第十章第32讲.docx

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第十章第32讲

热点一　以“模拟工业生产”为载体的综合实验题　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

化工流程的命题来源很广，与各个知识模块的结合点较多，因此分析工业生产化工流程题时，应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来，它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题，可以说它是无机框图题的创新。

流程的呈现形式有①操作流程；②物质变化流程；③装置流程。

解题时首先要明确原料和产品（包括副产品），即箭头进出方向，其次依据流程图分析反应原理，紧扣信息，搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然，弄清有关反应原理，明确目的（如沉淀反应、除杂、分离）——知其所以然，最后联系储存的知识，有效地进行信息的利用，准确表述和工整书写。

由于化工流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来，所以只有复习时牢固掌握实验基础知识，才能有效结合题中的信息，准确答题。

[典例剖析]　（2016·四川理综，9）CuCl广泛应用于化工和印染等行业。

某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。

【资料查阅】

该小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器略）

请回答下列问题：

（1）仪器X的名称是________。

（2）实验操作的先后顺序是a→________→e（填操作的编号）。

a．检查装置的气密性后加入药品

b．熄灭酒精灯，冷却

c．在“气体入口”处通入干燥HCl

d．点燃酒精灯，加热

e．停止通入HCl，然后通入N2

（3）在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是________________________________________________________________________。

（4）装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是_____________________________

________________________________________________________________________。

【探究反思】

（5）反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。

根据资料信息分析：

①若杂质是CuCl2，则产生的原因是___________________________________________

________________________________________________________________________。

②若杂质是CuO，则产生的原因是____________________________________________

________________________________________________________________________。

[审题流程]

第1步：

审题干信息，本题题干信息很简单，提取实验目的：

用热分解CuCl2·2H2O晶体制取CuCl。

第2步：

（1）审“流程”，获取反应条件等有效信息：

CuCl2·2H2O要在HCl气流中加热先脱结晶水，再继续加热使无水CuCl2分解，若不在HCl气流中加热，CuCl2·2H2O将会水解，最终产物为CuO。

（2）审“装置图”，获取每个仪器的作用等有效信息：

①A为CuCl2·2H2O分解产生CuCl的装置，气体入口必须通入HCl气体；

②X干燥管中盛放的无水CuSO4检验分解产生的水蒸气；

③C中湿润的红色石蕊试纸检验HCl以及反应产生的Cl2；

④D为尾气处理装置，吸收HCl和Cl2。

第3步，审问题信息：

结合第1步、第2步提取的有效信息，结合题目提出的具体问题，联想已学过的知识，规范解答题目中的具体问题。

如本题第

（2）问，结合第2步中获取的流程信息的条件控制，必须先通HCl排尽空气，防止O2影响产品纯度，然后点燃酒精灯，在HCl气流中加热分解CuCl2·2H2O，最后在HCl气流中冷却生成CuCl，即可顺利选择操作顺序：

a→c→d→b→e。

第（3）问，结合第2步获取的有效信息，知通入C装置的气体有HCl和Cl2，再根据HCl和Cl2的性质，即可得出石蕊试纸“先变红后褪色”的实验结论。

第（4）问中NaOH吸Cl2属于氧化还原反应，即可写离子方程式。

第（5）问，结合流程信息，可知有CuCl2的原因，是分解不完全，肯定是“加热时间不够”；产生CuO肯定是CuCl2·2H2O发生水解，肯定是“HCl通入的量不足”。

答案　

（1）干燥管

（2）cdb

（3）先变红后褪色

（4）Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O

（5）①加热时间不足或温度偏低　②通入HCl的量不足

1．（2016·安徽皖南六校第一次联考）纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、化学建材、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂等行业。

在浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2可以制得纳米级碳酸钙。

某校学生实验小组设计如图所示装置制取该产品。

D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉，图中夹持装置已略去。

可选用的药品有a.石灰石　b．饱和氯化钙溶液

c．6mol·L－1盐酸　d．氯化铵固体　e．氢氧化钙固体

（1）A中制备气体时，所需的药品是________（填字母）。

（2）B中盛有________溶液，其作用是________________________________。

（3）写出制取氨气的化学方程式：

_________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）在实验过程中，向C中通入气体是有先后顺序的，应先通入的气体是________________（写化学式）。

（5）检验D出口处是否有氨气逸出的方法是________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）写出制纳米级碳酸钙的化学方程式：

___________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）ac

（2）饱和NaHCO3　除去CO2中的HCl

（3）2NH4Cl＋Ca（OH）2

CaCl2＋2H2O＋2NH3↑

（4）NH3

（5）将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出；若试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出（答案合理即可）

（6）CaCl2＋CO2＋H2O＋2NH3===2NH4Cl＋CaCO3↓

解析　

（1）由图可知，A制备的气体为CO2，所以选择药品为石灰石和6mol·L－1盐酸。

（2）制出的CO2中不能有HCl，否则会在C中与NH3反应，除去HCl应该用饱和NaHCO3溶液。

（4）NH3的溶解度大于CO2，所以先通入NH3使溶液呈碱性，CO2才能被充分的吸收参与反应。

（5）检验NH3时将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出；如果试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出。

2．实验室中以粗铜粉（含杂质Fe）为原料，制备铜的氯化物的流程如下：

请按要求回答下列问题：

（1）现用如图所示的实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应（铁架台和加热装置等省略）。

①按气流方向连接各仪器接口，正确的顺序是a→________→________→________→________→________→____________________

→________。

实验中硬质玻璃管加热前要进行一步重要操作，该操作是________________________________________________________。

②反应时，盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的现象是_____________________________________

________________________________________________________________________。

（2）上述流程中，所得固体Ⅰ需要加稀盐酸溶解，其目的是________________________；

溶液Ⅰ可加试剂X用于调节pH以除去杂质，X最好选用下列试剂中的________（填字母）。

a．Cub．NH3·H2O

c．CuOd．Cu2（OH）2CO3

e．H2S

（3）向溶液Ⅱ中通入一定量的SO2，加热一段时间后生成CuCl白色沉淀，写出该反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①d　e　h　i　f　g　b（f、g可调换顺序）　通入一段时间的Cl2，使装置中充满黄绿色的气体（排出装置中的空气）　②产生大量棕黄色的烟

（2）防止CuCl2和FeCl3水解　cd

（3）SO2＋2H2O＋2Cu2＋＋2Cl－

2CuCl↓＋SO

＋4H＋

解析　

（1）要利用图中所给实验仪器和药品来制备纯净、干燥的Cl2并与粗铜粉反应，首先要找到Cl2的发生装置（A），然后将制得的Cl2净化（除去HCl，用装置C）、干燥（用装置E），并使其与粗铜粉反应（用装置D），最后进行尾气吸收（用装置B）。

①按气流方向连接各仪器接口，正确的顺序是a→d→e→h→i→f→g→b（f、g可调换顺序）。

实验中硬质玻璃管加热前要通入一段时间的Cl2，使装置中充满黄绿色的气体，以防止O2与铜粉反应。

②Cl2与Cu反应生成棕黄色的CuCl2固体小颗粒，故盛放粗铜粉的硬质玻璃管中的现象是产生大量棕黄色的烟。

（2）题给流程中，所得固体Ⅰ是CuCl2和FeCl3的混合物，加稀盐酸而不加水溶解，是为了防止CuCl2和FeCl3水解；向溶液Ⅰ中加入试剂X用于调节溶液的pH以除去Fe3＋，故X最好是能与H＋反应、但不与Cu2＋反应且不引入新杂质的试剂，题给选项中符合要求的有CuO和Cu2（OH）2CO3。

（3）向溶液Ⅱ（CuCl2溶液）中通入一定量的SO2，加热一段时间后生成CuCl白色沉淀，该过程中发生SO2还原Cu2＋的反应，SO2被氧化为SO

。

3．TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。

（1）实验室利用反应TiO2（s）＋CCl4（g）

TiCl4（g）＋CO2（g），在无水无氧条件下制备TiCl4，实验装置示意图如下：

有关物质性质如下表：

物质

熔点/℃

沸点/℃

其他

CCl4

－23

与TiCl4互溶

TiCl4

－25

136

遇潮湿空气产生白雾

仪器A的名称是________。

装置E中的试剂是________。

反应开始前依次进行如下操作：

组装仪器、________、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。

反应结束后的操作包括：

①停止通N2　②熄灭酒精灯　③冷却至室温。

正确的顺序为________（填序号）。

欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是________。

（2）工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：

酸溶　FeTiO3（s）＋2H2SO4（aq）===FeSO4（aq）＋TiOSO4（aq）＋2H2O（l）

水解　TiOSO4（aq）＋2H2O（l）

H2TiO3（s）＋H2SO4（aq）

简要工艺流程如下：

①试剂A为________（填化学符号）。

钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是

________________________________________________________________________。

②取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。

这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是________（填化学式）。

答案　

（1）干燥管　浓硫酸　检验装置气密性　②③①　分馏（或蒸馏）

（2）①Fe　温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀　②Fe2＋　Fe2O3

解析　

（1）制取TiCl4需要在无水无氧的环境中进行，实验中用N2排出装置内的空气，干燥管A中盛有的试剂是为了除去空气中的O2和水蒸气。

E中应盛有浓硫酸，防止空气中的水蒸气进入装置，使TiCl4发生水解，反应前，先组装仪器、检查装置的气密性，再装入药品。

反应后，应先熄灭酒精灯，待装置冷却至室温，再停止通入N2。

D中的液态混合物为生成的TiCl4和挥发出的CCl4，由表中信息可知，二者互溶但沸点相差较大，可采取分馏（或蒸馏）的方法予以分离。

（2）①钛铁矿中含有Fe2O3、SiO2等杂质，用硫酸溶解时，溶液中生成Fe2（SO4）3，则钛液Ⅰ中含有TiOSO4、FeSO4和Fe2（SO4）3，加入试剂A后，结晶、过滤得到的是FeSO4·7H2O，所以试剂A是铁粉，把Fe3＋还原为Fe2＋；由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多的TiOSO4水解为固体H2TiO3，过滤后混入FeSO4·7H2O中，导致TiO2产率降低。

②先加KSCN溶液无现象，加H2O2后出现红色，说明存在Fe2＋；经加热后Fe2＋被氧化为Fe2O3而使产品发黄。

热点二　有机物的制备与基本操作的融合　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

把握三个关键，突破有机物制备实验

1．把握制备过程

2．盘点常用仪器

3．熟悉常考问题

（1）有机物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机物的挥发，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，因此常使某种价格较低的反应物过量，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特点选择合适的分离提纯方法，如蒸馏、分液等。

[典例剖析]　醇脱水是合成烯烃的常用方法，实验室合成环己烯的反应和实验装置如下：

可能用到的有关数据如下：

相对分子质量

密度/g·cm－3

沸点/℃

溶解性

环己醇

100

0.9618

161

微溶于水

环己烯

0.8102

难溶于水

合成反应：

在a中加入20g环己醇和2小片碎瓷片，冷却搅动下慢慢加入1mL浓硫酸。

b中通入冷却水后，开始缓慢加热a，控制馏出物的温度不超过90℃。

分离提纯：

反应粗产物倒入分液漏斗中分别用少量5%碳酸钠溶液和水洗涤，分离后加入无水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙。

最终通过蒸馏得到纯净环己烯10g。

回答下列问题：

（1）装置b的名称是________。

（2）加入碎瓷片的作用是_____________________________________________________；

如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应该采取的正确操作是________（填字母，下同）。

A．立即补加B．冷却后补加　C．不需补加　D．重新配料

（3）本实验中最容易产生的副产物的结构简式为____________________________________。

（4）分液漏斗在使用前须清洗干净并________；在本实验分离过程中，产物应该从分液漏斗的________（填“上口倒出”或“下口放出”）。

（5）分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是______________________________。

（6）在环己烯粗产物蒸馏过程中，不可能用到的仪器有________。

A．圆底烧瓶　　B．温度计　　C．吸滤瓶

D．球形冷凝管　　E．接收器

（7）本实验所得到的环己烯产率是________。

A．41%B．50%C．61%D．70%

[审题流程]　有机物制备实验一般包括制备过程和提纯过程。

本题给出了详细的实验过程，可对题干信息解读如下：

制备过程

提纯过程

①醇脱水是合成烯烃的常用方法→制备原理；

②20g环己醇→反应物用量，用于计算；

③碎瓷片→防止暴沸；

④冷却搅拌下，加入浓硫酸→浓硫酸溶解放热；

⑤通入冷却水，产物冷却→产物呈液态，利于分离；

⑥缓慢加热→反应开始；

⑦馏出物的温度不超过90℃→产物环己烯的沸点为83℃，环己醇的沸点为161℃，可分离出环己烯

①粗产物用5%碳酸钠溶液洗涤→除去少量的酸；

②粗产物用水洗→使粗产物中的无机物进入水层；

③分离→得到较纯的环己烯；

④加入无水氯化钙→干燥产品（环己烯）；

⑤蒸馏→得到纯净的环己烯（除去环己醇）；

⑥10g环己烯→产物量，用于计算

解析　

（1）装置b为直形冷凝管，可用于冷凝回流。

（2）加入碎瓷片的作用是防止有机物在加热时发生暴沸。

如果在加热时发现忘记加碎瓷片，这时必须停止加热，待冷却后补加碎瓷片。

（3）醇分子间最容易发生脱水反应生成醚类化合物。

（4）分液漏斗在使用前必须要检漏。

实验生成环己烯的密度比水的要小，所以环己烯应从上口倒出。

（5）加入无水氯化钙的目的：

除去水（作干燥剂）和除去环己醇（因为乙醇可以和氯化钙反应，类比推知，环己醇和氯化钙也可以反应）。

（6）观察题中实验装置图知蒸馏过程中不可能用到吸滤瓶及球形冷凝管。

（7）加入20g环己醇的物质的量为

＝0.2mol，理论上生成环己烯的物质的量为0.2mol，环己烯的质量为0.2mol×82g·mol－1＝16.4g，实际得到环己烯的质量为10g，则产率为

×100%≈61%。

答案　

（1）直形冷凝管

（2）防止暴沸　B

（3）

（4）检漏　上口倒出

（5）干燥（或除水除醇）

（6）CD

（7）C

1．1,2二溴乙烷可作抗爆剂的添加剂。

如图为实验室制备1,2二溴乙烷的装置图，图中分液漏斗和烧瓶a中分别装有浓H2SO4和无水乙醇，d装置试管中装有液溴。

已知：

CH3CH2OH

CH2===CH2↑＋H2O

2CH3CH2OH

CH3CH2OCH2CH3＋H2O

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