专题十四 化学实验综合

PART4第四单元专题十四化学实验综合高频考点探究命题考向追踪教师备用习题···考纲展示1.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法)。2.根据化学实验的目的和要求，能做到：①设计实验方案；②正确选用实验装置；③掌握控制实验条件的方法；④预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；⑤评价或改进实验方案。3.以上各部分知识与技能的综合应用。高频考点探究物质的制备应根据目标产品的组成来确定原料及反应原理，设计反应路径，选择合适的仪器和装置，最后根据生成物的性质将产品分离提纯出来。整个过程如图141所示：【核心透析】考点一制备型综合实验图141考查角度一有机制备型综合实验例1[2017·江苏卷]1溴丙烷是一种重要的有机合成中间体，沸点为71℃，密度为1.36g·cm－3。实验室制备少量1溴丙烷的主要步骤如下：步骤1:在仪器A中加入搅拌磁子、12g正丙醇及20mL水，冰水冷却下缓慢加入28mL浓H2SO4；冷却至室温，搅拌下加入24gNaBr。步骤2：如图142所示搭建实验装置，缓慢加热，直到无油状物馏出为止。步骤3：将馏出液转入分液漏斗，分出有机相。步骤4：将分出的有机相转入分液漏斗，依次用12mLH2O、12mL5%Na2CO3溶液和12mLH2O洗涤，分液，得粗产品，进一步提纯得1溴丙烷。【典例探究】图142(1)仪器A的名称是________；加入搅拌磁子的目的是搅拌和________。(2)反应时生成的主要有机副产物有2溴丙烷和__________________。(3)步骤2中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的目的是________________。(4)步骤2中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行，目的是____________________。(5)步骤4中用5%Na2CO3溶液洗涤有机相的操作：向分液漏斗中小心加入12mL5%Na2CO3溶液，振荡，________________，静置，分液。【答案】(1)蒸馏烧瓶防止暴沸(2)丙烯、正丙醚(3)减少1溴丙烷的挥发(4)减少HBr挥发(5)将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体【解析】(1)仪器A为蒸馏烧瓶，加入搅拌磁子的目的是搅拌和防止暴沸。(2)正丙醇在反应过程中，除了发生取代反应生成卤代烃，还可能发生消去反应和分子间脱水，分别生成丙烯和正丙醚。(3)冰水浴是降低温度，根据信息，1溴丙烷的沸点为71℃，所以为减少1溴丙烷挥发，应将接受瓶置于冰水浴中。(4)蒸馏瓶中的反应原理是NaBr与浓硫酸反应生成HBr，HBr与正丙醇发生取代反应生成1溴丙烷，所以缓慢加热的目的是防止生成的HBr挥发。变式芳香酸是分子中羧基与苯环直接相连的一类有机物，通常用芳香烃的氧化来制备。反应原理如下：反应试剂、产物的物理常数：名称相对分子质量性状熔点(℃)沸点(℃)密度(g/cm3)水中的溶解性甲苯92无色液体，易燃易挥发－95110.60.8669不溶苯甲酸122白色片状或针状晶体122.42481.2659微溶主要实验装置和流程如下。实验方法：取一定量的甲苯和KMnO4溶液置于图143装置中，在90℃时，反应一段时间后，停止反应，按如下流程分离出苯甲酸并回收未反应的甲苯。图143图144图145(1)白色固体B中主要成分的分子式为____________。操作Ⅱ为____________。(2)如果滤液呈紫色，需加入亚硫酸氢钾，用离子方程式表示其原因：_______________。(3)下列关于仪器的组装或者使用正确的是__________。A．抽滤可以加快过滤速率，得到较干燥的沉淀B．安装电动搅拌器时，搅拌器下端不能与三颈烧瓶瓶底、温度计等接触C．如图143回流搅拌装置应采用直接加热的方法D．冷凝管中水的流向是上进下出(4)除去残留在苯甲酸中的甲苯应先加入________，分液，然后再向水层中加入____________________，抽滤，洗涤，干燥即可得到苯甲酸。(5)纯度测定：称取2.440g产品，配成100mL溶液，取其中25.00mL溶液，进行滴定，消耗KOH物质的量为4.5×10－3mol。产品中苯甲酸质量分数为________。【答案】(1)C7H6O2蒸馏(2)2MnO4-＋5HSO3-＋H＋=2Mn2＋＋5SO42-＋3H2O(3)AB(4)NaOH溶液硫酸或浓盐酸酸化(5)90%【解析】(1)白色固体B是苯甲酸，分子式为C7H6O2。有机层中物质互溶沸点不同，所以可以采用蒸馏方法分离，故操作Ⅱ为蒸馏。(2)如果滤液呈紫色，说明高锰酸钾溶液过量，应先加亚硫酸氢钾，除去未反应的高锰酸钾，发生反应的离子方程式为2MnO4-＋5HSO3-＋H＋=2Mn2＋＋5SO42-＋3H2O。(3)抽滤时，瓶中压强较小，可以加快过滤速率，得到较干燥的沉淀，A项正确；为了防止搅拌棒下端打坏三颈烧瓶瓶底或温度计，因此不能与它们接触，所以在搅拌时，搅拌棒下端不能与三颈烧瓶瓶底、温度计等接触，B项正确；水浴加热便于控制温度和使容器受热均匀，回流搅拌装置应采用水浴加热的方法，C项错误；冷凝管中水的流向应为下进上出，D项错误。(4)除去残留在苯甲酸中的甲苯应该先加NaOH溶液，甲苯与NaOH不反应，苯甲酸与NaOH反应生成苯甲酸钠，分液，苯甲酸钠溶液中加盐酸可以制得苯甲酸。(5)设苯甲酸的物质的量浓度为x，则25mL苯甲酸溶液中苯甲酸的物质的量为0.025L×x。C6H5COOH＋KOH→C6H5COOK＋H2O1mol1mol0．025L×x4.50×10－3molx＝4.5×10－3mol÷0.025L＝0.18mol/L，则100mL苯甲酸溶液中苯甲酸的质量＝0.18mol/L×0.1L×122g/mol＝2.196g，其质量分数为2.196g÷2.440g×100%＝90%。规律小结有机物制备的注意事项(1)条件控制：①试剂加入顺序；②温度控制：主要考虑副反应，改变反应速率和平衡移动。(2)产率计算公式：产率＝实际产量/理论产量×100%。考查角度二无机制备型综合实验例2常温常压下，一氧化二氯(Cl2O)为棕黄色气体，沸点为3.8℃，42℃以上会分解生成Cl2和O2，Cl2O易溶于水并与水反应生成HClO。【制备产品】甲组同学拟将氯气和空气(不参与反应)按体积比1∶3混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O，并用水吸收Cl2O(不含Cl2)制备次氯酸溶液。【典例探究】图146(1)仪器a的名称是____________。(2)各装置的连接顺序为________→________→________→________→________。(3)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是____________________。(4)制备Cl2O的化学方程式为___________________________________。(5)反应过程中，装置B需放在冷水中，其目的是____________。(6)装置E中生成的HClO见光易分解，宜采用________(填颜色)平底烧瓶，装置C的作用是______。【测定浓度】(7)已知次氯酸可被KI、FeSO4等物质还原为Cl－。乙组同学设计实验方案测定装置E中所得溶液中HClO的物质的量浓度，请补充完整实验方案：用酸式滴定管量取一定体积的次氯酸溶液于锥形瓶中，_______________(所提供试剂：淀粉KI溶液、0.10mol·L－1的FeSO4溶液、0.10mol·L－1的KMnO4酸性溶液)。【答案】(1)三颈烧瓶(2)ADBCE(3)加快反应速率，使反应充分进行(4)2Cl2＋Na2CO3=Cl2O＋2NaCl＋CO2(或2Cl2＋2Na2CO3＋H2O=Cl2O＋2NaCl＋2NaHCO3)(5)防止反应放热后温度过高导致Cl2O分解(6)棕色除去Cl2O中的Cl2(7)加入一定体积的0.10mol/LFeSO4溶液(足量)，然后用0.10mol/L的KMnO4酸性溶液滴定至溶液变为浅红色，读数【解析】(2)实验目的是制备Cl2O再用水吸收制备次氯酸。原理是Cl2O由Cl2与含水8%的Na2CO3反应，因此首先制备氯气，即从A开始；制备的氯气通过饱和食盐水(装置D)除去混有的HCl，防止HCl与碳酸钠反应；再通入装置B制备Cl2O；Cl2O中含有的Cl2通入有机溶剂(C装置)除去；最后将Cl2O通入水中制取次氯酸。(3)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是加快反应速率，多孔球泡增加氯气与液体的接触面积，使氯气充分反应。(5)Cl2O在高于42℃会分解成Cl2和O2，因此装置B需放在冷水中，目的是防止反应放热后温度过高导致Cl2O分解。(6)HClO见光易分解，实验室保存见光易分解药品时，一般盛放在棕色试剂瓶中，因此应用棕色平底烧瓶；根据(2)的分析，装置C的作用是除去Cl2O中的Cl2。(7)根据题目中信息，次氯酸可被KI、FeSO4等物质还原为Cl－，加入一定体积的FeSO4溶液，要求过量，然后用酸性高锰酸钾溶液对过量的FeSO4溶液进行滴定，然后求出与HClO反应的FeSO4的物质的量，从而求出HClO的浓度，具体操作是加入一定体积的0.10mol·L－1FeSO4溶液(足量)，然后用0.10mol·L－1的KMnO4酸性溶液滴定至溶液变为浅红色，读数。变式亚氯酸钠是重要漂白剂，某高中化学实验探究小组设计如下实验制备亚氯酸钠(NaClO2)晶体。【查阅资料】Ⅰ.NaClO2饱和溶液在低于38℃时析出NaClO2·3H2O，高于38℃时析出NaClO2，高于60℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。Ⅱ.B中发生的主要反应：2NaClO3＋Na2SO3＋H2SO4(浓)=2ClO2↑＋2Na2SO4＋H2O。【进行实验】(1)盛装NaClO3和Na2SO3固体的仪器名称是____。(2)装置C的作用是__________________。(3)ClO2气体与装置D中混合溶液反应生成NaClO2，生成NaClO2的反应方程式为________。(4)反应后，经以下步骤可从装置D的溶液中获得NaClO2晶体。请补充完整操作。图147①55℃蒸发结晶；②趁热过滤；③38～60℃热水洗涤；④低于______干燥，得到成品。图148是某同学的过滤操作示意图，其操作不规范的是____(填标号)。A．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁B．滤纸边缘高出漏斗边缘C．用玻璃棒引流D．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速率【实验反思】(5)如果撤去D中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是____________________。(6)实验须使B中NaClO3稍微过量，原因是_____________，如NaClO3不足，则装置D中可能产生SO42-，检验装置D中是否含有SO42-的方法是：取少量D中反应后的溶液于试管中，___________，证明溶液中存在SO42-。图148(7)测定产品中NaClO2的纯度。测定时进行如下实验：准确称mg样品，加入适量蒸馏水和过量的KI晶体，在酸性条件下发生如下反应：ClO2-＋4I－＋4H＋=2H2O＋2I2＋Cl－将所得混合液稀释成100mL待测溶液。取25.00mL待测溶液，加入淀粉溶液作指示剂，用cmol·L－1Na2S2O3标准液滴定至终点，测得消耗标准溶液体积的平均值为VmL(已知：I2＋2S2O32-=2I－＋S4O62-)。所称取的样品中NaClO2质量百分含量为________(用含m、c、V的代数式表示)。【答案】(1)三颈烧瓶(2)防止D试管中液体进入B中(或安全瓶、防倒吸)(3)2ClO2＋H2O2＋2OH－=2ClO2-＋O2＋2H2O(4)60℃BD(5)NaClO3和NaCl(6)NaClO3稍微过量，防止B中产生SO2进入D试管中，影响产品纯度加入足量的盐酸，无现象，再加适量BaCl2溶液，产生白色沉淀(7)9.05cV/m%【解析】(1)盛放NaClO3和Na2SO3固体的仪器是三颈烧瓶。(2)装置C的作用是安全瓶，防止D试管中液体进入装置B中