专题十五 考点二 物质制备型综合实验 讲义 届高三化学二轮复习.docx

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专题十五考点二物质制备型综合实验讲义届高三化学二轮复习

考点二　物质制备型综合实验

1．（2020·高考全国卷Ⅲ）氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。

实验室中利用如图装置（部分装置省略）制备KClO3和NaClO，探究其氧化还原性质。

回答下列问题：

（1）盛放MnO2粉末的仪器名称是________，a中的试剂为________。

（2）b中采用的加热方式是________。

c中化学反应的离子方程式是________________________________，采用冰水浴冷却的目的是____________。

（3）d的作用是________，可选用试剂________（填标号）。

A．Na2S　B．NaCl

C．Ca（OH）2D．H2SO4

（4）反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶，________，______________，干燥，得到KClO3晶体。

（5）取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中，滴加中性KI溶液。

1号试管溶液颜色不变。

2号试管溶液变为棕色，加入CCl4振荡，静置后CCl4层显________色。

可知该条件下KClO3的氧化能力________NaClO（填“大于”或“小于”）。

解析：

（1）由装置图可知，盛放MnO2粉末的仪器是圆底烧瓶；浓盐酸与二氧化锰在加热条件下反应制取氯气，制取的氯气中会混有杂质氯化氢和水蒸气，a中的试剂是饱和食盐水，可以除去杂质氯化氢。

（2）b中采用的加热方式是水浴加热。

c中氯气与冷的氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；因为氯气与热的氢氧化钠溶液反应会生成氯酸钠，为防止生成氯酸钠，该反应需在冰水浴冷却的条件下进行。

（3）氯气有毒，能污染空气，反应完剩余的氯气要进行尾气吸收，d的作用是吸收尾气（Cl2），因为Cl2可和Na2S发生反应Cl2＋Na2S===2NaCl＋S↓，故可用Na2S溶液吸收Cl2，A项正确；氯气与氯化钠不反应，不能用氯化钠溶液吸收，B项错误；因Cl2可和Ca（OH）2发生反应2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O，故可用Ca（OH）2溶液吸收Cl2，C项正确；氯气与H2SO4不反应，不能用H2SO4吸收，D项错误。

（4）冷却结晶后要进行过滤，使晶体和液体分离，过滤得到的晶体要用少量冷水洗涤，防止氯酸钾溶解损失，洗涤后干燥就得到氯酸钾晶体。

（5）2号试管溶液变为棕色说明发生了氧化还原反应，碘离子被氧化成单质碘，单质碘易溶于四氯化碳，碘的四氯化碳溶液呈紫色。

同一还原剂（KI）和不同氧化剂作用，氯酸钾不与KI反应，次氯酸钠能与KI反应，说明氧化性氯酸钾小于次氯酸钠。

答案：

（1）圆底烧瓶　饱和食盐水

（2）水浴加热　Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O　避免生成NaClO3

（3）吸收尾气（Cl2）　AC

（4）过滤　少量（冷）水洗涤

（5）紫　小于

2．（2020·高考全国卷Ⅱ）苯甲酸可用作食品防腐剂。

实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：

名称

相对分

子质量

熔点/℃

沸点/℃

密度/

（g·mL－1）

溶解性

甲苯

92

－95

110.6

0.867

不溶于水，易溶于乙醇

苯甲酸

122

122.4（100℃左右开始升华）

248

—

微溶于冷水，易溶于乙醇、热水

实验步骤：

（1）在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g（约0.03mol）高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。

（2）停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。

合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。

将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。

称量，粗产品为1.0g。

（3）纯度测定：

称取0.122g粗产品，配成乙醇溶液，于100mL容量瓶中定容。

每次移取25.00mL溶液，用0.01000mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50mL的KOH标准溶液。

回答下列问题：

（1）根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为________（填标号）。

A．100mLB．250mL

C．500mLD．1000mL

（2）在反应装置中应选用________冷凝管（填“直形”或“球形”），当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是____________________。

（3）加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是________________；该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理，请用反应的离子方程式表达其原理：

_____________。

（4）“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是_______________。

（5）干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是_____________。

（6）本实验制备的苯甲酸的纯度为________；据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于__________（填标号）。

A．70%B．60%

C．50%D．40%

（7）若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中________的方法提纯。

解析：

（1）三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8gKMnO4，所加液体体积不能超过三颈烧瓶容积的

，即三颈烧瓶的最适宜规格应为250mL。

（2）球形冷凝管可使气体冷却回流，让反应更为彻底，冷凝效果更好，应选用球形冷凝管；由于甲苯是不溶于水的油状液体，当回流液中不再出现油状液体时，说明甲苯已经完全被氧化为苯甲酸钾。

（3）取用甲苯质量为1.5mL×0.867g·mL－1≈1.3g，其物质的量约为0.014mol，实验中加入的KMnO4过量，NaHSO3具有还原性，可用NaHSO3溶液除去过量的KMnO4，避免在用浓盐酸酸化时，KMnO4与浓盐酸反应生成有毒的Cl2；用草酸在酸性条件下处理过量的KMnO4溶液，发生反应的离子方程式为2MnO

＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。

（4）根据题给制备苯甲酸的第一步反应可知，用少量热水洗涤的滤渣为MnO2。

（5）因苯甲酸在100℃左右开始升华，若干燥时温度过高，可能导致部分苯甲酸升华而损失。

（6）根据C6H5COOH＋KOH===C6H5COOK＋H2O，可知25.00mL×10－3L·mL－1×c（C6H5COOH）＝21.50mL×10－3L·mL－1×0.01000mol·L－1，解得c（C6H5COOH）＝0.0086mol·L－1，故样品中苯甲酸的纯度为

×100%＝86.0%；0.014mol甲苯理论上可生成0.014mol苯甲酸，其质量为0.014mol×122g·mol－1＝1.708g，则苯甲酸的产率为

×100%≈50%，故C项正确。

（7）由于苯甲酸微溶于冷水，易溶于热水，若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中重结晶的方法提纯。

答案：

（1）B

（2）球形　无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化

（3）除去过量的高锰酸钾，避免在用浓盐酸酸化时，产生氯气　2MnO

＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O

（4）MnO2

（5）苯甲酸升华而损失

（6）86.0%　C

（7）重结晶

1．无机物（气体）的制备

发生装置

净化装置

收集装置

尾气处理装置

2.有机化合物的制备

（1）液体混合物的分离提纯

方法

适用条件

实例

说明

萃取

待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解性不同（液－液萃取）

用CCl4萃取溴水中的溴

常用萃取剂有乙醚、苯、汽油等

分液

不互溶的液体混合物

分离CCl4和水

分液时下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出

蒸馏

两种或两种以上互溶的液体，热稳定性较高，沸点相差较大

分离甲烷与氯气发生取代反应后的液态混合物

在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片，防止液体暴沸

重结晶

提纯固体有机化合物，被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同

粗苯甲酸（含少量氯化钠和泥沙）的提纯

要选择适当的溶剂：

杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大，易于除去；被提纯的有机化合物在所选溶剂中受温度影响较大，能进行冷却结晶

（2）有机化合物的制备

分析制

备流程

熟悉常见

仪器及

典型装置

有机反

应特点

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，因此常使廉价易得的反应物过量，以提高另一反应物的转化率和产物的产率，同时在实验中需要控制反应条件，以减少副反应的发生

③根据产品与杂质的性质差异，选择合适的分离提纯方法

3.常考实验装置的作用

实验装置

主要作用

①中橡皮管的作用：

平衡压强，使液体能顺利滴下；降低液体体积对气体体积测量的干扰

②的作用：

干燥或除去气体中的杂质

③的作用：

吸收尾气，防止污染空气

④的作用：

干燥气体或吸收气体；防止对实验产生影响

⑤的作用：

安全瓶，防止瓶内压强过大

⑥的作用：

混合气体；干燥气体；通过观察气泡多少控制气体流量

⑦的作用：

测量气体体积。

读数时注意：

装置冷却到室温，上下移动量气管使两液面高度一致，平视量气管内凹液面最低处读出数值

⑧中仪器名称与作用：

a为布氏漏斗，b为抽滤瓶或吸滤瓶，二者组合配合抽气，使抽滤瓶内压强减小，加快过滤的速率

4.控制实验条件的操作与目的

（1）实验中控制温度的目的

①加热的目的：

加快化学反应速率或使化学平衡向某方向移动。

②降温的目的：

防止某物质在高温时分解或使化学平衡向某方向移动。

③控制温度在一定范围内的目的：

若温度过低，则反应速率（或溶解速率）较慢；若温度过高，则某物质（如H2O2、氨水、草酸、浓硝酸、铵盐等）会分解或挥发。

④水浴加热的好处：

受热均匀，温度可控，且温度不超过100℃。

⑤冰水浴冷却的目的：

防止某物质分解或挥发。

⑥趁热过滤的原因：

保持过滤温度，防止温度降低后某物质析出。

⑦减压蒸发的原因：

降低蒸发温度，可以防止某物质分解（如浓缩双氧水需减压蒸发低浓度的双氧水溶液）。

（2）实验中控制溶液pH的目的

①分离除杂：

使杂质充分沉淀或溶解，提高纯度。

②调控反应：

使溶液呈酸性，提高某物质的氧化性，或使溶液呈碱性，控制反应的发生。

题组一　无机物的制备

1．（2020·海南高三诊断性测试）某校同学设计实验以MgCl2卤液（主要含MgCl2）为原料制取活性MgO。

回答下列问题：

（1）甲组设计下列装置制取氨和二氧化碳。

①用生石灰和浓氨水制取NH3可选用的装置是________（填“A”“B”或“A、B”）。

②若用石灰石和稀盐酸制取CO2，反应的离子方程式为________________。

（2）乙组利用甲组制备的NH3和CO2制取3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O。

①接口b处通入的气体是________（填化学式）。

②装置D的作用是____________________________________________。

③生成3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O的化学方程式为________________。

（3）丙组灼烧3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O制活性MgO时，所需的硅酸盐质仪器除酒精灯和坩埚外，还需要____________________。

解析：

（1）①生石灰和浓氨水制取NH3反应速率较快，若用装置B可造成瓶内气压过大，固体与液体分离，故选A；②用石灰石和稀盐酸制取CO2，反应的离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑。

（2）①氨极易溶于水，需要减少接触面以减缓溶解速率防止倒吸，故b处通入氨，CO2微溶于水，需要增加在水中溶解速率，故导管口插入液面以下，a处通入CO2；②装置D的作用是吸收过量的NH3，防止污染环境；③生成3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O的化学方程式为4MgCl2＋8NH3＋3CO2＋8H2O===3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O↓＋8NH4Cl。

（3）灼烧时需用到的硅酸盐质仪器有酒精灯、坩埚、玻璃棒、泥三角。

答案：

（1）①A　②CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑

（2）①NH3　②吸收过量的NH3，防止污染环境

③4MgCl2＋8NH3＋3CO2＋8H2O===3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O↓＋8NH4Cl　（3）玻璃棒、泥三角

2．（2020·龙泉、潜江高三联考）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在食品加工中常做防腐剂、漂白剂、疏松剂，焦亚硫酸钠具有还原性，受潮和温度高于150℃易分解，在空气中易被氧化为Na2SO4。

（一）实验室可采用下图装置制取Na2S2O5。

装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出，发生的反应为Na2SO3＋SO2===Na2S2O5↓。

（1）装置Ⅲ中球形干燥管的作用是__________________，要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体可采取的分离方法是________。

（2）已知Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。

检验Na2S2O5晶体在空气中是否被氧化的实验方案为________________________________________________。

（二）工业上制取原理是用纯碱与亚硫酸氢钠溶液混合而成的悬浮液吸收二氧化硫至过饱和，再从亚硫酸氢钠过饱和溶液中结晶析出焦亚硫酸钠产品。

实验室模拟工业制取焦亚硫酸钠流程如下：

（3）Ⅱ中添加Na2CO3固体的目的是_________________________________，Ⅲ中为了减少对环境的污染，需要及时停止通入SO2，此时测量的数据是___________________________________________________________。

（三）测定产品中焦亚硫酸钠的质量分数常用剩余碘量法。

已知：

S2O

＋2I2＋3H2O===2SO

＋4I－＋6H＋

；

2S2O

＋I2===S4O

＋2I－。

①精确称取产品0.20g放入碘量瓶（带磨口塞的锥形瓶）中。

②加入10.00mL1.00mol/L的标准碘溶液（过量），在暗处放置5min，然后加入5mL冰醋酸及适量的蒸馏水，再加入几滴淀粉溶液。

③用1.00mol/L的标准Na2S2O3溶液滴定至终点，重复操作3次，平均消耗标准Na2S2O3溶液17.60mL。

（4）根据上述实验，计算产品纯度为________%（保留一位小数）。

若实验过程中滴定终点俯视读数，则测定结果将________（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。

解析：

（一）

（1）装置Ⅲ用于处理尾气，吸收未反应的二氧化硫，则球形干燥管的作用为防止倒吸；分离固体和液体应采取的方法为过滤。

（2）焦亚硫酸钠在空气中易被氧化为Na2SO4，用盐酸、氯化钡溶液检验样品中是否含有硫酸根离子即可，实验方案为取少量Na2S2O5晶体于试管中，加入适量水溶解，滴加足量的盐酸，振荡，再滴加氯化钡溶液，如果有白色沉淀生成，则表明样品已被氧化，否则没有被氧化。

（二）（3）制取原理是用纯碱与亚硫酸氢钠溶液混合而成的悬浮液吸收二氧化硫至过饱和，再从亚硫酸氢钠过饱和溶液中结晶析出焦亚硫酸钠产品，Ⅰ中为亚硫酸氢钠溶液，Ⅱ中添加Na2CO3固体来形成悬浮液；酸性溶液不易吸收二氧化硫，当酸性较强时溶液无法吸收二氧化硫，会造成污染，根据流程图可知当pH＝4.1时饱和。

（三）（4）消耗S2O

的物质的量n（S2O

）＝17.60×10－3L×1.00mol/L＝0.0176mol，根据离子方程式可知剩余的n剩（I2）＝

n（S2O

）＝0.0176mol×

＝0.0088mol，n总（I2）＝10.00×10－3L×1.00mol/L＝0.01mol。

n（S2O

）＝

[n总（I2）－n剩（I2）]＝

×（0.01mol－0.0088mol）＝0.0006mol，所以产品纯度为

×100%＝57.0%；实验过程中滴定终点俯视读数会导致测量的Na2S2O3溶液体积偏小，导致计算结果中与碘反应的Na2S2O5的量高于实际值，故导致结果偏高。

答案：

（一）

（1）防止倒吸　过滤

（2）取少量Na2S2O5晶体于试管中，加适量水溶解，滴加足量的盐酸，振荡，再滴加氯化钡溶液，如果有白色沉淀生成，则表明样品已被氧化，否则没有被氧化

（二）（3）形成悬浮液　测量反应体系的pH小于或等于4.1

（三）（4）57.0　偏高

题组二　有机化合物的制备

3．（2019·高考全国卷Ⅲ）乙酰水杨酸（阿司匹林）是目前常用药物之一。

实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：

水杨酸

醋酸酐

乙酰水杨酸

熔点/℃

157～159

－72～－74

135～138

相对密度/（g·cm－3）

1.44

1.10

1.35

相对分子质量

138

102

180

实验过程：

在100mL锥形瓶中加入水杨酸6.9g及醋酸酐10mL，充分摇动使固体完全溶解。

缓慢滴加0.5mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70℃左右，充分反应。

稍冷后进行如下操作。

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4g。

回答下列问题：

（1）该合成反应中应采用________加热（填标号）。

A．热水浴　B．酒精灯

C．煤气灯D．电炉

（2）下列玻璃仪器中，①中需使用的有________（填标号），不需使用的有__________（填名称）。

（3）①中需使用冷水，目的是_____________________________________。

（4）②中饱和碳酸氢钠的作用是___________________________________，以便过滤除去难溶杂质。

（5）④采用的纯化方法为________。

（6）本实验的产率是________%。

解析：

（1）由题给信息“维持瓶内温度在70℃左右”可知，该反应中应采用热水浴加热。

（2）①中涉及过滤操作，需要用到题给玻璃仪器中的烧杯、漏斗，不需要使用题给玻璃仪器中的分液漏斗和容量瓶。

（3）乙酰水杨酸在低温下溶解度较小，使用冷水有利于充分析出乙酰水杨酸固体。

（4）加入的饱和碳酸氢钠溶液与乙酰水杨酸反应，生成可溶性的乙酰水杨酸钠，易与难溶性的物质分离。

（5）乙酰水杨酸的溶解度随温度变化改变较大，可用重结晶的方法纯化。

（6）由题给数据分析可知，加入的水杨酸少量，6.9g水杨酸的物质的量为0.05mol，由化学方程式可知1mol水杨酸与过量醋酸酐反应理论上生成1mol乙酰水杨酸，则0.05mol水杨酸参与反应理论上得到0.05mol乙酰水杨酸，其质量为0.05mol×180g·mol－1＝9.0g，产率为

×100%＝60%。

答案：

（1）A　

（2）BD　分液漏斗、容量瓶　

（3）充分析出乙酰水杨酸固体（结晶）　

（4）生成可溶的乙酰水杨酸钠　

（5）重结晶　

（6）60

4．（2020·湖南金太阳高三联考）扁桃酸是唯一具有脂溶性的果酸，实验室用如下原理制备：

合成扁桃酸的相关数据、装置示意图及实验步骤如下：

物质

状态

熔点/℃

沸点/℃

溶解性

扁桃酸

无色透明晶体

119

300

易溶于热水、乙醚和异丙醇

乙醚

无色透明液体

－116.3

34.6

溶于低碳醇、苯、氯仿，微溶于水

苯甲醛

无色液体

－26

179

微溶于水，能与乙醇、乙醚、苯、氯仿等互溶

氯仿

无色液体

－63.5

61.3

易溶于醇、醚、苯，不溶于水

步骤一：

向如图所示的实验装置中加入0.1mol（约10.1mL）苯甲醛、0.2mol（约16mL）氯仿，慢慢滴入含19g氢氧化钠的溶液，维持温度在55～60℃，搅拌并继续反应1h，当反应液的pH接近中性时可停止反应。

步骤二：

将反应液用200mL水稀释，每次用20mL。

乙醚萃取两次，合并醚层，待回收。

步骤三：

水相用50%的硫酸酸化至pH为2～3后，再每次用40mL乙醚分两次萃取，合并萃取液并加入适量无水硫酸钠，蒸出乙醚，得粗产品约11.5g。

请回答下列问题：

（1）图中仪器c的名称是__________________。

（2）装置B的作用是____________________________________________。

（3）步骤一中合适的加热方式是________。

（4）步骤二中用乙醚的目的是___________________________________。

（5）步骤三中用乙醚的目的是____________________________________；加入适量无水硫酸钠的目的是____________。

（6）该实验的产率为____________（保留三位有效数字）。

解析：

（1）图中仪器c的名称是球形冷凝管。

（2）装置B中有倒置的漏斗，且蒸馏出的有机物易溶于乙醇，所以其作用是吸收逸出的有机物，并防止倒吸。

（3）步骤一中，因温度需控制在55～60℃之间，则合适的加热方式是水浴加热。

（4）步骤二中，“将反应液用200mL水稀释”，则加入乙醚是为了萃取未反应完的有机反应物，所以用乙醚的目的是除去反应液中未反应完的有机反应物。

（5）步骤三中，“水相用50%的硫酸酸化至pH为2～3后，再每次用40mL乙醚分两次萃取”，因为加酸后扁桃酸钠转化为扁桃酸，所以用乙醚的目的是萃取扁桃酸；为了去除扁桃酸中的少量水，加入适量无水硫酸钠。

（6）该实验中，0.1mol苯甲醛理论上可生成0.1mol扁桃酸，则其产率为

×100%≈75.7%。

答案：

（1）球形冷凝管　

（2）吸收逸出的有机物，并防止倒吸　（3）水浴加热　（4）除去反应液中未反应完的有机反应物　（5）萃取扁桃酸　做干燥剂　（6）75.7%

5．乙酰苯胺是一种白色有光泽片状结晶或白色结晶粉末，是磺胺类药物的原料，可用作止痛剂、退热剂、防腐剂和染料中间体。

乙酰苯胺的制备原理：

实验参数：

名称

相对分

子质量

性状

密度/

（g/cm3）

沸点

/℃

溶解度

苯胺

93

无色油状液体，具有还原性

1.02

184.4

微溶于水

易溶于乙醇、乙醚

乙酸

60

无色液体

1.05

118.1

易溶于水

易溶于乙醇、乙醚

乙酰

苯胺

135

白色晶体

1.22

304

微溶于冷水，溶于热水

易溶于乙醇、乙醚

实验装置：

[注]　刺形分馏柱的作用相当于二次蒸馏，用于沸点差别不太大的混合物的分离。

实验步骤：

步骤1：

在圆底烧瓶中加入无水苯胺9.30mL，冰醋酸15.4mL，锌粉0.100g,安装仪器，加入沸石，调节加热温度，使分馏柱顶温度控制在105℃左右，反应约60～80min，反应生成的水及少量醋酸被蒸出。

步骤2：

在搅