2024年高考化学一轮复习（新高考版） 第11章 第69讲　以物质制备为主的综合实验

第69讲　以物质制备为主的综合实验

[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。

类型一　无机物的制备

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)。

②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：__________。

(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：______。

②用漂白粉与浓盐酸制取少量氯气，化学方程式为____________________________

________________________________________________________________________，

选用装置：______。

(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：__________________________________________

________________________________________________________________________。

(6)上述B装置还能制取的气体有：_________________________________________。

2．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。

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：

已知：2FeBr32FeBr2＋Br2↑。

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_____________________________________

________________________________________________________________________。

(3)上述装置中，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_________________

________________________________________________________________________。

(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：

________________________________________________________________________。

2．(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_________________________________________

________________________________________________________________________。

②实验开始时，打开K1，加热装置A、D，使A中产生的气体缓缓通入D中，发生反应CS2＋3NH3NH4SCN＋NH4HS(该反应比较缓慢)至CS2消失。

(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_______________________________

________________________________________________________________________。

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。

类型二　有机物的制备

1．有机物制备的注意要点

(1)熟知常用仪器及用途

(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。

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______________________________________

________________________________________________________________________。

(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

(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

(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)。

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___________

________________。

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________________________________________________________。

(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______________________。

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)。

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_______________________________________________。

(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Cr2O转化为Cr3＋，Cl－不反应)。

实验 Ⅱ：另取m1 g样品，利用上述装置与足量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

(3)用上述装置、根据反应TiO2＋CCl4TiCl4＋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__________。

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_________________________________________________________。

(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。

(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 ℃

(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是_______________________________________

_______________________________________________________________________。

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：

＋KMnO4―→＋MnO2

＋HCl―→＋KCl

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

A．100 mL   B．250 mL

C．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__________________________________________

________________________________________________________________________。

(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%

(7)若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中________的方法提纯。