1、专题十四 化学实验综合,第四单元,PART 1,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:设计实验方案;正确选用实验装置;掌握控制实验条件的方法;预测或描述实验现象、分析或处理实验数据,得出合理结论;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14-1所示:,【核心透析】,考点一 制备型综合实验,图14-1,例1 2018江苏卷改编 3,4-亚甲二氧基
2、苯甲酸是一种用途广泛的有机合成中间体,微溶于水,实验室可用KMnO4氧化3,4-亚甲二氧基苯甲醛制备,其反应方程式为,【典例探究】,考查角度一 有机制备型综合实验,图14-2,实验步骤如下: 步骤1:向反应瓶中加入3,4-亚甲二氧基苯甲醛和水,快速搅拌,于7080 滴加KMnO4溶液。反应结束后,加入KOH溶液至碱性。 步骤2:趁热过滤,洗涤滤饼,合并滤液和洗涤液。 步骤3:对合并后的溶液进行处理。 步骤4:抽滤(如图14-3),洗涤,干燥, 得3,4-亚甲二氧基苯甲酸固体。,图14-3,(1)步骤1 中,反应结束后,若观察到反应液呈紫红色,需向溶液中滴加NaHSO3溶液,HS转化为 (填化学
3、式);加入KOH 溶液至碱性的目的是 。 (2)步骤2中,趁热过滤除去的物质是 (填化学式)。 (3)步骤3中,处理合并后溶液的实验操作为 。 (4)步骤4中,抽滤所用的装置包括布氏漏斗、吸滤瓶、 和抽气泵(从左至右)。,【产品制备】 如图14-4,在圆底烧瓶中加入10 mL水,然后加入12 mL(0.22 mol)浓硫酸,摇匀冷却至室温,再加入7.5 mL(0.08 mol)正丁醇,混合后加入10.3 g(0.10 mol)溴化钠晶体,充分振荡,加入几粒沸石,在石棉网上用小火加热烧瓶并回流半小时。 (1)仪器a的名称为 ,用恰当的化学原理解释能发生反应的原因是 。 (2)烧杯中所用试剂为水,
4、其主要目的是吸收 (填化学式)。 (3)制备过程中烧瓶中溶液逐渐出现浅黄色,为此,有人提出用浓H3PO4代替浓H2SO4,其理由是 。,(4)步骤的目的是分离出产品中的无机物,判断溴丁烷是否完全蒸馏出来的方法是:用一支试管收集几滴馏出液,向其中加入少许水并摇动,如果 表明溴丁烷已经被完全蒸馏出来。 (5)步骤用5 mL浓硫酸洗涤的目的是除去 ;第一次水洗可以除去大部分硫酸,第二次水洗的目的是 。 (6)实验的产率为 M(C4H9Br)=137 gmol-1;制备过程中,有利于提高产品产率的措施有适当延长回流时间及 (选填字母)。 A.回流时适时搅拌溶液 B.将块状NaBr研细使用 C.将正丁醇
5、分次加入 D.对正丁醇进行干燥处理,答案(1)球形冷凝管 浓硫酸为高沸点酸,氢溴酸为低沸点酸,加热蒸发出HBr,反应正向移动从而正向进行(或高沸点酸制低沸点酸) (2)HBr (3)浓H2SO4有较强的氧化性,溴离子被氧化成溴单质,而浓磷酸是非氧化性酸,不能氧化溴离子 (4)溶液中没有分层现象 (5)正丁醇 除去NaHCO3(NaHCO3和Na2SO4) (6)62.5% AB,解析 (1)a用于冷凝,仪器a的名称为球形冷凝管,反应为溴化钠与浓硫酸反应制HBr,用恰当的化学原理解释能发生反应的原因是浓硫酸为高沸点酸,氢溴酸为低沸点酸,加热蒸发出HBr,反应正向移动从而正向进行。(2)烧杯中所用
6、试剂为水,其主要目的是吸收 HBr。(3)制备过程中烧瓶中溶液逐渐出现浅黄色,为此,有人提出用浓H3PO4代替浓H2SO4,其理由是浓H2SO4有较强的氧化性,溴离子被氧化成溴单质,而浓磷酸是非氧化性酸,不能氧化溴离子。(4)用一支试管收集几滴馏出液,向其中加入少许水并摇动,溶液中没有分层现象,表明溴丁烷已经被完全蒸馏出来。(5)步骤用5 mL浓硫酸洗涤的目的是除去正丁醇;第一次水洗可以除去大部分硫酸,第二次水洗的目的是除去NaHCO3(NaHCO3和Na2SO4)。,规律小结,例2 2018全国卷 醋酸亚铬(CH3COO)2Cr2H2O为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气
7、吸收剂。 一般制备方法是先在封闭体系中利用金 属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬; 二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得 醋酸亚铬。实验装置如图14-5所示。,考查角度二 无机制备型综合实验,图14-5,回答下列问题:(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是 。仪器a的名称是 。 (2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置。打开K1、K2,关闭K3。 c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为 。 同时c中有气体产生,该气体的作用是 。 (3)打开K3,关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是 ;d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离,需采用的
8、操作是 、 、洗涤、干燥。 (4)指出装置d可能存在的缺点: 。,答案(1)去除水中溶解氧 分液(或滴液)漏斗 (2)Zn+2Cr3+=Zn2+2Cr2+ 排除c中空气 (3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤 (4)敞开体系,可能使醋酸亚铬与空气接触,解析 (1)由题给信息醋酸亚铬“在气体分析中用作氧气吸收剂”可知,为避免溶解在水中的氧气影响实验,故所用蒸馏水应先煮沸除氧并迅速冷却,以减少氧气的再溶解。仪器a为分液漏斗。(2)将盐酸滴入c中时,CrCl3溶解,同时锌粒与盐酸反应放出的氢气阻止了空气进入c中,形成了隔绝空气的体系,进而发生反应Zn+2Cr3+=Zn2+2Cr2+,
9、溶液颜色由绿色逐渐变为亮蓝色。,(3)当打开K3,关闭K1和K2时,c中Zn与盐酸反应产生的氢气排不出去,产生较大的压强,可将c中生成的亮蓝色溶液压入d中。进入d中的Cr2+可与CH3COO-反应生成(CH3COO)2Cr2H2O沉淀。根据醋酸亚铬难溶于冷水,要使沉淀充分析出并分离,可采用的操作方法为冰水浴冷却、过滤、洗涤、干燥。(4)由于(CH3COO)2Cr2H2O沉淀可与氧气反应,所以装置d的缺点是装置d为敞口体系,可能使醋酸亚铬与空气接触而被氧化。,合成SO2Cl2的装置如图14-6所示(夹持仪器已省略),请回答有关问题: (1)从下表中选择相应的装置完成填空:,图14-6,制备SO2
10、选 (填字母)。 写出用所选装置制取Cl2的离子方程式: 。 (2)合成SO2Cl2的装置图中仪器B的名称为 ;丁中盛放的是 。 (3)反应结束后,将乙中混合物分离开的实验操作名称是 。 (4)图中装置C的作用是 。 (5)为提高本实验中产品的产率,在实验操作中还需要注意的事项有 (只答一条即可)。 (6)氯化亚砜(SOCl2)与水反应的化学方程式为 ,蒸干AlCl3溶液不能得到无水AlCl3,用SOCl2与AlCl36H2O混合加热,可得到无水AlCl3,试解释原因: 。,规律小结,气体制备与性质探究型实验流程及考查角度,1.化学实验探究的基本环节 (1)发现问题:就是在学习和实验的过程中所
11、遇到的值得探究的问题和异常现象等。 (2)提出猜想:就是根据已有的知识对所发现的问题的解决提出的几种可能的情况。 (3)设计验证方案:就是根据猜想,结合实验条件设计科学、合理、安全的实验方案,对各种猜想进行验证。 (4)具体实施实验:就是根据实验方案选择仪器、组装仪器、按步骤进行操作实验的过程。 (5)观察现象分析数据,得出结论:就是认真全面观察实验中出现的现象并及时记录所得数据,然后进行推理分析和数据分析,通过对比归纳得出结论。,【核心透析】,考点二 探究型综合实验,【典例探究】,例3 2018北京卷 实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。 资料:K2FeO4为紫色固体,微溶于K
12、OH溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生O2,在碱性溶液中较稳定。(1)制备K2FeO4(夹持装置略),A B C D 图14-7,A为氯气发生装置。A中反应方程式是 (锰被还原为Mn2+)。 将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。 C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O。另外还有 。 (2)探究K2FeO4的性质 取C中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液a,经检验气体中含有Cl2,为证明是否K2FeO4氧化了Cl-而产生Cl2,设计以下方案:,.由方案中溶液变红可知a中含有 离子,但该离子的
13、产生不能判断一定是K2FeO4将Cl-氧化,还可能由 产生(用化学方程式表示)。 .方案可证明K2FeO4氧化了Cl-。用KOH溶液洗涤的目的是 。,变式 研究金属与硝酸的反应,实验如下。(1)中产生的无色气体是 。,(3)研究影响产生H2的因素,归纳总结,探究实验设计的四个要求,1.2018江苏卷 以Cl2 、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4H2O(水合肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下:,命题考向追踪,【历年动态】,图14-8,已知:Cl2+2OH- =ClO-+Cl-+H2O是放热反应。 N2H4H2O沸点约118 ,具有强还原性,能与NaClO 剧
14、烈反应生成N2。 (1)步骤制备NaClO溶液时,若温度超过40 ,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl,其离子方程式为 ;实验中控 制温度除用冰水浴外,还需采取的措施是 。 (2)步骤合成N2H4H2O的装置如图14-9所示。NaClO 碱性溶液与尿素水溶液在40 以下反应一段时间后,再 迅速升温至110 继续反应。实验中通过滴液漏斗滴加 的溶液是 ;使用冷凝管的目的是 。,图14-9,图14-10,图14-11,2.2017全国卷 凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图14-12所示装置处理铵盐,然后通过滴定
15、测量。已知: NH3+H3BO3=NH3H3BO3; NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3。 回答下列问题: (1)a的作用是 。 (2)b中放入少量碎瓷片的目的是。f的名称是。,图14-12,(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是 ;打开k2放掉水,重复操作23次。 (4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂,铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。 d中保留少量水的目的是 。 e中主要反应的离子方程式为
16、,e采用中空双层玻璃瓶的作用是 。 (5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m g进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为c molL-1的盐酸V mL,则样品中氮的质量分数为 %,样品的纯度 %。,解析 由实验目的和装置图可知,铵盐与浓碱液在e中反应,通过b中产生水蒸气通入e中将反应液加热,使产生的氨气完全逸出进入装置g生成NH3H3BO3,然后利用盐酸来滴定NH3H3BO3,最后利用氮守恒即可求出蛋白质的含氮量。(1)若b中压强较大,则a管内液面上升,因此a的作用就是避免b中压强过大。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是防止暴沸;仪器f的名称是直形冷凝管。(3)g中蒸馏水倒吸进入c,原因是c、e及其
17、所连接的管道内因温度下降,水蒸气冷凝为水后,管路内形成负压,在大气压的作用下,锥形瓶内的蒸馏水被倒吸入c中。(4)因氨气极易溶于水,因此d中保留少量水可达到液封、防止氨气逸出的目的。,3.2017全国卷 绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁,在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题: (1)在试管中加入少量绿矾样品,加水溶解,滴加KSCN溶液,溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气,溶液逐渐变红。由此可知: 、 。 (2)为测定绿矾中结晶水含量,将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重,记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中,再次将装置A称重,
18、记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。,图14-13,仪器B的名称是 。 将下列实验操作步骤正确排序 (填标号);重复上述操作步骤,直至A恒重,记为m3 g。 a.点燃酒精灯,加热 b.熄灭酒精灯 c.关闭K1和K2 d.打开K1和K2,缓缓通入N2 e.称量A f.冷却到室温 根据实验记录,计算绿矾化学式中结晶水数目x= (列式表示)。若实验时按a、d次序操作,则使x (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。,(3)为探究硫酸亚铁的分解产物,将(2)中已恒重的装置A接入图14-14所示的装置中,打开K1和K2,缓缓通入N2,加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。 C、D中的溶液 依次为 (填
19、 标号)。C、D中有 气泡冒出,并可观察 到的现象分别为 。 a.品红 b.NaOH c.BaCl2 d.Ba(NO3)2 e.浓H2SO4 写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式 。,图14-14,4.2-溴丙酸(CH3CHBrCOOH)是有机合成的重要中间体。实验室制备2-溴丙酸的反应(PCl3易潮解)、装置示意图14-15(加热和夹持装置略去)和有关数据如下:CH3CH2COOH+Br2 CH3CHBrCOOH+HBr,【2019预测】,图14-15,请回答: (1)检验A装置气密性的方法:盖紧滴液漏斗玻璃塞, ,观察到导管口有气泡冒出,撤走热源后,导管中进入一段水柱,则证明气密性良好。
20、(2)按图14-15所示添加药品,先水浴加热a,再向a中滴加足量液溴,充分反应后,停止加热。,a的容积最适合的是 (填选项字母)。 A.50 mL B.100 mL C.250 mL D.500 mL 冷凝管的出水口为 (填“b”或“c”)。 C装置的作用为 。 (3)冷却至室温后,将a中液体减压蒸馏、纯化,收集得27.0 mL CH3CHBrCOOH。 采用减压蒸馏的原因为 。 本实验的产率为 (保留两位有效数字)。 (4)欲用上述装置验证a中发生取代反应,需更换B、C中的试剂。则C中应加入的试剂为 ;装置B的作用为 。,答案 (1)将B中长导管末端没入液面下,微热a(或三颈烧瓶) (2)B
21、 c 吸收Br2和HBr,防止空气污染 (3)降低CH3CHBrCOOH的沸点,防止CH3CHBrCOOH分解 61% (4)AgNO3溶液或石蕊溶液 除去HBr中的Br2蒸气,解析 (1)利用热胀冷缩原理,检验A装置气密性:盖紧滴液漏斗玻璃塞,将B中长导管末端没入液面下,微热a(或三颈烧瓶),观察到导管口有气泡冒出,撤走热源后,导管中进入一段水柱,则证明气密性良好。(2)按题图中所示添加药品,先水浴加热a,再向a中滴加足量液溴,充分反应后,停止加热。对a中液体进行加热,a的容积要大于40 mL的2倍,a的容积最适合的是100 mL。,冷凝回流液体,b处进水,冷凝管的出水口为c。C中盛NaOH
22、溶液,C装置的作用为吸收Br2和HBr,防止空气污染。(3)冷却至室温后,将a中液体减压蒸馏、纯化,收集得27.0 mL CH3CHBrCOOH。采用减压蒸馏的原因为降低CH3CHBrCOOH的沸点,防止CH3CHBrCOOH分解。实际产量:m(CH3CHBrCOOH)=27.0 mL 1.7 gmL-1=45.9 g,CH3CH2COOH的质量为37.0 mL0.99 gmL-1=36.63 g,CH3CHBrCOOH的理论产量:m(CH3CHBrCOOH)=36.63 g74 gmol-1153 gmol-1=75.735 g,本实验的产率为45.9 g75.735 g100%=61%。(
23、4)欲用上述装置验证a中发生取代反应,需更换B、C中的试剂。则C中应加入的试剂为AgNO3溶液或石蕊溶液;溴蒸气与水作用生成HBr和HBrO,HBr也能与AgNO3溶液或石蕊溶液反应,装置B的作用为除去HBr中的溴蒸气。,过氧化尿素是一种新型漂白剂、消毒剂,漂白、消毒的效果优于H2O2和过氧乙酸。某工业用过氧化尿素的部分参数见下表:合成过氧化尿素的步骤及反应器的示意图如下:在250 mL三颈烧瓶中加入一定量的30%的H2O2溶液,再加入30 g尿素,在不断搅拌下升温至30 ,使尿素完全溶解,保温30 min,冷却至-5 进行结晶。抽滤得白色粉末状晶体。在50 下干燥2 h,得过氧化尿素产品。回
24、答下列问题:,教师备用习题,(1)控制反应温度的适宜方法是 (填序号)。 A.酒精灯加热 B.酒精喷灯加热 C.电炉加热 D.水浴加热 (2)反应器中发生反应的化学方程式为 。 (3)反应器中冷凝管中冷水从 (填“a”或“b”)口流进; 反应器加热温度不能太高的原因是 。 (4)搅拌器不能选择铁质或铝质材料的原因是 。,答案 (1)D (2)CO(NH2)2+H2O2=CO(NH2)2H2O2 (3)b 温度过高会导致过氧化氢分解 (4)铝、铁易被氧化,解析 (1)根据CO(NH2)2H2O2的热分解温度为45 ,所以采用的加热方式为水浴加热,易于控制温度,选D。(3)冷凝管中冷水要低进高出,所以冷凝管中冷水从b口流进;过氧化氢加热会分解,所以温度不能太高。(4)铁、铝具有还原性,易被氧化,所以不能选择铁质或铝质材料搅拌器。,
