第73讲 以物质制备为主的综合实验-2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考）课件PPT

第73讲以物质制备为主的综合实验2024高考化学一轮复习高频考点精讲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。复习目标无机物的制备考点一气体制备流程必备知识1.常见的气体发生装置辨认下列常见的气体发生装置，完成下列问题：(1)①用氯化铵与消石灰制取氨气，化学方程式为___________________________________________，选用装置：______(填字母，下同)。A2NH3↑＋2H2O②用浓氨水与碱石灰制取氨气，选用装置：_____。(2)①用碳酸钠与稀硫酸制取二氧化碳，选用装置：_____。②用石灰石与稀盐酸制取二氧化碳，选用装置：________。CCB或C(3)①用浓盐酸与二氧化锰制取氯气，化学方程式为__________________________________________，选用装置：______。DCl2↑＋2H2O②用漂白粉与浓盐酸制取少量氯气，化学方程式为_________________________________________，选用装置：______。Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2OC(4)铜与浓硝酸反应制取二氧化氮，选用装置：_____。(5)实验室制取乙烯的装置，可以通过选用上面哪个装置进行改进？若橡皮塞最多只允许打两个孔，应如何改进所选实验装置：_____________________________________________________________________。C D，将分液漏斗换成温度计(或将烧瓶换成蒸馏烧瓶，将导气管换成温度计)(6)上述B装置还能制取的气体有：___________。H2或H2S2.气体的净化(1)设计原则：根据主要气体及杂质气体的性质差异来选择除杂试剂及除杂装置。(2)吸收剂的选择吸收剂的选择应根据被提纯气体的性质和杂质的性质来确定，一般情况如下：①易溶于水的气体杂质可用水吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水为杂质时，可用干燥剂吸收；⑤能与杂质发生反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。3.尾气处理装置的选择a装置用于吸收或溶解反应速率不是很快的气体，如用NaOH溶液吸收Cl2、CO2等。b装置用于收集少量气体。c、d装置用于吸收极易溶且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH3等，其中d装置吸收量较少。e装置用于处理难以吸收的可燃性气体，如H2、CO等。(1)进行气体制备时，不要忘记先对装置进行气密性检验，再加入药品制备气体。 (2)排空气法收集气体时，除了考虑气体的密度大小外，还要考虑是否与空气反应，如NO能被氧气氧化，不能用排空气法收集。 (3)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI 等)，不能用CaCl2 干燥 NH3 ，因为CaCl2 与NH3能反应。 (4)当气体中含有多种杂质时，若采用洗气装置，通常是除杂在前，干燥在后。若用加热装置除杂时，通常是干燥在前，除杂在后。4.实验条件的控制(1)排气方法为了防止空气中的O2、CO2、水蒸气等干扰实验，常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中的空气；有时也可充分利用反应产物气体(如氨气、氯气、二氧化硫等)排尽装置中的空气。(2)控制气体的流速及用量①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。②观察气泡，控制气流速度，如图甲，可通过观察气泡得到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。(3)压送液体根据装置的密封性，让反应生成气体或消耗气体，产生压强差，将液体压入或倒流入另一反应容器。(4)温度控制①控制低温的目的：减少某些反应物或产物分解，如H2O2、NH4HCO3等；减少某些反应物或产物挥发，如盐酸、氨水等；防止某些物质水解，避免副反应发生等。②采取加热的目的：加快反应速率或使平衡移动，加速溶解等。③常考的温度控制方式a.水浴加热：均匀加热，反应温度在100 ℃以下。b.油浴加热：均匀加热，反应温度在100～260 ℃之间。c.冰水冷却：使某物质液化、降低产物的溶解度；减少其他副反应，提高产品纯度等。d.保温：如真空双层玻璃容器等。5.解答物质制备综合实验题的一般程序(1)认真阅读题干，提取有用信息，包括实验目的、反应条件、陌生物质的性质、陌生反应原理等。(2)仔细观察装置图(或框图)，联想熟悉的实验，找出每件仪器(或步骤)与熟悉的某一实验相似的地方，分析每件仪器中所装药品的作用。(3)通读问题，整合信息，把所有的问题进行综合分析，运用题给信息和化学基础知识做出正确解答。1.(2022·齐齐哈尔市高三模拟)溴化亚铁(FeBr2，易潮解、800 ℃升华)是一种无机化工产品，常用作聚合反应催化剂，也用于制药工业。某同学在实验室制备FeBr2(Fe与HBr反应)，装置(部分夹持仪器已省略)如图所示：回答下列问题：(1)盛放浓磷酸的仪器名称为__________。(2)写出烧瓶中发生反应的化学方程式：_____________________________________(磷酸过量)，该反应中体现的制酸原理是_________________________________________________。分液漏斗难挥发性酸制取挥发性酸(或高沸点酸制取低沸点酸)专项突破(3)如图装置中，X、Y分别盛装的试剂依次是_____(填字母)。A.氯化钙、碱石灰 B.碱石灰、氯化钙C.氯化钙、硫酸铜 D.氢氧化钠、硫酸铜(4)实验结束后，关闭热源，仍需要通入一段时间N2，其目的是________________________________________________________________。A 将装置中的HBr全部排到干燥管中，被试剂Y完全吸收，避免污染环境(5)若用浓硫酸(生成SO2和Br2)代替浓磷酸，同样可以制备FeBr2，请简述原因：_________________________________________________________________________________________________________。浓硫酸代替浓磷酸，生成SO2和Br2，SO2不与铁反应，Br2和铁反应生成FeBr3，FeBr3在高温下又分解为FeBr2和Br22.(2022·江西新余市高三模拟)硫氰化钾(KSCN)俗称玫瑰红酸钾，是一种用途广泛的化学药品。实验室模拟工业制备硫氰化钾的实验装置如图所示：已知：①CS2不溶于水，密度比水的大；②NH3不溶于CS2；③三颈烧瓶内盛有CS2、水和催化剂。回答下列问题：(1)制备NH4SCN溶液：①实验前，经检查装置的气密性良好。其中装置B中的试剂是________。三颈烧瓶的下层CS2液体必须浸没导气管口，目的是____________________________________________。使反应物NH3和CS2充分接触，并防止发生倒吸碱石灰(2)制备KSCN溶液：①熄灭装置A处的酒精灯，关闭K1和K2，移开水浴，将装置D继续加热至105 ℃，当NH4HS完全分解后(NH4HS===H2S↑＋NH3↑)，打开K2，继续保持液温105 ℃，缓缓滴入适量的KOH溶液，发生反应的化学方程式为__________________________________________。②使用KOH溶液会使产品KSCN固体中混有较多的K2S，工业上用相同浓度的K2CO3溶液替换KOH溶液，除了原料成本因素外，优点是__________________________________________________________________________。＋NH3↑＋H2O K2CO3能与NH4SCN反应产生更多CO2和NH3，有利于残留在装置中的H2S逸出③装置E的作用是_______________________________________________。(3)制备KSCN晶体：先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂，再减压、___________、___________、过滤、洗涤、干燥，得到硫氰化钾晶体。 除去反应过程中产生的H2S和NH3，以免污染环境冷却结晶蒸发浓缩[归纳提升](1)气体制备实验先后顺序①装配仪器时：先下后上，先左后右。②加入试剂时：先固后液。③实验开始时：先检查装置气密性，再加药品，然后点燃酒精灯。④净化气体时：一般先除去杂质气体，最后除水蒸气。⑤防倒吸实验：往往是最后停止加热或停止通气。⑥防氧化实验：往往是最后停止通气。(2)可用排饱和溶液方法收集的气体①CO2—饱和 NaHCO3 溶液。 ②SO2—饱和 NaHSO3 溶液。③H2S—饱和 NaHS 溶液。 ④Cl2—饱和 NaCl 溶液。(3) 有毒尾气的转化处理 对有毒、有害的气体必须用适当的方法予以吸收或点燃变为无毒、无害的气体，再排放到空气中。实验室中常见有毒气体的处理方法如下表所示：有机物的制备考点二1.有机物制备的注意要点(1)熟知常用仪器及用途必备知识(2)依据物质性质和反应特点选择加热或冷却方式①加热：酒精灯的火焰温度一般在400～500 ℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸馏等实验选用酒精灯加热，若温度要求更高，可选用酒精喷灯或电炉加热。除上述加热方式外还可以根据加热的温度要求选择水浴、油浴、沙浴加热。②冷凝回流：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。如图1、图3中的冷凝管，图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流。③防暴沸：加沸石(或碎瓷片)，防止溶液暴沸；若开始忘加沸石(或碎瓷片)，需冷却后补加。2.常见有机物分离提纯的方法(1)分液：用于分离两种互不相溶(密度也不同)的液体。(2)蒸馏：用于分离沸点不同的互溶液体。分馏的原理与此相同。(3)洗气：用于除去气体混合物中的杂质，如乙烷中的乙烯可通过溴水洗气除去。(4)萃取分液：如分离溴水中的溴和水，可用四氯化碳或苯进行萃取，然后分液。3.有机物制备实验题的答题思路1.(2022·日照模拟)乙醇酸钠(HOCH2COONa)又称羟基乙酸钠，它是一种有机原料，其相对分子质量为98。羟基乙酸钠易溶于热水，微溶于冷水，不溶于醇、醚等有机溶剂。实验室拟用氯乙酸(ClCH2COOH)和NaOH溶液制备少量羟基乙酸钠，此反应为剧烈的放热反应。具体实验步骤如下：步骤1：向如图所示装置的三颈烧瓶中，加入132.3 g氯乙酸、50 mL水，搅拌。逐步加入40% NaOH溶液，在95 ℃继续搅拌反应2小时，反应过程控制 pH约为9至10之间。专项突破步骤2：蒸出部分水至液面有薄膜，加少量热水，操作1，滤液冷却至15 ℃，过滤得粗产品。步骤3：粗产品溶解于适量热水中，加活性炭脱色，操作2，分离掉活性炭。步骤4：将去除活性炭后的溶液加入适量乙醇中，操作3，过滤，干燥，得到羟基乙酸钠。请回答下列问题：(1)步骤1中，发生反应的化学方程式是____________________________________________________。＋NaCl＋H2O(2)如图所示的装置中仪器B为球形冷凝管，下列说法不正确的是_____(填字母)。A.球形冷凝管与直形冷凝管相比，冷却面积更大，效果更好B.球形冷凝管既可以作倾斜式蒸馏装置，也可用于垂直回 流装置C.在使用冷凝管进行蒸馏操作时，一般蒸馏物的沸点越高， 蒸气越不易冷凝BC球形冷凝管内芯管为球泡状，容易积留蒸馏液，故不适宜作倾斜式蒸馏装置，多用于垂直回馏装置，故B错误；在使用冷凝管进行蒸馏操作时，一般蒸馏物的沸点越高，蒸气越易冷凝，故C错误。解析(3)步骤2中，三颈烧瓶中如果忘加磁转子该如何操作：________________________。(4)上述步骤中，操作1、2、3的名称分别是___(填字母)。A.过滤，过滤，冷却结晶B.趁热过滤，过滤，蒸发结晶C.趁热过滤，趁热过滤，冷却结晶待溶液冷却后补加磁转子C蒸出部分水至液面有薄膜，说明有固体开始析出，加少量热水趁热过滤；粗产品溶解于适量热水中，加活性炭脱色，需要趁热过滤分离掉活性炭固体；将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中，冷却结晶，过滤，干燥，得到羟基乙酸钠。解析(5)步骤4中，得到纯净羟基乙酸钠1.1 mol，则实验产率为_______%(结果保留1位小数)。78.6解析2.席夫碱在有机合成、液晶材料、植物生长调节等多个领域有重要用途。学习小组在实验室中探究由对甲基苯胺( )与苯甲醛( )在酸催化下制备对甲基苯胺缩苯甲醛席夫碱( ，M＝195 g·mol－1)，有关信息和装置分别如表格和图像所示。回答下列问题：(1)实验步骤①按图安装好制备装置，检查装置的气密性。向A中加入6.0 g对甲基苯胺、5.0 mL苯甲醛、50 mL乙醇和适量乙酸。其中分水器可接收并分离生成的水。乙醇的作用为_________________________。作溶剂，使反应物充分混合②控制反应温度为50 ℃，加热回流至反应结束，合适的加热方式为____________；A中发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________；能说明反应结束的实验现象为_____________________。水浴加热＋H2O分水器中水不再增加＋(2)纯化产品①按图安装好水蒸气蒸馏装置，检查装置的气密性。将A中反应后余液转移至D中，在C中加入适量水，进行蒸馏，将产品中的乙醇、对甲基苯胺和苯甲醛蒸出。玻璃管a的作用为___________________________________；仪器b的名称为_______。②蒸馏操作结束后，需先打开止水夹再停止加热的原因为_______________________________。平衡压强，检验牛角管固体产品是否堵塞导管防止装置D中液体倒吸入装置C中③实验后将装置D中固体洗涤、干燥后，进一步通过_________(填操作名称)纯化后，得到纯品6.0 g。本实验的产品产率为_______(保留三位有效数字)。重结晶65.2%晶体经重结晶后可进一步纯化；5.0 mL 苯甲醛的质量为1.0×5.0 g＝5 g，由关系式：苯甲醛　～　对甲基苯胺缩苯甲醛席夫碱106 g 　　　195 g5 g 　　　　m解析[归纳提升]有机物制备的几个关键点(1)把握制备过程(2)熟悉题目设问 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，因此常使廉价的反应物过量，以提高较昂贵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。(3)掌握答题流程真题演练1.(2022·山东，18)实验室利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2沸点为76 ℃，遇水极易反应生成两种酸性气体。回答下列问题：(1)实验开始先通N2。一段时间后，先加热装置____(填“a”或“b”)。装置b内发生反应的化学方程式为___________________________________________。装置c、d共同起到的作用是________________。a冷凝回流SOCl2解析(2)现有含少量杂质的FeCl2·nH2O，为测定n值进行如下实验：实验Ⅰ：称取m1 g样品，用足量稀硫酸溶解后，用c mol·L－1 K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2＋达终点时消耗V mL(滴定过程中 转化为Cr3＋，Cl－不反应)。实验 Ⅱ：另取m1 g样品，利用题述装置与足量SOCl2反应后，固体质量为m2 g。则n＝_____________；下列情况会导致n测量值偏小的是_____(填字母)。A.样品中含少量FeO杂质B.样品与SOCl2反应时失水不充分C.实验Ⅰ中，称重后样品发生了潮解D.滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成AB解析样品中含少量FeO杂质，溶于稀硫酸后生成Fe2＋，FeO的摩尔质量小于FeCl2，则消耗K2Cr2O7溶液的体积V偏大，使n的测量值偏小，A项选；样品与SOCl2反应时失水不充分，则m2偏大，使n的测量值偏小，B项选；实验Ⅰ称重后，样品发生了潮解，消耗的K2Cr2O7溶液的体积V不变，使n的测量值不变，C项不选；滴定达到终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成，导致消耗的K2Cr2O7溶液的体积V偏小，使n的测量值偏大，D项不选。(3)用题述装置、根据反应TiO2＋CCl4 TiCl4＋CO2制备TiCl4。已知TiCl4与CCl4分子结构相似，与CCl4互溶，但极易水解。选择合适仪器并组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯(加热及夹持装置略)，安装顺序为①⑨⑧__________(填序号)，先馏出的物质为______。⑥⑩③⑤CCl4解析组装蒸馏装置对TiCl4、CCl4混合物进行蒸馏提纯，按由下而上、从左到右的顺序组装，安装顺序为①⑨⑧，然后连接冷凝管，蒸馏装置中应选择直形冷凝管⑥，接着连接尾接管⑩，TiCl4极易水解，为防止外界水蒸气进入，最后连接③⑤，安装顺序为①⑨⑧⑥⑩③⑤；由于TiCl4、CCl4分子结构相似，TiCl4的相对分子质量大于CCl4，TiCl4分子间的范德华力较大，TiCl4的沸点高于CCl4，故先馏出的物质为CCl4。2.(2022·湖北，16)高技术领域常使用高纯试剂。纯磷酸(熔点为42 ℃，易吸潮)可通过市售85%磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于21 ℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30 ℃)，高于100 ℃则发生分子间脱水生成焦磷酸等。某兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实验装置如下(夹持装置略)：回答下列问题：(1)A的名称是___________。B的进水口为____(填“a”或“b”)。(2)P2O5的作用是___________。圆底烧瓶b干燥气体(3)空气流入毛细管的主要作用是防止___________________，还具有搅拌和加速水逸出的作用。(4)升高温度能提高除水速度，实验选用水浴加热的目的是________________。(5)磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入________促进其结晶。溶液沿毛细管上升使溶液受热均匀磷酸晶体解析过饱和溶液暂时处于亚稳态，当加入一些固体的晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶。(6)过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为______(填字母)。A.<20 ℃ 　　B.30～35 ℃ 　　　C.42～100 ℃B解析纯磷酸纯化过程中，温度低于21 ℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30 ℃)，高于100 ℃则发生分子间脱水生成焦磷酸，纯磷酸的熔点为42 ℃，因此过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为30～42 ℃。(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是____________________________。磷酸可与水分子间形成氢键解析磷酸的结构式为 ，分子中含羟基，可与水分子间形成氢键，因此磷酸中少量的水极难除去。3.(2020·全国卷Ⅱ，27)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：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1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03 mol)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1.0 g。(3)纯度测定：称取0.122 g粗产品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH标准溶液。回答下列问题：(1)根据题述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为____(填字母)。A.100 mL B.250 mLC.500 mL D.1 000 mL(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__________________________________________。B球形无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(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______(填字母)。A.70% B.60% C.50% D.40%除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时，产生氯气MnO2苯甲酸升华而损失86.0%C解析根据反应 ＋KOH―→ ＋H2O可知，n( )＝0.010 00 mol·L－1×21.50×10－3 L×4＝8.6×10－4 mol，m( )＝8.6×10－4 mol×122 g·mol－1＝0.104 92 g，制备的苯甲酸的纯度为 ×100%＝86.0%。在理论上，1 mol甲苯反应后生成1 mol苯甲酸，则： ～　　　92　　　　　　　　122　　　　　　　　　　1.5 mL×0.867 g·mL－1　　 m(7)若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中________的方法提纯。重结晶解析根据苯甲酸的水溶性可知，若要得到纯度更高的苯甲酸，需要利用重结晶的方法进行提纯。