滤液;
ⅱ.将滤液转移至B中,打开K2通入N2,接通冷凝水,加热保持微沸,直至H2S除尽;
ⅲ.继续加热蒸馏,C中收集沸点为125~127 ℃间的馏分,得到117 mL氢碘酸(密度为1.7 g·mL-1,HI质量分数为57%)。
回答下列问题:
(1)仪器A的名称:圆底烧瓶,通入H2S发生反应的化学方程式:I2+H2S===S↓+2HI。
(2)步骤ⅰ中快速搅拌的目的:c(填字母)。
a.便于产物分离
b.防止暴沸
c.防止固体产物包覆碘
(3)步骤ⅰ中随着反应的进行,促进碘溶解的原因:I2+I- (用离子方程式表示)。
(4)步骤ⅱ中的尾气常用NaOH(其他合理答案也可)(填化学式)溶液吸收。
(5)步骤ⅱ实验开始时的操作顺序:先通入N2,再加热;步骤ⅲ实验结束时相对应的操作顺序:先停止加热,再通一段时间的N2后关闭K2。
(6)列出本实验产率的计算表达式:%。
(7)氢碘酸见光易分解,易被空气氧化,应保存在具玻璃塞的棕色细口试剂瓶中,并放在避光低温处。
解析:I2的氧化性比S强,A中发生反应:I2+H2S===S↓+2HI,过滤除去S,得到含H2S和HI的滤液;将滤液转移到B中,先通氮气、加热保持微沸除去H2S,升高温度,收集沸点为125~127 ℃间的馏分,得到117 mL、密度为1.7 g/mL、质量分数为57%的HI溶液。(1)仪器A的名称为圆底烧瓶;I2的氧化性比S强,通入H2S发生反应的化学方程式为I2+H2S===S↓+2HI。(2)I2在水中的溶解度较小,生成的S可能包裹在其表面阻止反应的继续进行,故步骤ⅰ中快速搅拌的目的是防止固体产物包覆碘。(3)步骤ⅰ中随着反应的进行,生成的HI电离出的I-与I2反应促进I2的溶解,相关离子方程式为I2+I- 。(4)步骤ⅱ中的尾气为H2S,有毒,是酸性气体,常用碱性溶液如NaOH溶液吸收。(5)为确保蒸馏装置内的HI全部进入C中,步骤ⅲ实验结束时相对应的操作顺序为先停止加热,再通一段时间的N2后关闭K2。(6)127 g I2的物质的量为0.5 mol,n理论(HI)=2×0.5 mol=1 mol,m理论(HI)=1 mol×128 g/mol=128 g,m实际(HI)=117 mL×1.7 g/mL×57%,故HI的产率=%。(7)氢碘酸见光易分解,易被空气氧化,应保存在具玻璃塞的棕色细口试剂瓶中,并放在避光低温处。
2.(2025·湖南卷)苯胺是重要的有机化工原料,其实验室制备原理如下:
相关信息如下:
物质 相对分 子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/ (g·cm-3) 溶解性
硝基苯 123 5.9 210.9 1.20 不溶于 水,易溶 于乙醚
苯胺 93 -6.3 184.0 1.02 微溶于 水,易溶 于乙醚
乙酸 60 16.6 117.9 1.05 与水互溶
乙醚 74 -116.3 34.5 0.71 微溶于水
反应装置Ⅰ和蒸馏装置Ⅱ(加热、夹持等装置略)如下:
实验步骤:
①向装置Ⅰ双颈烧瓶中加入13.5 g铁粉、25.0 mL水及1.50 mL乙酸,加热煮沸10 min;
②稍冷后,通过恒压滴液漏斗缓慢滴入8.20 mL硝基苯(0.08 mol),再加热回流30 min;
③将装置Ⅰ改成水蒸气蒸馏装置,蒸馏收集苯胺-水馏出液;
④将苯胺-水馏出液用NaCl饱和后,转入分液漏斗静置分层,分出有机层;水层用乙醚萃取,分出醚层;合并有机层和醚层,用粒状氢氧化钠干燥,得到苯胺醚溶液;
⑤将苯胺醚溶液加入圆底烧瓶(装置Ⅱ),先蒸馏回收乙醚,再蒸馏收集180~185 ℃馏分,得到5.58 g苯胺。
回答下列问题:
(1)实验室保存硝基苯的玻璃容器是A(填字母)。
(2)装置Ⅰ中冷凝管的进水口为a(填“a”或“b”)。
(3)步骤④中将苯胺-水馏出液用NaCl饱和的原因是利用盐析效应,加入NaCl可降低苯胺的溶解度,使其析出,提高产率。
(4)步骤④中第二次分液,醚层位于上(填“上”或“下”)层。
(5)蒸馏回收乙醚时,锥形瓶需冰水浴的原因是防止乙醚挥发损失并提高冷凝效率;回收乙醚后,需要放出冷凝管中的冷凝水再蒸馏,这样操作的原因是防止高温下冷凝管因温差过大破裂。
(6)下列说法正确的是B(填字母)。
A.缓慢滴加硝基苯是为了减小反应速率
B.蒸馏时需加沸石,防止暴沸
C.用红外光谱不能判断苯胺中是否含有硝基苯
D.蒸馏回收乙醚,无须尾气处理
(7)苯胺的产率为75%。
解析:(1)硝基苯在常温下是液体,应保存在细口瓶中,故选A。(2)为了确保较好的冷凝效果,水流方向应为下口进上口出,即进水口是a。(3)由于苯胺在水中有一定的溶解度,利用盐析效应,加入NaCl固体,溶液中离子浓度增大,导致苯胺的溶解度降低,溶解在水中的大部分苯胺就会以油状物析出,提高产率。(4)乙醚密度小于水,故醚层位于上层。(5)乙醚沸点低(34.5 ℃),冰水浴可防止其挥发损失并提高冷凝效率;回收乙醚后,需要放出冷凝管中的冷凝水再蒸馏,这样操作的原因是防止高温下冷凝管因温差过大破裂。(6)缓慢滴加是为了控制反应温度,而非单纯减小速率,因为该反应为放热反应,若温度过高,产物苯胺会与乙酸发生取代反应,导致产率下降,A错误;蒸馏时加沸石防暴沸是正确的操作,B正确;红外光谱可区分硝基苯(含硝基特征峰)和苯胺(含氨基特征峰),C错误;乙醚是一种有毒物质,具有挥发性,尾气需要处理,D错误。(7)根据反应原理可知,0.08 mol硝基苯理论上可制得0.08 mol苯胺,理论产量:0.08 mol×93 g/mol=7.44 g,实际产量:5.58 g,产率:×100%=75%。
3.(2025·山东卷)如下不饱和聚酯可用于制备玻璃钢。
实验室制备该聚酯的相关信息和装置示意图如下(加热及夹持装置略):
原料 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃
顺丁烯 二酸酐 52.6 202.2
邻苯二 甲酸酐 130.8 295.0
丙-1, 2-二醇 -60.0 187.6
实验过程:
①在装置A中加入上述三种原料,缓慢通入N2。搅拌下加热,两种酸酐分别与丙-1,2-二醇发生醇解反应,主要生成和。然后逐步升温至190~200 ℃,醇解产物发生缩聚反应生成聚酯。
②缩聚反应后期,每隔一段时间从装置A中取样并测量其酸值,直至酸值达到聚合度要求(酸值:中和1 g样品所消耗KOH的毫克数)。
回答下列问题:
(1)理论上,原料物质的量投料比n(顺丁烯二酸酐)︰n(邻苯二甲酸酐)︰n(丙-1,2-二醇)=1︰1︰2。
(2)装置B的作用是冷凝回流丙-1,2-二醇;仪器C的名称是直形冷凝管;反应过程中,应保持温度计2示数处于一定范围,合理的是B(填字母)。
A.55~60 ℃
B.100~105 ℃
C.190~195 ℃
(3)为测定酸值,取a g样品配制250.00 mL溶液。移取25.00 mL溶液,用c mol·L-1 KOH-乙醇标准溶液滴定至终点,重复实验,数据如下:
序号 1 2 3 4 5
滴定前 读数/mL 0.00 24.98 0.00 0.00 0.00
滴定后 读数/mL 24.98 49.78 24.10 25.00 25.02
应舍弃的数据为2、3(填序号);测得该样品的酸值为(用含a、c的代数式表示)。若测得酸值高于聚合度要求,可采取的措施为C(填字母)。
A.立即停止加热
B.排出装置D内的液体
C.增大N2的流速
(4)实验中未另加催化剂的原因是反应过程中生成酸,实现了自催化。
解析:根据题中信息可知,本实验分为两个阶段,先由3种原料发生醇解反应,然后醇解产物再发生缩聚反应得到聚酯。当测得样品的酸值达到合理要求后,缩聚反应完成。(1)由聚酯的结构简式可知, 和按物质的量之比1︰1发生缩聚反应生成题述聚酯,而顺丁烯二酸酐和邻苯二甲酸酐分别与丙-1,2-二醇以物质的量之比1︰1发生醇解反应,因此,理论上原料物质的量投料比n(顺丁烯二酸酐)︰n(邻苯二甲酸酐)︰n(丙-1,2-二醇)=1︰1︰2。(2)依据题意,该反应进行时需逐步升温至190~200 ℃,可知此时丙-1,2-二醇已达到沸点,由此判断装置B的作用是冷凝回流丙-1,2-二醇;仪器C的名称是直形冷凝管,其可以将反应生成的水蒸气冷凝为水;根据三种原料的沸点可知,反应过程中,应保持温度计2示数处于一定范围,即高于水的沸点、低于原料的沸点,防止原料流失,合理的温度范围是100~105 ℃,故选B。(3)由题表中数据可知,5次滴定消耗标准溶液的体积分别为24.98 mL、24.80 mL、24.10 mL、25.00 mL、25.02 mL,其中第2、3次实验的数据的误差明显偏大,故应舍弃的数据为2、3;用合理的3次实验的数据求平均值,消耗标准溶液的体积为25.00 mL,a g样品消耗KOH的质量为25.00×10-3 L×c mol·L-1××56 g·mol-1=14c g=14 000c mg,因此测得该样品的酸值为。若测得酸值高于聚合度要求,说明样品中所含的羧基数目较多,还有一部分单体没有充分发生缩聚反应或者聚合程度不够。若立即停止加热,则酸值不变,不能达到目的,A不可取;若排出装置D内的液体,并不能使缩聚反应充分进行,B不可取;N2的作用是一方面将生成的水带走,另一方面可以起到搅拌作用,从而加快反应速率且促进缩聚反应充分进行,C可取。综上所述,选C。(4)本实验中酸酐与醇发生醇解反应时,生成了羧酸官能团,实现了自催化,故反应中无须另加催化剂。
课时作业64(总分:60分)
1.(12分)(2025·河北石家庄质检)氢化铝锂的化学式为Li[AlH4](Mr=38),是有机合成中重要的还原剂,易燃且在125 ℃以上分解,潮湿空气中易水解。某化学兴趣小组以乙醚为溶剂,利用无水AlCl3(Mr=133.5)和LiH反应制备Li[AlH4],实验步骤及装置如下。
ⅰ.按图示装置组装仪器并检验气密性。
ⅱ.打开K1、K2,从a口通入一段时间N2,以排尽装置中的空气。
ⅲ.向三颈烧瓶中先加入30 mL溶有3.04 g Li[AlH4]的乙醚溶液作反应引发剂,再加入23.68 g LiH固体和200 mL乙醚搅拌均匀。最后通过仪器X加入300 mL溶有80.10 g无水AlCl3的乙醚溶液发生反应。
ⅳ.待反应结束后,关闭K2,a口接减压装置,将三颈烧瓶中的固液混合物抽至过滤器内。关闭K1,打开K2,再次从a口通入N2直至过滤结束。
ⅴ.将滤液与苯混合,对混合液进行__________,得到Li[AlH4]固体,称量其质量为22.04 g。
已知:①相关物质在乙醚和苯中的溶解性如表:
物质 Li[AlH4] AlCl3 LiH LiCl
乙醚 溶 溶 微溶 难溶
苯 难溶 溶 — —
②苯的沸点为80.1 ℃,乙醚的沸点为34.5 ℃。
回答下列问题:
(1)仪器X的名称为恒压滴液漏斗;三颈烧瓶应选择的规格为C(填字母)。
A.250 mL　　　B.500 mL　　　C.1 000 mL
(2)装置Y中应添加的试剂为无水CaCl2(或碱石灰、P2O5等)。
(3)步骤ⅲ中,三颈烧瓶内发生反应的化学方程式为AlCl3+4LiHLi[AlH4]+3LiCl;该反应剧烈放热,为避免反应过于剧烈,应采取的操作为调节恒压滴液漏斗活塞,缓慢滴加溶液。
(4)步骤ⅳ中,过滤可除去的杂质为LiH、LiCl(填化学式);再次通入N2的目的为隔绝空气、加快过滤速率。
(5)步骤ⅴ的目的是除去少量AlCl3杂质并得到Li[AlH4]固体,横线处应补充的具体操作为A(填字母)。
A.蒸馏、过滤 B.蒸发结晶
C.萃取、分液 D.重结晶
(6)若初始加入的Li[AlH4]引发剂不计入产品,则该实验中产品的产率为83.3%(保留三位有效数字)。
解析:(1)仪器X的名称为恒压滴液漏斗;根据实验步骤,三颈烧瓶需加入530 mL液体,因此应选择规格为1 000 mL的三颈烧瓶。(2)装置Y为球形干燥管,根据Li[AlH4]在潮湿的空气中易水解,因此Y的作用是防止空气中的水蒸气进入实验装置,保持装置内的干燥,故球形干燥管中应加入能够吸收水的试剂,如无水CaCl2、碱石灰、P2O5等。(3)步骤ⅲ中,三颈烧瓶内AlCl3和LiH在无水乙醚中反应生成Li[AlH4]和LiCl,化学方程式为AlCl3+4LiHLi[AlH4]+3LiCl;该反应剧烈放热,为避免反应过于剧烈,应采取的操作为调节恒压滴液漏斗活塞,缓慢滴加溶液。(4)步骤ⅲ反应后三颈烧瓶内存在LiH、AlCl3、LiCl、Li[AlH4]等,溶剂为乙醚,根据已知①可知,AlCl3、Li[AlH4]均溶于乙醚,LiH、LiCl分别微溶、难溶于乙醚,因此通过过滤的方法可以除去LiH、LiCl;由于反应需要在无水无氧的条件下进行,因此再次通入氮气的作用是隔绝空气,同时可以加快过滤速率。(5)步骤ⅴ是利用AlCl3和Li[AlH4]在苯中的溶解性差异分离两者。AlCl3和Li[AlH4]均溶于乙醚,但Li[AlH4]难溶于苯,由于苯的沸点大于乙醚,因此需先通过蒸馏除去乙醚,得到溶于苯的AlCl3和难溶的Li[AlH4],再通过过滤将二者分离即可得到Li[AlH4]。(6)实际得到的Li[AlH4]质量为22.04 g-3.04 g=19.0 g,初始时加入23.68 g LiH(2.96 mol)、80.10 g无水AlCl3(0.6 mol),根据反应方程式AlCl3+4LiHLi[AlH4]+3LiCl可知LiH过量,则Li[AlH4]的理论生成质量为0.6 mol×38 g/mol=22.8 g,所以该实验中产品的产率为×100%≈83.3%。
2.(12分)(2025·吉林长春模拟)二氯四氨合钯[Pd(NH3)4]Cl2是重要的钯化合物,广泛应用在化学催化及电镀工业。利用钯粉制备二氯四氨合钯的实验过程和部分装置如下:
Ⅰ.称取10.6 g钯粉,加入适量的王水[n(HNO3)︰n(HCl)=1︰3]中,使钯粉溶解,溶液中有无色气泡产生,加热赶出溶液中的含氮化合物,经浓缩、结晶、过滤、洗涤后得到四氯合钯酸(H2PdCl4);
Ⅱ.将四氯合钯酸加入仪器c中,用3倍体积的去离子水溶解,加入搅拌磁子;
Ⅲ.将仪器c中的混合物在100 ℃条件下恒温加热2 h;
Ⅳ.在不断搅拌并持续保温下,缓慢加入浓氨水,开始时仪器c中产生白烟,溶液内有沉淀产生,继续滴加浓氨水,溶液逐渐澄清,最后得到浅黄色的[Pd(NH3)4]Cl2溶液;
Ⅴ.浅黄色溶液经过一系列操作,得到15.0 g纯净的二氯四氨合钯产品。
回答下列问题:
(1)仪器c的名称为三颈烧瓶。
(2)“步骤Ⅲ”中最佳的加热方式为B(填字母)。
A.水浴加热 B.油浴加热
C.酒精灯加热 D.酒精喷灯加热
(3)“步骤Ⅳ”中产生沉淀时发生的反应为2H2PdCl4+4NH3·H2O===Pd(NH3)4·PdCl4↓+4HCl+4H2O;继续滴加浓氨水,溶液逐渐澄清,此时发生反应的化学方程式为Pd(NH3)4·PdCl4+4NH3·H2O===2[Pd(NH3)4]Cl2+4H2O。
(4)仪器c中产生的白烟的成分可能为NH4Cl。
(5)根据实验分析,在题述实验条件下,NH3、Cl-与钯的配位能力强弱顺序:NH3>(填“>”“<”或“=”)Cl-。
(6)“步骤Ⅴ”中的一系列操作为将浅黄色溶液加热浓缩至液面出现一层晶膜时停止加热,冷却结晶,经过滤、洗涤、50 ℃真空干燥后得到纯净的二氯四氨合钯。
(7)本实验中产品产率为61.2%(保留3位有效数字)。
解析:(4)反应过程中可能挥发出氨气和氯化氢气体,因此白烟可能为氨气与氯化氢反应生成的NH4Cl。(7)10.6 g钯粉为0.1 mol,本实验中利用0.1 mol钯粉制备目标产品,理论上能够生成0.1 mol Pd(NH3)4Cl2,即理论产量为24.5 g,则目标产品的产率为×100%≈61.2%。
3.(12分)(2025·重庆卷)糖精钠是一种甜味剂。某研究小组在实验室利用甲苯氯磺化法按以下五个步骤制备糖精钠(部分操作及反应条件略)。
(1)步骤Ⅰ氯磺化:
实验装置示意图如图所示(夹持及控温装置略)。
①仪器a的名称是温度计。
②烧杯中吸收的尾气为HCl(填化学式)。
(2)步骤Ⅱ氨化:
若取邻甲苯磺酰氯0.3 mol,理论上至少需加入15 mol/L氨水40 mL。
(3)步骤Ⅲ氧化:
反应完成后,加入Na2SO3溶液将过剩的KMnO4转化为MnO2。观察到现象为溶液紫色褪去时,停止加入Na2SO3溶液,其离子方程式为2Mn2===+2OH-。
(4)步骤Ⅳ酸化:
将步骤Ⅲ所得溶液进行酸化,经过滤得糖精。过滤需用到下列的仪器有ACEG(填字母)。
(5)步骤Ⅴ成盐:
加热反应体系,过程中产生大量气体,该气体为CO2(填化学式)。待NaHCO3反应完全,趁热过滤。由滤液获得糖精钠产品的过程中,冷却结晶之后的操作步骤还有过滤、洗涤、干燥。
解析:(1)由方程式可知,磺化过程中还生成了氯化氢,所以用水来吸收,由仪器的构造特点可知,a为温度计。(2)由方程式可知,邻甲苯磺酰氯与氨水按物质的量之比1︰1进行反应,0.3 mol邻甲苯磺酰氯消耗的NH3·H2O为0.3 mol,加入15 mol/L的氨水,充分反应后,消耗20 mL的氨水,同时产生0.3 mol的氯化氢,氯化氢与氨水发生中和反应,消耗的NH3·H2O为0.3 mol,即20 mL,所以一共需要消耗氨水的体积为40 mL。(3)氧化过程中为保证氧化完全,需要加入过量的KMnO4,反应完全后,向其中滴加Na2SO3以除去过量KMnO4,当观察到溶液紫色褪去时停止加入Na2SO3溶液,该溶液为碱性,根据氧化还原规律,得出离子方程式为2Mn2===2+2OH-。(4)过滤需要烧杯、漏斗、玻璃棒、铁架台等,故需要的仪器为ACEG。(5) 能水解生成羧基,与NaHCO3反应,产生大量的二氧化碳气体,当NaHCO3完全反应,趁热过滤,冷却结晶的后续操作是过滤、洗涤、干燥。
4.(12分)(2025·河北衡水模拟)实验室模拟高锰酸钾氧化环己醇()制备己二酸[HOOC(CH2)4COOH,M=146 g/mol]的实验过程如下:
①按图1组装好仪器,向150 mL四颈烧瓶中加入18.96 g(0.12 mol)高锰酸钾,再加入50 mL 1%氢氧化钠水溶液,向恒压滴液漏斗中加入6.5 mL(约0.06 mol)环己醇,开始搅拌;
②用电热套加热升温到40 ℃,移走电热套,缓慢滴加环己醇,控制温度50 ℃左右,使之充分反应;
③趁热抽滤,用热水洗涤滤渣MnO2 2~3次,合并滤液;
④向滤液中加入4 mL浓盐酸酸化,加热浓缩,冷却析出晶体,抽滤,得到己二酸粗品4.599 g。
回答下列问题:
(1)已知:→KOOC(CH2)4COOK会放出热量,补全该反应的化学方程式:
3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓+2KOH+5H2O。
(2)经反复实验对比研究,该实验条件下环己醇滴速控制在20 s/滴时最佳,理由是需控制好环己醇的滴入速率,环己醇的滴入速率过快,反应温度高,反应液暴沸冲出冷凝管。
(3)实验中判断反应进行完全的方法是用玻璃棒蘸取1滴反应混合物,点到滤纸上,若滤纸上无紫色存在,说明高锰酸钾反应完全。
(4)步骤④中抽滤时采用如图装置(图2)。抽滤时先打开水龙头,抽气管,用倾析法将混合物转移至布氏漏斗中。抽滤完毕,接下来的操作是B(填字母)。
A.先关闭水龙头,后拔掉橡胶管
B.先拔掉橡胶管,后关闭水龙头
(5)步骤④中加入浓盐酸酸化的目的是使KOOC(CH2)4COOK转化为HOOC(CH2)4COOH。
(6)根据参加反应原料的量计算己二酸产率为70%。
解析:(1)高锰酸钾氧化环己醇生成KOOC(CH2)4COOK,KMnO4被还原为MnO2,根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为3+8KMnO4→3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓+2KOH+5H2O。(2)该反应为放热反应,需控制好环己醇的滴入速率,如果环己醇的滴入速率过快,反应温度高,反应液暴沸冲出冷凝管。(3)用玻璃棒蘸取1滴反应混合物,点到滤纸上,若滤纸上无紫色存在,说明高锰酸钾反应完全。(4)抽滤完毕时,应先断开抽气管和吸滤瓶之间的橡胶管,后关闭水龙头,以防倒吸,滤液从吸滤瓶上口倒出,故选B。(5)高锰酸钾氧化环己醇生成KOOC(CH2)4COOK,加入浓盐酸酸化使KOOC(CH2)4COOK转化为HOOC(CH2)4COOH。(6)向150 mL四颈烧瓶中加入18.96 g(0.12 mol)高锰酸钾,再加入50 mL 1%氢氧化钠水溶液,向恒压滴液漏斗中加入6.5 mL(约0.06 mol)环己醇,由方程式3+8KMnO4→3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓+2KOH+5H2O可知,高锰酸钾是少量的,则理论上生成0.045 mol 己二酸,则己二酸产率为×100%=70%。
5.(12分)(2025·山东潍坊一模)对溴乙酰苯胺()是医药合成的重要中间体,实验室常以乙酰苯胺()和Br2为原料来合成。实验步骤如下:
步骤Ⅰ.向一定体积的三颈烧瓶中,先加入45.0 mL乙醇,再加入10.8 g乙酰苯胺,充分溶解。将13.0 g溴溶解于20.0 mL冰醋酸中,装入图1所示装置的仪器a中;
步骤Ⅱ.一边搅拌一边慢慢地滴加溴的冰醋酸溶液,滴加完毕后,在45 ℃下,继续搅拌反应1 h,然后将温度提高至60 ℃,再搅拌一段时间;
步骤Ⅲ.在搅拌下将反应后溶液慢慢加至含少量NaOH的100 mL冰水中(混合后溶液呈弱酸性),此时立即有固体析出,略有黄色,加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液充分搅拌至黄色恰好褪去,将上述溶液放入冰水浴中慢慢冷却;
步骤Ⅳ.采用如图2所示装置过滤,并用冷水充分洗涤,干燥,经系列操作后得到12.84 g白色针状晶体,色谱检测其纯度为80.0%。
已知:有关物质的部分性质如表:
物质 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
乙酰 苯胺 135 113 304 白色结晶性粉末,微溶于冷水,溶于热水、乙醇等
对溴乙 酰苯胺 214 167 353 白色针状晶体,溶于苯、乙醇,微溶于热水,不溶于冷水
回答下列问题:
(1)图1装置中,仪器a的名称为恒压滴液漏斗,“步骤Ⅰ”中选用三颈烧瓶的规格是②(填序号)。
①100 mL　②150 mL　③250 mL　④50 mL
(2)乙醇和冰醋酸的作用是充当溶剂,乙醇和冰醋酸互溶,使溴分子和乙酰苯胺充分接触,充分反应。
(3)“步骤Ⅲ”两次慢慢冷却的目的是吸收酸和碱中和放出的热量,并降低对溴乙酰苯胺溶解度,同时得到大颗粒对溴乙酰苯胺晶体,加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液黄色恰好褪去时的离子方程式为HS === ===+3CH3COOH)。
(4)“步骤Ⅳ”中,图2装置停止实验时,先a(填字母)再b(填字母),最后加入冰水充分洗涤。
a.打开活塞K　b.关闭抽气泵
(5)本实验中,对溴乙酰苯胺产率为60%,若“步骤Ⅱ”加热时温度过高至85 ℃,将导致所测产率偏小(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析:(1)图1装置中,仪器a的名称为恒压滴液漏斗;三颈烧瓶中加入45.0 mL乙醇,加入10.8 g乙酰苯胺,滴加20.0 mL溴的冰醋酸溶液,三颈烧瓶中液体体积大于三分之一而小于三分之二,则“步骤Ⅰ”中选用三颈烧瓶的规格是②150 mL。(2)已知,乙酰苯胺微溶于冷水,溶于热水、乙醇等,实验中乙醇和冰醋酸的作用是充当溶剂,乙醇和冰醋酸互溶,使溴分子和乙酰苯胺充分接触,充分反应。(3)已知,对溴乙酰苯胺不溶于冷水;反应后溶液加入含少量NaOH的100 mL冰水中,氢氧化钠和酸发生中和反应放热,会导致温度升高,“步骤Ⅲ”两次慢慢冷却的目的是吸收酸和碱中和放出的热量,并降低对溴乙酰苯胺溶解度,同时得到大颗粒对溴乙酰苯胺晶体;显黄色,说明含有过量溴单质,溴单质具有氧化性,加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液黄色恰好褪去,则溴单质氧化亚硫酸氢根离子为硫酸根离子同时生成溴离子,离子方程式为HS22===-+3H+(或HS223-===-+3CH3COOH)。(4)“步骤Ⅳ”中,图2装置停止实验时,为防止倒吸,应先打开活塞K,使得装置与大气相通,再关闭抽气泵,最后加入冰水充分洗涤。(5)10.8 g乙酰苯胺为=0.08 mol,理论上对溴乙酰苯胺的物质的量为0.08 mol,经系列操作后得到12.84 g白色针状晶体,色谱检测对溴乙酰苯胺纯度为80.0%,则本实验中,对溴乙酰苯胺产率为×100%=60%,若“步骤Ⅱ”加热时温度过高至85 ℃,使得溴、乙酸、乙醇挥发,导致原料损耗,将导致实际所得产物质量减小,所测产率偏小。(共106张PPT)
第十一章　化学综合实验
第64讲　物质制备型综合实验
目
录
考点二　有机化合物制备的综合实验
课时作业
考点一　无机物制备的综合实验
真题演练 感悟高考
复习目标
1.掌握物质制备型实验方案设计的原则。2.掌握解答物质制备型实验综合题的思维模型。3.能正确选用实验装置;掌握控制实验条件的方法。
一
考点一 无机物制备的综合实验
1.物质制备实验的操作顺序及必要措施
(1)实验操作顺序
装置选择与连接 气密性检查 装入固体试剂 加入液体试剂 按程序实验 拆卸仪器 其他处理等
(2)选用仪器及连接顺序
(3)加热操作先后顺序的选择
若气体制备实验需加热,应先加热气体发生装置,通入气体排出装置中的空气后,再给实验中需要加热的物质加热。其目的是①防止爆炸(如氢气还原氧化铜);②保证产品纯度,防止反应物或生成物与空气中的物质反应。而完成实验后,熄灭酒精灯的顺序则相反。
(4)防止实验中反应物或产物变质或损失
①实验中反应物或产物若易吸水潮解、水解等,要采取措施防止吸水;
②易挥发的液体产物要及时冷却;
③易挥发的液体反应物,需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等);
④注意防止倒吸的问题。
2.实验条件的控制
装置排气的目的和方法 常用稳定气体(如N2等)或反应产物气体(如SO2等)排尽装置中的空气,以防止空气中的O2、CO2、水蒸气干扰实验
控制气体的流速和用量 (1)用分液漏斗控制液体滴加的速率和用量。
(2)观察气泡,控制气流速率。如图甲,既能干燥气体,又能通过观察产生气泡逸出速率得到N2、H2的体积比约为1︰3的混合气体。
(3)平衡气压。如图乙,用长玻璃管平衡气压,防堵塞
控制温度的目的和方式 (1)控制低温的目的:减少某些反应物、产品分解或挥发,如H2O2、氨水等;防止某物质水解,避免副反应发生;降低某物质的溶解度等。
(2)加热的目的:增大反应速率或使平衡移动,加速溶解等。
(3)控制温度的方式:水浴、油浴均匀加热;冰水冷却等
1.(2025·山东青岛一模)2Na2CO3·nH2O2(过碳酸钠)是一种集洗涤、杀菌于一体的氧化系漂白剂,是碳酸钠和过氧化氢形成的不稳定化合物,易溶于水,难溶于乙醇。制备装置如图所示。
制备步骤:
ⅰ.按图组装仪器,控制实验温度不超过15 ℃;
ⅱ.往A中加入25 mL的过氧化氢(质量分数为30%)、硫酸镁和硅酸钠各0.1 g,控温搅拌至所有试剂完全溶解;
ⅲ.冷却至一定温度,加入100 mL饱和碳酸钠溶液,搅拌反应30 min,静置结晶;
ⅳ.利用真空泵抽滤,滤饼用无水乙醇洗涤2~3次,通风橱风干得到产品过碳酸钠,滤液回收利用。
回答下列问题:
(1)在制备过程中,控制实验温度不超过15 ℃的原因是__________________
__________________________________________________。
(2)“加入100 mL饱和碳酸钠溶液”时要缓慢分批加入,并不断搅拌,目的是______________________________________。
过氧化氢不稳定,
过碳酸钠也为不稳定化合物,避免温度过高二者受热分解
为了避免温度升高,导致过碳酸钠产率下降
(3)采用下列装置测定过碳酸钠的化学式(不考虑过碳酸钠含有杂质)。
①装置Ⅴ中的试剂为____________。
②装置接口的连接顺序为__________(填字母)。
③当装置Ⅰ中化学反应完全后,下一步操作是________________________
____。
④若实验操作准确,装置Ⅲ增重0.88 g,则制得的该过碳酸钠的化学式为_________________。
NaOH溶液
EABCD
打开A处的止水夹,通入空
气
2Na2CO3·3H2O2
解析:首先向装置通入经过Ⅴ中氢氧化钠处理过的空气,排净装置中空气,防止空气中二氧化碳干扰实验,Ⅰ中过碳酸钠和稀硫酸反应生成二氧化碳气体,经过Ⅱ干燥后,二氧化碳在Ⅲ中被碱石灰吸收,装置Ⅳ防止空气中二氧化碳、水进入Ⅲ中干扰实验结果。①由分析可知,装置Ⅴ的目的是除去空气中的二氧化碳气体,故试剂为NaOH溶液。②由分析可知,装置接口的连接顺序为EABCD。③当装置Ⅰ中化学反应完全后,应当打开A处的止水夹,通入空气,将产生的二氧化碳气体全部吹入装置Ⅲ中,减少实验误差。④若实验操作准确,装置Ⅲ增重0.88 g,则n(CO2)==0.02 mol,根据碳原子守恒,n(Na2CO3)=0.02 mol,则n(H2O2)=
=0.03 mol,则n(Na2CO3)︰n(H2O2)=2︰3,化学式为2Na2CO3·3H2O2。
2.(2025·山东省实验中学一模)叠氮化钠(NaN3)在防腐、有机合成和汽车行业有着广泛的用途。用氨基钠(NaNH2)制取叠氮化钠的化学方程式为2NaNH2+N2O 　　NaN3+NaOH+NH3。实验室用下列装置制取叠氮化钠并测定其纯度。
已知:①氨基钠(NaNH2)熔点为208 ℃,易潮解和氧化;②N2O有强氧化性,不与酸、碱反应;③Sn的常见化合价为+2、+4。
回答下列问题:
(1)仪器的连接顺序为a→__________________→b(仪器不能重复使用)。装置B中生成无污染性气体,写出B中发生反应的离子方程式:_____________
______________________,实现装置D的作用还可选择的试剂(装置任选)为
______(填序号)。
①硅胶　②Na2SO3　③NaOH溶液　④CaCl2
g→h→c→d→e→f
Sn2++N2O +
2H+===Sn4++N2↑+H2O
①④
解析:根据反应原理,利用NH3OHCl与NaNO2溶液反应产生一氧化二氮,经过E中的碱石灰吸收N2O中混有的HNO3和水蒸气,进入装置C中与NaNH2反应制备NaN3,D用于防止B中水蒸气进入C中干扰实验,B用于尾气处理,据此分析解题。根据分析,仪器的连接顺序为a→g→h→c→d→e→f→b。B中盐酸酸化的SnCl2吸收N2O气体,发生氧化还原反应,生成无毒的N2和Sn4+,离子方程式为Sn2++N2O+2H+===Sn4++N2↑+H2O。D的作用为吸收水蒸气,防止B中水蒸气进入C装置,硅胶和CaCl2具有吸水性,答案选①④。
(2)制备NaN3时,正确的操作顺序是_____________(填序号)。
①检验装置气密性并添加试剂　②打开分液漏斗上端玻璃塞并旋转活塞　③关闭分液漏斗活塞　④打开C中加热套　⑤装置C停止加热
解析:制备NaN3时,先检查装置的气密性并添加试剂,然后打开分液漏斗上端玻璃塞并旋转活塞,生成的N2O气体将空气排出后,打开C中加热套进行反应,完毕后停止加热,最后关闭分液漏斗活塞,正确的操作顺序为①②④⑤③。
①②④⑤③
(3)装置A中反应除生成装置C中需要的物质外,还生成NaCl等。其反应的化学方程式是________________________________________。
解析:装置A中反应除生成装置C中需要的物质N2O外,还生成NaCl等。其反应的化学方程式为NH3OHCl+NaNO2===NaCl+2H2O+N2O↑。
NH3OHCl+NaNO2===NaCl+2H2O+N2O↑
(4)NaN3纯度测定:取m g装置C中反应后所得固体,用如图所示装置测定产品的纯度(原理:加入NaClO溶液将NaN3氧化成N2,测定N2的体积,从而计算产品纯度)。
①F的初始读数为V1 mL、末读数为V2 mL,加入蒸
馏烧瓶中的NaClO溶液为V3 mL,本实验条件下气
体摩尔体积为Vm L·mol-1,产品中NaN3的质量分数
为__________%。
②反应结束读数时,若F中液面低于球形干燥管液
面,则测定结果_____(填“偏高”“偏低”或“无
影响”)。
偏高
解析:①若F的初始读数为V1 mL、末读数为V2 mL,本实验条件下气体摩尔体积为Vm L·mol-1,生成N2体积为(V1-V2) mL,由N原子守恒可得关系式2NaN3~3N2,列式得产品中NaN3的质量分数:%。②反应结束读数时,若F中液面低于球形干燥管液面,装置中气体压强会偏小,气体体积会偏大,则测定结果偏高。
二
考点二 有机化合物制备的综合实验
1.实验流程
2.典型装置
3.注意事项
(1)温度计水银球的位置:若要控制反应温度,则应插入反应液中;若要收集某温度下的馏分,则应放在蒸馏烧瓶支管口处。
(2)冷凝管的选择:球形冷凝管一般用于冷凝回流,直形冷凝管一般用于冷凝收集馏分。
(3)冷凝管的进出水方向:下进上出。
(4)加热方法的选择:酒精灯加热、水浴加热。
(5)防暴沸:加沸石或碎瓷片,防止液体暴沸,若开始忘加,则需冷却后补加。
4.有机物的提纯流程
制取的有机物中常含有一定量的杂质(无机物与有机物),提纯时可根据杂质与制得有机物性质的差异设计实验进行分离提纯,常用的提纯流程如下:
粗溴苯中常含有含Br2、HBr、FeBr3、 　　　等杂质,精制的工艺流程如下:
步骤①②③④⑤的作用分别是什么
①的作用为除去FeBr3、HBr水溶性杂质;②的作用为除去溴;③的作用为除去前一步引入的氢氧化钠和Br2与NaOH反应生成的盐;④的作用为除水;⑤的作用为除去苯。
微点助学
5.提高产率的常用方法
(1)有机化合物易挥发,反应中通常采用冷凝回流装置,以提高原料的利用率和产物的产率。
(2)有机反应通常都是可逆反应,且易发生副反应,因此常使廉价反应物过量,以提高另一反应物的转化率和产物的产率,同时控制反应条件,以减少副反应的发生。
1.(2024·新课标卷)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下:
实验装置如图所示,将100 mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入①中,搅拌。
待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。
加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20 min,趁
热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固
体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。
回答下列问题:
(1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为______(填名称)。
解析:该实验是不需要精确结果的合成实验,粗称量即可,己-2,5-二酮的摩尔质量为114 g·mol-1,根据题中所给数据可知,所需己-2,5-二酮的体积为≈15.47 cm3≈15.5 mL,所以选用量筒。
(2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是________;仪器②的名称是____________。
解析:③为铁架台;仪器②用于冷凝回流,为球形冷凝管。
量筒
铁架台
球形冷凝管
(3)“搅拌”的作用是______________________________。
解析:己-2,5-二酮的熔点为-5.5 ℃,常温下为液体,4-甲氧基苯胺的熔点为57 ℃,常温下为固体,搅拌可使固液反应物充分接触,加快反应速率。
(4)“加热”方式为__________。
解析:由题给信息“加热至65 ℃”可知,应用水浴加热,这样便于控制温度,且受热更均匀。
(5)使用的“脱色剂”是________。
解析:“脱色剂”的作用是吸附反应过程中产生的有色物质,结合题中信息,加入脱色剂后回流,趁热过滤,保留滤液,即脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,所以可以选用活性炭作脱色剂。
使固液充分接触,加快反应速率
水浴加热
活性炭
(6)“趁热过滤”的目的是_________________________________;用_________________洗涤白色固体。
解析:由题给信息可知,产品吡咯X为白色固体,加热至65 ℃可溶解在50%的乙醇溶液中,所以需趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,防止产品结晶损失,提高产率;由加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体可知,常温下产品不溶于50%的乙醇溶液,所以为减少溶解损失,洗涤时可用50%的乙醇溶液。
(7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是________。
解析:由产品的分离提纯过程可知,若需进一步提纯,可采用的方法为重结晶。
防止产品结晶损失,提高产率
50%的乙醇溶液
重结晶
2.(2024·辽宁卷)某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下:
Ⅰ.向50 mL烧瓶中分别加入5.7 mL乙酸
(100 mmol)、8.8 mL乙醇(150 mmol)、1.4 g
NaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。
向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。
Ⅱ.加热回流50 min后,反应液由蓝色变为紫
色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。
Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。
Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。
Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得无色液体6.60 g,色谱检测纯度为98.0%。
回答下列问题:
(1)NaHSO4在反应中起________作用,用其代替浓硫酸的优点是_________
_____________________________________________________(答出一条即可)。
解析:该实验可实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,用浓硫酸时,浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂,所以NaHSO4在反应中起催化剂作用;浓硫酸还具有强氧化性和脱水性,用浓硫酸在加热条件下反应时,可能发生副反应,且浓硫酸的还原产物二氧化硫是有毒气体,所以用NaHSO4代替浓硫酸的优点是副产物少,无有毒气体二氧化硫产生,可绿色制备乙酸乙酯,同时NaHSO4无腐蚀性,操作安全等。
催化剂
副产物少,
无有毒气体二氧化硫产生(或NaHSO4无腐蚀性,操作安全)
(2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可_____________________________________________。
解析:变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可吸收加热时生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。
吸收生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率
(3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是____(填字母)。
A.无须分离
B.增大该反应平衡常数
C.起到沸石作用,防止暴沸
D.不影响甲基紫指示反应进程
AD
解析:若向反应液中直接加入变色硅胶,则反应后需要过滤出硅胶,而使用小孔冷凝柱承载则无须分离,A符合题意;反应的平衡常数只与温度有关,使用小孔冷凝柱承载不能增大该反应平衡常数,B不符合题意;小孔冷凝柱并没有投入溶液中,不能起到沸石作用,不能防止暴沸,C不符合题意;由步骤Ⅱ可知,若向反应液中直接加入变色硅胶,则变色硅胶由蓝色变为粉红色,会影响观察反应液由蓝色变为紫色,所以使用小孔冷凝柱承载不影响甲基紫指示反应进程,D符合题意。
(4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是________(填名称)。
解析:用水洗涤有机相,然后用分液法分离有机物和水,需使用分液漏斗。
分液漏斗
(5)该实验乙酸乙酯的产率为________(精确至0.1%)。
解析:由反应CH3COOH+CH3CH2OH 　　　 CH3COOC2H5+H2O可知,
100 mmol乙酸与150 mmol乙醇反应时,理论上可获得的乙酸乙酯的质量为100×10-3 mol×88 g·mol-1=8.8 g,则该实验乙酸乙酯的产率为×100%=73.5%。
73.5%
(6)若改用C2OH作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为_____(精确至1)。
解析:若改用C2OH作为反应物进行反应,则因为CH3COOH+
CH3COH 　　　　CH3CO18OC2H5+H2O,生成的乙酸乙酯的摩尔质量为90 g·mol-1,即其相对分子质量为90,所以质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为90。
90
三
真题演练 感悟高考
1.(2025·河北卷)氢碘酸常用于合成碘化物。某化学兴趣小组用如图装置(夹持装置等略)制备氢碘酸。
步骤如下:
ⅰ.在A中加入150 mL H2O和127 g I2,快速搅拌,打开K1通入H2S,反应完成后,关闭K1,静置、过滤得滤液;
ⅱ.将滤液转移至B中,打开K2通入N2,接通冷凝水,加热保持微沸,直至H2S除尽;
ⅲ.继续加热蒸馏,C中收集沸点为125~127 ℃间的馏分,得到117 mL氢碘酸(密度为1.7 g·mL-1,HI质量分数为57%)。
回答下列问题:
(1)仪器A的名称:__________,通入H2S发生反应的化学方程式:_________
_____________。
解析:I2的氧化性比S强,A中发生反应:I2+H2S===S↓+2HI,过滤除去S,得到含H2S和HI的滤液;将滤液转移到B中,先通氮气、加热保持微沸除去H2S,升高温度,收集沸点为125~127 ℃间的馏分,得到117 mL、密度为1.7 g/mL、质量分数为57%的HI溶液。仪器A的名称为圆底烧瓶;I2的氧化性比S强,通入H2S发生反应的化学方程式为I2+H2S===S↓+2HI。
圆底烧瓶
I2+H2S
===S↓+2HI
(2)步骤ⅰ中快速搅拌的目的:____(填字母)。
a.便于产物分离
b.防止暴沸
c.防止固体产物包覆碘
解析:I2在水中的溶解度较小,生成的S可能包裹在其表面阻止反应的继续进行,故步骤ⅰ中快速搅拌的目的是防止固体产物包覆碘。
c
(3)步骤ⅰ中随着反应的进行,促进碘溶解的原因:__________(用离子方程式表示)。
解析:步骤ⅰ中随着反应的进行,生成的HI电离出的I-与I2反应促进I2的溶解,相关离子方程式为I2+I- 。
(4)步骤ⅱ中的尾气常用____________________________(填化学式)溶液吸收。
解析:步骤ⅱ中的尾气为H2S,有毒,是酸性气体,常用碱性溶液如NaOH溶液吸收。
I2+I-
NaOH(其他合理答案也可)
(5)步骤ⅱ实验开始时的操作顺序:先通入N2,再加热;步骤ⅲ实验结束时相对应的操作顺序:____________________________________。
解析:为确保蒸馏装置内的HI全部进入C中,步骤ⅲ实验结束时相对应的操作顺序为先停止加热,再通一段时间的N2后关闭K2。
(6)列出本实验产率的计算表达式:_____________。
解析:127 g I2的物质的量为0.5 mol,n理论(HI)=2×0.5 mol=1 mol,m理论(HI)=1 mol×128 g/mol=128 g,m实际(HI)=117 mL×1.7 g/mL×57%,故HI的产率=%。
先停止加热,再通一段时间的N2后关闭K2
%
(7)氢碘酸见光易分解,易被空气氧化,应保存在_______________________
______________________。
解析:氢碘酸见光易分解,易被空气氧化,应保存在具玻璃塞的棕色细口试剂瓶中,并放在避光低温处。
具玻璃塞的棕色细口试剂
瓶中,并放在避光低温处
2.(2025·湖南卷)苯胺是重要的有机化工原料,其实验室制备原理如下:
相关信息如下:
物质 相对分 子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/ (g·cm-3) 溶解性
硝基苯 123 5.9 210.9 1.20 不溶于水,
易溶于乙醚
苯胺 93 -6.3 184.0 1.02 微溶于水,
易溶于乙醚
乙酸 60 16.6 117.9 1.05 与水互溶
乙醚 74 -116.3 34.5 0.71 微溶于水
反应装置Ⅰ和蒸馏装置Ⅱ(加热、夹持等装置略)如下:
实验步骤:
①向装置Ⅰ双颈烧瓶中加入13.5 g铁粉、
25.0 mL水及1.50 mL乙酸,加热煮沸10 min;
②稍冷后,通过恒压滴液漏斗缓慢滴入8.20 mL
硝基苯(0.08 mol),再加热回流30 min;
③将装置Ⅰ改成水蒸气蒸馏装置,蒸馏收集苯胺-水馏出液;
④将苯胺-水馏出液用NaCl饱和后,转入分液漏斗静置分层,分出有机层;水层用乙醚萃取,分出醚层;合并有机层和醚层,用粒状氢氧化钠干燥,得到苯胺醚溶液;
⑤将苯胺醚溶液加入圆底烧瓶(装置Ⅱ),先蒸馏回收乙醚,再蒸馏收集180~185 ℃馏分,得到5.58 g苯胺。
回答下列问题:
(1)实验室保存硝基苯的玻璃容器是___(填字母)。
解析:硝基苯在常温下是液体,应保存在细口瓶中,故选A。
(2)装置Ⅰ中冷凝管的进水口为___(填“a”或“b”)。
解析:为了确保较好的冷凝效果,水流方向应为下口进上口出,即进水口是a。
A
a
(3)步骤④中将苯胺-水馏出液用NaCl饱和的原因是____________________
______________________________________________。
解析:由于苯胺在水中有一定的溶解度,利用盐析效应,加入NaCl固体,溶液中离子浓度增大,导致苯胺的溶解度降低,溶解在水中的大部分苯胺就会以油状物析出,提高产率。
(4)步骤④中第二次分液,醚层位于___(填“上”或“下”)层。
解析:乙醚密度小于水,故醚层位于上层。
利用盐析效应,加入
NaCl可降低苯胺的溶解度,使其析出,提高产率
上
(5)蒸馏回收乙醚时,锥形瓶需冰水浴的原因是________________________
________;回收乙醚后,需要放出冷凝管中的冷凝水再蒸馏,这样操作的原因是________________________________。
解析:乙醚沸点低(34.5 ℃),冰水浴可防止其挥发损失并提高冷凝效率;回收乙醚后,需要放出冷凝管中的冷凝水再蒸馏,这样操作的原因是防止高温下冷凝管因温差过大破裂。
防止乙醚挥发损失并提高冷
凝效率
防止高温下冷凝管因温差过大破裂
(6)下列说法正确的是_____(填字母)。
A.缓慢滴加硝基苯是为了减小反应速率
B.蒸馏时需加沸石,防止暴沸
C.用红外光谱不能判断苯胺中是否含有硝基苯
D.蒸馏回收乙醚,无须尾气处理
解析:缓慢滴加是为了控制反应温度,而非单纯减小速率,因为该反应为放热反应,若温度过高,产物苯胺会与乙酸发生取代反应,导致产率下降,A错误;蒸馏时加沸石防暴沸是正确的操作,B正确;红外光谱可区分硝基苯(含硝基特征峰)和苯胺(含氨基特征峰),C错误;乙醚是一种有毒物质,具有挥发性,尾气需要处理,D错误。
B
(7)苯胺的产率为________。
解析:根据反应原理可知,0.08 mol硝基苯理论上可制得0.08 mol苯胺,理论产量:0.08 mol×93 g/mol=7.44 g,实际产量:5.58 g,产率:×100%
=75%。
75%
3.(2025·山东卷)如下不饱和聚酯可用于制备玻璃钢。
实验室制备该聚酯的相关信息和装置示意图如下(加热及夹持装置略):
原料 结构简式 熔点/℃ 沸点/℃
顺丁烯 二酸酐 52.6 202.2
邻苯二 甲酸酐 130.8 295.0
丙-1, 2-二醇 -60.0 187.6
实验过程:
①在装置A中加入上述三种原料,缓慢通入N2。搅拌下加热,两种酸酐分别
与丙-1,2-二醇发生醇解反应,主要生成 　　　　 　　 和
　　　　　 　 。然后逐步升温至190~200 ℃,醇解产物发生缩聚
反应生成聚酯。
②缩聚反应后期,每隔一段时间从装置A中取样并测量其酸值,直至酸值达到聚合度要求(酸值:中和1 g样品所消耗KOH的毫克数)。
回答下列问题:
(1)理论上,原料物质的量投料比n(顺丁烯二酸酐)︰n(邻苯二甲酸酐)︰n(丙-1,2-二醇)=__________。
1︰1︰2
解析:根据题中信息可知,本实验分为两个阶段,先由3种原料发生醇解反应,然后醇解产物再发生缩聚反应得到聚酯。当测得样品的酸值达到合理
要求后,缩聚反应完成。由聚酯的结构简式可知, 　　　　　　
和 　　　 　　 　按物质的量之比1︰1发生缩聚反应生成题述聚酯,
而顺丁烯二酸酐和邻苯二甲酸酐分别与丙-1,2-二醇以物质的量之比1︰1发生醇解反应,因此,理论上原料物质的量投料比n(顺丁烯二酸酐)︰n(邻苯二甲酸酐)︰n(丙-1,2-二醇)=1︰1︰2。
(2)装置B的作用是____________________;仪器C的名称是__________;反应过程中,应保持温度计2示数处于一定范围,合理的是____(填字母)。
A.55~60 ℃　　　B.100~105 ℃　　　C.190~195 ℃
解析:依据题意,该反应进行时需逐步升温至190~200 ℃,可知此时丙-1,2-二醇已达到沸点,由此判断装置B的作用是冷凝回流丙-1,2-二醇;仪器C的名称是直形冷凝管,其可以将反应生成的水蒸气冷凝为水;根据三种原料的沸点可知,反应过程中,应保持温度计2示数处于一定范围,即高于水的沸点、低于原料的沸点,防止原料流失,合理的温度范围是100~105 ℃,故选B。
冷凝回流丙-1,2-二醇
直形冷凝管
B
(3)为测定酸值,取a g样品配制250.00 mL溶液。移取25.00 mL溶液,用c mol·L-1 KOH-乙醇标准溶液滴定至终点,重复实验,数据如下:
序号 1 2 3 4 5
滴定前读数/mL 0.00 24.98 0.00 0.00 0.00
滴定后读数/mL 24.98 49.78 24.10 25.00 25.02
应舍弃的数据为______(填序号);测得该样品的酸值为_________(用含a、c的代数式表示)。若测得酸值高于聚合度要求,可采取的措施为_____(填字母)。
A.立即停止加热 B.排出装置D内的液体 C.增大N2的流速
2、3
C
解析:由题表中数据可知,5次滴定消耗标准溶液的体积分别为24.98 mL、24.80 mL、24.10 mL、25.00 mL、25.02 mL,其中第2、3次实验的数据的误差明显偏大,故应舍弃的数据为2、3;用合理的3次实验的数据求平均值,消耗标准溶液的体积为25.00 mL,a g样品消耗KOH的质量为25.00×10-3 L×c mol·L-1××56 g·mol-1=14c g=14 000c mg,因此测得该样品的酸值为。若测得酸值高于聚合度要求,说明样品中所含的羧基数目较多,还有一部分单体没有充分发生缩聚反应或者聚合程度不够。若立即停止加热,则酸值不变,不能达到目的,A不可取;若排出装置D内的液体,并不能使缩聚反应充分进行,B不可取;N2的作用是一方面将生成的水带走,另一方面可以起到搅拌作用,从而加快反应速率且促进缩聚反应充分进行,C可取。综上所述,选C。
(4)实验中未另加催化剂的原因是______________________________。
解析:本实验中酸酐与醇发生醇解反应时,生成了羧酸官能团,实现了自催化,故反应中无须另加催化剂。
反应过程中生成酸,实现了自催化
四
课时作业64
1.(12分)(2025·河北石家庄质检)氢化铝锂的化学式为Li[AlH4](Mr=38),是有机合成中重要的还原剂,易燃且在125 ℃以上分解,潮湿空气中易水解。某化学兴趣小组以乙醚为溶剂,利用无水AlCl3(Mr=133.5)和LiH反应制备Li[AlH4],实验步骤及装置如下。
ⅰ.按图示装置组装仪器并检验气密性。
ⅱ.打开K1、K2,从a口通入一段时间N2,以排尽装置中的空气。
ⅲ.向三颈烧瓶中先加入30 mL溶有3.04 g Li[AlH4]的乙醚溶液作反应引发剂,再加入23.68 g LiH固体和200 mL乙醚搅拌均匀。最后通过仪器X加入300 mL溶有80.10 g无水AlCl3的乙醚溶液发生反应。
ⅳ.待反应结束后,关闭K2,a口接减压装置,将三颈烧瓶中的固液混合物抽至过滤器内。关闭K1,打开K2,再次从a口通入N2直至过滤结束。
ⅴ.将滤液与苯混合,对混合液进行__________,得到Li[AlH4]固体,称量其质量为22.04 g。
已知:①相关物质在乙醚和苯中的溶解性如表:
物质 Li[AlH4] AlCl3 LiH LiCl
乙醚 溶 溶 微溶 难溶
苯 难溶 溶 — —
②苯的沸点为80.1 ℃,乙醚的沸点为34.5 ℃。
回答下列问题:
(1)仪器X的名称为____________;三颈烧瓶应选择的规格为__(填字母)。
A.250 mL　　　B.500 mL　　　C.1 000 mL
解析:仪器X的名称为恒压滴液漏斗;根据实验步骤,三颈烧瓶需加入530 mL液体,因此应选择规格为1 000 mL的三颈烧瓶。
(2)装置Y中应添加的试剂为______________________________。
解析:装置Y为球形干燥管,根据Li[AlH4]在潮湿的空气中易水解,因此Y的作用是防止空气中的水蒸气进入实验装置,保持装置内的干燥,故球形干燥管中应加入能够吸收水的试剂,如无水CaCl2、碱石灰、P2O5等。
恒压滴液漏斗
C
无水CaCl2(或碱石灰、P2O5等)
(3)步骤ⅲ中,三颈烧瓶内发生反应的化学方程式为____________________
________________;该反应剧烈放热,为避免反应过于剧烈,应采取的操作为__________________________________。
解析:步骤ⅲ中,三颈烧瓶内AlCl3和LiH在无水乙醚中反应生成Li[AlH4]和LiCl,化学方程式为AlCl3+4LiH 　 Li[AlH4]+3LiCl;该反应剧烈放热,为避免反应过于剧烈,应采取的操作为调节恒压滴液漏斗活塞,缓慢滴加溶液。
AlCl3+4LiH
Li[AlH4]+3LiCl
调节恒压滴液漏斗活塞,缓慢滴加溶液
(4)步骤ⅳ中,过滤可除去的杂质为______________(填化学式);再次通入N2的目的为_________、_____________。
解析:步骤ⅲ反应后三颈烧瓶内存在LiH、AlCl3、LiCl、Li[AlH4]等,溶剂为乙醚,根据已知①可知,AlCl3、Li[AlH4]均溶于乙醚,LiH、LiCl分别微溶、难溶于乙醚,因此通过过滤的方法可以除去LiH、LiCl;由于反应需要在无水无氧的条件下进行,因此再次通入氮气的作用是隔绝空气,同时可以加快过滤速率。
LiH、LiCl
隔绝空气
加快过滤速率
(5)步骤ⅴ的目的是除去少量AlCl3杂质并得到Li[AlH4]固体,横线处应补充的具体操作为____(填字母)。
A.蒸馏、过滤 B.蒸发结晶
C.萃取、分液 D.重结晶
解析:步骤ⅴ是利用AlCl3和Li[AlH4]在苯中的溶解性差异分离两者。AlCl3和Li[AlH4]均溶于乙醚,但Li[AlH4]难溶于苯,由于苯的沸点大于乙醚,因此需先通过蒸馏除去乙醚,得到溶于苯的AlCl3和难溶的Li[AlH4],再通过过滤将二者分离即可得到Li[AlH4]。
A
(6)若初始加入的Li[AlH4]引发剂不计入产品,则该实验中产品的产率为_______%(保留三位有效数字)。
解析:实际得到的Li[AlH4]质量为22.04 g-3.04 g=19.0 g,初始时加入23.68 g LiH(2.96 mol)、80.10 g无水AlCl3(0.6 mol),根据反应方程式AlCl3+4LiH
　　Li[AlH4]+3LiCl可知LiH过量,则Li[AlH4]的理论生成质量为0.6 mol
×38 g/mol=22.8 g,所以该实验中产品的产率为×100%≈83.3%。
83.3
2.(12分)(2025·吉林长春模拟)二氯四氨合钯[Pd(NH3)4]Cl2是重要的钯化合物,广泛应用在化学催化及电镀工业。利用钯粉制备二氯四氨合钯的实验过程和部分装置如下:
Ⅰ.称取10.6 g钯粉,加入适量的王水[n(HNO3)︰n(HCl)=1︰3]中,使钯粉溶解,溶液中有无色气泡产生,加热赶出溶液中的含氮化合物,经浓缩、结晶、过滤、洗涤后得到四氯合钯酸(H2PdCl4);
Ⅱ.将四氯合钯酸加入仪器c中,用3倍体积的去离子水溶解,加入搅拌磁子;
Ⅲ.将仪器c中的混合物在100 ℃条件下恒温加热2 h;
Ⅳ.在不断搅拌并持续保温下,缓慢加入浓氨水,开始时仪器c中产生白烟,溶液内有沉淀产生,继续滴加浓氨水,溶液逐渐澄清,最后得到浅黄色的[Pd(NH3)4]Cl2溶液;
Ⅴ.浅黄色溶液经过一系列操作,得到15.0 g纯净的二氯四氨合钯产品。
回答下列问题:
(1)仪器c的名称为_________。
(2)“步骤Ⅲ”中最佳的加热方式为____(填字母)。
A.水浴加热 B.油浴加热
C.酒精灯加热 D.酒精喷灯加热
(3)“步骤Ⅳ”中产生沉淀时发生的反应为2H2PdCl4+4NH3·H2O===
Pd(NH3)4·PdCl4↓+4HCl+4H2O;继续滴加浓氨水,溶液逐渐澄清,此时发生反应的化学方程式为____________________________________________
_________。
三颈烧瓶
B
Pd(NH3)4·PdCl4+4NH3·H2O===2[Pd(NH3)4]Cl2
+4H2O
(4)仪器c中产生的白烟的成分可能为________。
解析:反应过程中可能挥发出氨气和氯化氢气体,因此白烟可能为氨气与氯化氢反应生成的NH4Cl。
(5)根据实验分析,在题述实验条件下,NH3、Cl-与钯的配位能力强弱顺序:NH3____(填“>”“<”或“=”)Cl-。
(6)“步骤Ⅴ”中的一系列操作为将浅黄色溶液加热浓缩至_____________
______时停止加热,冷却结晶,经过滤、洗涤、50 ℃真空干燥后得到纯净的二氯四氨合钯。
NH4Cl
>
液面出现一层
晶膜
(7)本实验中产品产率为_________(保留3位有效数字)。
解析:10.6 g钯粉为0.1 mol,本实验中利用0.1 mol钯粉制备目标产品,理论上能够生成0.1 mol Pd(NH3)4Cl2,即理论产量为24.5 g,则目标产品的产率为×100%≈61.2%。
61.2%
3.(12分)(2025·重庆卷)糖精钠是一种甜味剂。某研究小组在实验室利用甲苯氯磺化法按以下五个步骤制备糖精钠(部分操作及反应条件略)。
(1)步骤Ⅰ氯磺化:
实验装置示意图如图所示(夹持及控温装置略)。
①仪器a的名称是_______。
②烧杯中吸收的尾气为______(填化学式)。
解析:由方程式可知,磺化过程中还生成了氯化氢,所以用水来吸收,由仪器的构造特点可知,a为温度计。
温度计
HCl
(2)步骤Ⅱ氨化:
若取邻甲苯磺酰氯0.3 mol,理论上至少需加入15 mol/L氨水____ mL。
40
解析:由方程式可知,邻甲苯磺酰氯与氨水按物质的量之比1︰1进行反应,0.3 mol邻甲苯磺酰氯消耗的NH3·H2O为0.3 mol,加入15 mol/L的氨水,充分反应后,消耗20 mL的氨水,同时产生0.3 mol的氯化氢,氯化氢与氨水发生中和反应,消耗的NH3·H2O为0.3 mol,即20 mL,所以一共需要消耗氨水的体积为40 mL。
(3)步骤Ⅲ氧化:
反应完成后,加入Na2SO3溶液将过剩的KMnO4转化为MnO2。观察到现象为_____________时,停止加入Na2SO3溶液,其离子方程式为____________
________________________________________。
溶液紫色褪去
2Mn
2===+2OH-
解析:氧化过程中为保证氧化完全,需要加入过量的KMnO4,反应完全后,向其中滴加Na2SO3以除去过量KMnO4,当观察到溶液紫色褪去时停止加入Na2SO3溶液,该溶液为碱性,根据氧化还原规律,得出离子方程式为2Mn2===2+2OH-。
(4)步骤Ⅳ酸化:
将步骤Ⅲ所得溶液进行酸化,经过滤得糖精。过滤需用到下列的仪器有________(填字母)。
解析:过滤需要烧杯、漏斗、玻璃棒、铁架台等,故需要的仪器为ACEG。
ACEG
(5)步骤Ⅴ成盐:
加热反应体系,过程中产生大量气体,该气体为____(填化学式)。待NaHCO3反应完全,趁热过滤。由滤液获得糖精钠产品的过程中,冷却结晶之后的操作步骤还有________________。
CO2
过滤、洗涤、干燥
解析: 　　　　　能水解生成羧基,与NaHCO3反应,产生大量的二氧化碳
气体,当NaHCO3完全反应,趁热过滤,冷却结晶的后续操作是过滤、洗涤、干燥。
4.(12分)(2025·河北衡水模拟)实验室模拟高锰酸钾氧化环己醇( 　　　　 　)制备己二酸[HOOC(CH2)4COOH,M=146 g/mol]的实验
过程如下:
①按图1组装好仪器,向150 mL四颈烧瓶中加入18.96 g(0.12 mol)高锰酸钾,再加入50 mL 1%氢氧化钠水溶液,向恒压滴液漏斗
中加入6.5 mL(约0.06 mol)环己醇,开始搅拌;
②用电热套加热升温到40 ℃,移走电热套,缓慢滴加环己醇,控制温度50 ℃左右,使之充分反应;
③趁热抽滤,用热水洗涤滤渣MnO2 2~3次,合并滤液;
④向滤液中加入4 mL浓盐酸酸化,加热浓缩,冷却析出晶体,抽滤,得到己二酸粗品4.599 g。
回答下列问题:
(1)已知: 　　　　　　→KOOC(CH2)4COOK会放出热量,补全该反应的
化学方程式:_____________________________________________________
_________________ 。
解析:高锰酸钾氧化环己醇生成KOOC(CH2)4COOK,KMnO4被还原为MnO2,根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为3 　　　　　　
+8KMnO4→3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓+2KOH+5H2O。
3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓
+2KOH+5H2O
(2)经反复实验对比研究,该实验条件下环己醇滴速控制在20 s/滴时最佳,理由是__________________________________________________________
_______________________。
解析:该反应为放热反应,需控制好环己醇的滴入速率,如果环己醇的滴入速率过快,反应温度高,反应液暴沸冲出冷凝管。
(3)实验中判断反应进行完全的方法是用玻璃棒蘸取1滴反应混合物,点到滤纸上,若滤纸上____________,说明高锰酸钾反应完全。
解析:用玻璃棒蘸取1滴反应混合物,点到滤纸上,若滤纸上无紫色存在,说明高锰酸钾反应完全。
需控制好环己醇的滴入速率,环己醇的滴入速率过快,反应温度高,反应液暴沸冲出冷凝管
无紫色存在
(4)步骤④中抽滤时采用如图装置(图2)。抽滤时先打开水龙头,抽气管,用倾析法将混合物转移至布氏漏斗中。抽滤完毕,接下来的操作是____(填字母)。
A.先关闭水龙头,后拔掉橡胶管
B.先拔掉橡胶管,后关闭水龙头
解析:抽滤完毕时,应先断开抽气管和吸滤瓶之间的橡胶管,后关闭水龙头,以防倒吸,滤液从吸滤瓶上口倒出,故选B。
B
(5)步骤④中加入浓盐酸酸化的目的是_______________________________
______________________。
解析:高锰酸钾氧化环己醇生成KOOC(CH2)4COOK,加入浓盐酸酸化使KOOC(CH2)4COOK转化为HOOC(CH2)4COOH。
使KOOC(CH2)4COOK转化为
HOOC(CH2)4COOH
(6)根据参加反应原料的量计算己二酸产率为____%。
解析:向150 mL四颈烧瓶中加入18.96 g(0.12 mol)高锰酸钾,再加入50 mL 1%氢氧化钠水溶液,向恒压滴液漏斗中加入6.5 mL(约0.06 mol)环己醇,由方程式3 　　　　　 +8KMnO4→3KOOC(CH2)4COOK+8MnO2↓+
2KOH+ 5H2O可知,高锰酸钾是少量的,则理论上生成0.045 mol 己二酸,则己二酸产率为×100%=70%。
70
5.(12分)(2025·山东潍坊一模)对溴乙酰苯胺( 　　　　 　　)是医药合
成的重要中间体,实验室常以乙酰苯胺( 　　　　　 　)和Br2为原料来合成。实验步骤如下:
步骤Ⅰ.向一定体积的三颈烧瓶中,先加入45.0 mL乙醇,再加入10.8 g乙酰苯胺,充分溶解。将13.0 g溴溶解于20.0 mL冰醋酸中,装入图1所示装置的仪器a中;
步骤Ⅱ.一边搅拌一边慢慢地滴加溴的冰醋酸溶液,滴加完毕后,在45 ℃下,继续搅拌反应1 h,然后将温度提高至60 ℃,再搅拌一段时间;
步骤Ⅲ.在搅拌下将反应后溶液慢慢加至含少量NaOH的100 mL冰水中(混合后溶液呈弱酸性),此时立即有固体析出,略有黄色,加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液充分搅拌至黄色恰好褪去,将上述溶液放入冰水浴中慢慢冷却;
步骤Ⅳ.采用如图2所示装置过滤,并用冷水充分洗涤,干燥,经系列操作后得到12.84 g白色针状晶体,色谱检测其纯度为80.0%。
已知:有关物质的部分性质如表:
物质 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
乙酰 苯胺 135 113 304 白色结晶性粉末,微溶于冷水,溶于热水、乙醇等
对溴乙 酰苯胺 214 167 353 白色针状晶体,溶于苯、乙醇,微溶于热水,不溶于冷水
回答下列问题:
(1)图1装置中,仪器a的名称为______________,“步骤Ⅰ”中选用三颈烧瓶的规格是_____(填序号)。
①100 mL　②150 mL　③250 mL　④50 mL
解析:图1装置中,仪器a的名称为恒压滴液漏斗;三颈烧瓶中加入45.0 mL乙醇,加入10.8 g乙酰苯胺,滴加20.0 mL溴的冰醋酸溶液,三颈烧瓶中液体体积大于三分之一而小于三分之二,则“步骤Ⅰ”中选用三颈烧瓶的规格是②150 mL。
恒压滴液漏斗
②
(2)乙醇和冰醋酸的作用是_________________________________________
______________________。
解析:已知,乙酰苯胺微溶于冷水,溶于热水、乙醇等,实验中乙醇和冰醋酸的作用是充当溶剂,乙醇和冰醋酸互溶,使溴分子和乙酰苯胺充分接触,充分反应。
充当溶剂,乙醇和冰醋酸互溶,使溴分子和乙酰
苯胺充分接触,充分反应
(3)“步骤Ⅲ”两次慢慢冷却的目的是_______________________________
____________________________________________________,加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液黄色恰好褪去时的离子方程式为____________________
________________________________________________________________________________。
吸收酸和碱中和放出的热量,并降低
对溴乙酰苯胺溶解度,同时得到大颗粒对溴乙酰苯胺晶体
HS2
===-223-===-
+3CH3COOH)
解析:已知,对溴乙酰苯胺不溶于冷水;反应后溶液加入含少量NaOH的100 mL冰水中,氢氧化钠和酸发生中和反应放热,会导致温度升高,“步骤Ⅲ”两次慢慢冷却的目的是吸收酸和碱中和放出的热量,并降低对溴乙酰苯胺溶解度,同时得到大颗粒对溴乙酰苯胺晶体;显黄色,说明含有过量溴单质,溴单质具有氧化性,加入饱和的亚硫酸氢钠水溶液黄色恰好褪去,则溴单质氧化亚硫酸氢根离子为硫酸根离子同时生成溴离子,离子方程式为HS22===-+3H+(或HS22
3-===-+3CH3COOH)。
(4)“步骤Ⅳ”中,图2装置停止实验时,先____(填字母)再____(填字母),最后加入冰水充分洗涤。
a.打开活塞K　b.关闭抽气泵
解析:“步骤Ⅳ”中,图2装置停止实验时,为防止倒吸,应先打开活塞K,使得装置与大气相通,再关闭抽气泵,最后加入冰水充分洗涤。
a
b
(5)本实验中,对溴乙酰苯胺产率为______,若“步骤Ⅱ”加热时温度过高至85 ℃,将导致所测产率_____(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析:10.8 g乙酰苯胺为=0.08 mol,理论上对溴乙酰苯胺的物质的量为0.08 mol,经系列操作后得到12.84 g白色针状晶体,色谱检测对溴乙酰苯胺纯度为80.0%,则本实验中,对溴乙酰苯胺产率为×
100%=60%,若“步骤Ⅱ”加热时温度过高至85 ℃,使得溴、乙酸、乙醇挥发,导致原料损耗,将导致实际所得产物质量减小,所测产率偏小。
60%
偏小
Thank you
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