高中化学物质制备型综合实验

1、第 页共10页物质制备型综合实验1. (2019黄冈调研)氮化钱(GaN)被称为第三代半导体材料，其应用已经取得了突破性 的进展。已知：(i )氮化钱性质稳定，不与水、酸反应，只在加热时溶于浓碱。(ii )NiCl 2溶液在加热时，先转化为Ni(OH) 2,后分解为NiO。(iii)制备氮化钱的反应为 2Ga + 2NH 3=i=2GaN + 3H2。某学校化学兴趣小组实验室制备氮化钱，设计实验装置如图所示。设计实验步骤如下：滴加几滴NiCl2溶液润湿金属钱粉末，置于反应器内。先通入一段时间的 H2,再加热。停止通氢气，改通入氨气，继续加热一段时间。停止加热，继续通入氨气，直至冷却。将反应器内

2、的固体转移到盛有盐酸的烧杯中，充分反应后过滤、洗涤、干燥。(1)仪器X中的试剂是 ,仪器Y的名称是 。(2)该套装置中存在的一处明显的错误是 。(3)步骤中选择 NiCl2溶液，不选择氧化馍的原因是 。a.增大接触面积，加快化学反应速率b.使馍能均匀附着在钱粉的表面，提高催化效率c.为了能更好形成原电池，加快反应速率步骤中制备氮化钱，则判断该反应接近完成时，观察到的现象是(5)请写出步骤中检验产品氮化钱固体洗涤干净的操作:(6)钱元素与铝同族，其性质与铝类似，请写出氮化钱溶于热的浓NaOH溶液的离子方程式：解析：(1)根据题中信息可知，装置A制取氢气，装置 C制取氨气，液体与固体作用且不需要加

3、热的条件下制氨气，则仪器X中的试剂是浓氨水。(2)过量的氨气进入装置 F与稀硫酸反应，则装置F中会产生倒吸。(3)NiCl 2溶液在加热时，先转化为 Ni(OH) 2,后分解为 NiO ,可增大接触面积，加快Ga与NiO制取催化剂Ni的化学反应速率；生成的馍能均匀附着在钱粉的表面，提高催化 效率。(4)步骤中制备氮化钱，发生的反应为2Ga + 2NH3=A=2GaN + 3H2,过量的氨气被硫酸迅速吸收，氢气不溶于水，会产生气泡，故反应接近完成时，可观察到装置F中几乎不再产生气泡。(6)可以理解成 GaN与水反应生成 Ga(OH) 3和NH 3,虽然很难，但在热的浓NaOH溶液的环境下，NaO

4、H与Ga(OH)3反应生成GaO?,促进了反应的进行。答案：(1)浓氨水 球形干燥管(2)装置F中会产生倒吸(3)ab(4)装置F中几乎不再产生气泡(5)取最后一次的洗涤液于试管中，滴加AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则证明产品氮化钱固体已洗涤干净-木(6)GaN +OH + H 2O=GaO 2 + NH 3 T2.己二酸是一种重要的有机二元酸，能够发生成盐反应、酯化反应、酰胺化反应等，并能与二元胺或二元醇缩聚成高分子聚合物等，是合成尼龙-66的原料，工业上环己醇用硝酸氧化可得到己二酸，是典型的氧化还原反应。0HHNOj一 H(X XX CHQ 1coO HAiro相关物理常数:名称相对分

5、子X密度(20 C ) (g cm 3)熔点(C)沸点(C)溶解度S(g/100 g 溶剂)水乙醇乙醛环已醇1000.9625.2161可溶易溶己二酸1461.36151265可溶(S随温度 降低而减小)易溶微溶I.己二酸粗产品的制备操作步骤：装置 C中加入50 mL中等浓度的硝酸(过量)，投入沸石，并逐一安装装置A、装置B和温度计，磁力搅拌，将溶液混合均匀，并加热到80 C。用装置 A滴加2滴环己醇，反应立即开始，温度随即上升到8590 C,从装置 A中小心地逐滴加入环己醇，将混合物在8590 C下加热23分钟，共加入1.000 g环己醇。请回答下列问题：(1)反应需维持温度在 8590 C

6、,最好采取 控温;试分析维持温度在 8590 C的原因：(2)装置右侧烧杯中的 NaOH 溶液的作用是n .己二酸粗产品的提纯及应用操作流程：趁热倒出装置C中的产品，在冷水中降温冷却，析出的晶体在布氏漏斗上进行抽滤，将晶体进行重结晶，再分别用3 mL冰水和乙醛洗涤己二酸晶体，继续抽滤，晶体再用3 mL冰水洗涤一次，再抽滤。取出产品，干燥后称重，得干燥的己二酸 0.860 g。 请回答下列问题：(3)相比于普通过滤，抽滤的优点在于 在抽滤过程中，用冰水洗涤析出的己二酸晶体的原因(5)该实验的产率为 %(结果保留3位有效数字)。(6)工业上用己二酸与乙二醇反应形成链状高分子化合物，写出化学方程式：

7、解析：(1)反应需维持温度在 8590 C ,低于100 C ,最好采取水浴控温。维持温度在8590 c的原因：维持反应速率 (或温度过低反应速率慢 ),减少HNO3的分解和挥发(或温 度过高HNO 3分解和挥发)，减少副反应的发生。(2)在反应中环己酉I被氧化，HNO 3被还原成氮氧化物，右侧烧杯中的 NaOH溶液的作用是吸收HNO 3被还原生成的氮氧化物，防止污染大气。(3)相比于普通过滤，抽滤的优点在于：减小压强加快过滤速率，减少过滤过程中产品 的变质，得到较干燥的产品。(4)己二酸中混有环己醇和HNO 3,环己醇易溶于乙醍，己二酸微溶于乙醍，抽滤时用乙醛洗涤除去环己醇。HNO3易溶于水

8、，己二酸在水中的溶解度随温度降低而减小，用冰水洗涤析出的己二酸晶体的原因：除去残留的HNO 3,减少己二酸的损失。1n(环己醇)=1.000 g 100 g mol = 0.01 mol,理论上生成己一酸物质的重为0.01 mol,生成己二酸的质量为 0.01 mol X 146 g mol 1 = 1.46 g ,该实验的产率为0.860 g1.46 gX 100% =58.9%。(6)己二酸属于二元酸，乙二醇属于二元醇，两者发生缩聚反应形成高分子化合物，反应的化学方程式为催化剂nHCXX： (CH2+ nHOCHCHwOH 或一定条件ooIIIH(RC(CHMCDC 氏CH0H+12以-1

9、)口式)。答案：(1)水浴 维持反应速率，并减少 HNO3的挥发及分解，减少副反应的发生(2)吸收HNO 3被还原生成的氮氧化物，防止污染空气(3)加快过滤速度，减少过滤过程中产品的变质，得到较干燥的产品(4)除去残留的HNO 3,减小己二酸的损失(5)58.9催化剂 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document (6)miOOCtCHfCOOH + xHOCH CH00H.-或一定条件00IIIIH O-ECCCH.) g COCH.C H式4 H + (21) A O3.三氯氧磷(POCl 3)是一种重要的化工原料，工业上可

10、以直接氧化PC13制备POC13,反应原理为 P4(白磷)+ 6Cl2=4PCl 3,2PCl3+ O 2=2POCl 3。PC13、POCl 3的部分性质如下：物质熔点/C沸点/C其他PCl3 11275.5遇水生成H 3PO3和HClPOCl32105.3遇水生成H3PO4和HCl某兴趣小组模拟该工艺设计实验装置如下(某些夹持装置、加热装置已略去):(1)仪器a的名称为 , B装置中长颈漏斗的作用是 (2)装置E用来制取 Cl 2,反应的离子方程式为 (3)为使实验顺利进行，还需补充的装置为 (4)反应时，需严格控制三个条件：先制取 ,缓慢地通入 C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一种气

11、体。C装置用水浴加热控制温度为6065 C,除加快反应速率外，另一目的是反应物必须干燥， 否则会在C装置中产生大量的白雾，其主要成分为 (写化学式)。(5)反应结束后通过下面步骤测定POC13产品中Cl的含量，元素 Cl的质量分数为答案：(1)球形冷凝管平衡气压(2)4H +2Cl +MnO 2=Mn 2 + Cl 2 T + 2H 2O(3)在a仪器后连接装有碱石灰的干燥管C12 防止PC13气化 HCl(4X 10 3-cVX 10 3 XX 35.5 Z - 3.55X/4- cV 1(5)X 100% 或% 1 x- x-4.实验室制备苯甲酸乙酯的反应装置示意图和有关数据如下:名称相对

12、分子质里密度/(g cm )沸点/c水中溶解性苯甲酸1221.266249微溶乙醇460.78978.3溶苯甲酸乙酯1501.045213难溶环己烷840.77980.8难溶环己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸点为62.1 Co合成反应：向圆底烧瓶中加入6.1 g苯甲酸、20 mL无水乙醇、25 mL环己烷和2片碎瓷片，搅拌后再加入 2 mL浓硫酸。按图组装好仪器后，水浴加热 回流1.5小时。分离提纯：继续水浴加热蒸出多余乙醇和环己烷，经分水器放出。剩余物质倒入盛有210213c60 mL冷水的烧杯中，依次用碳酸钠、无水氯化钙处理后，再蒸储纯化，收集 的微分，得产品5.0 go回答下列问题

13、：(1)仪器A的名称为,冷却水应从 (填“哦b”W流出。(2)加入环己烷的目的为 。(3)合成反应中，分水器中会出现分层现象，且下层液体逐渐增多，当下层液体高度距分水器支管约2 cm 时开启活塞放出少量下层液体。该操作的目的为(4)实验中加入碳酸钠的目的为 A. 50 mL经碳酸钠处理后，若粗产品与水分层不清，可采取的措施为C. 200 mLD. 300 mL（6）本实验的产率为。解析：（2）根据题给信息“环己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸点为62.1 C”可知环己烷在合成反应中的作用为在较低温度下带出生成的水，促进酯化反应向右进行， 提高产率。（3）分水器中上层是油状物，下层是水，当油

14、层液面高于支管口时，油层会沿着 支管流回烧瓶，达到了使反应物冷凝回流，提高产率的目的。因此当下层液体高度距分水 器支管约2 cm时，应开启活塞，放出下层的水，避免水层升高流入烧瓶。（4）合成反应结束后，圆底烧瓶中主要含有苯甲酸乙酯（产物）、苯甲酸（未反应完卜硫酸（催化剂卜乙醇、环己烷，水浴加热除去乙醇和环己烷，剩余的物质主要为苯甲酸乙酯、苯甲酸、硫酸。加入 碳酸钠溶液可中和苯甲酸、硫酸，生成易溶于水的盐，溶液分层；经碳酸钠溶液处理后， 若粗产品与水分层不清，可加入食盐，进一步降低酯的溶解，该操作为盐析；然后用分液 漏斗分出有机层，加入无水氯化钙吸收部分的水，再进行蒸储，接收 210213 C的

15、微分。 （5）由题表中的数据可计算出苯甲酸的体积约为5 mL,则圆底烧瓶中溶液的体积约为5 mL+ 20 mL +25 mL + 2 mL = 52 mL ,而圆底烧瓶中所能盛放的溶液的体积应不超过圆底烧瓶 的2/3,故应选择容积为 100 mL的圆底烧瓶。（6）m（乙醇）=（0.789 X20）g= 15.78 g,设苯甲 酸乙酯的理论产量为 x,则一一实际产量5.0 g解得 x=7.5 g,则广率= 理论产量 X100% =55gx100%=66.7%答案：（1）球形冷凝管b（2）在较低温度下除去产物水，提高产率（3）确保乙醇和环己烷及时返回反应体系而下层水不会回流到体系中（4）中和苯甲酸

16、和硫酸加氯化钠进行盐析B（6）66.7%. 一氯化碘（沸点97.4 C）是一种红棕色易挥发的液体，不溶于水，溶于乙醇和乙酸。 某校研究性学习小组的同学拟制备一氯化碘。回答下列问题：（已知碘与（1）甲组同学拟利用干燥、纯净的氯气与碘反应制备一氯化碘，其装置如下: 氯气的反应为放热反应）各装置连接顺序为 A-; A装置中发生反应的离子方程式为B装置烧瓶需放在冷水中，其目的是, D装置的作用是将B装置得到的液态产物进一步提纯可得到较纯净的ICl ,则提纯采取的操作方法是(2)乙组同学采用的一种制一氯化碘的方法为：在三颈烧瓶中加入粗碘和盐酸，控制温度约50 C,在不断搅拌下逐滴加入氯酸钠溶液，生成一氯

17、化碘。则发生反应的化学方程式为(3)设计实验证明：ICl的氧化性比 I2强:ICl与乙烯作用发生加成反应： 解析：(1)A装置用于制备 CI2, CI2中含HCl气体和水蒸气，用 C装置除HCl ,用E 装置干燥C12,将干燥的C12通入B中与碘反应，制备ICl。由于ICl易挥发，所以B装置 应放在冷水中。Cl2可能未完全反应，用 D装置吸收尾气，防止污染。(3)ICl不溶于水，溶于乙醇和乙酸，所以先将 ICl溶于乙醇中配成溶液，再通入乙烯，ICl呈红棕色，通过颜色褪去，证明其与乙烯发生了加成反应。答案：C-E-B-DMnO2+4H +2Cl =Mn2 +Cl2, + 2H2O防止ICl挥发

18、吸收未反应的氯气，防止污染空气蒸储50 C(2)312+ 6HCl + NaClO 3=6ICl + NaCl + 3H 2。(3)用湿润的KI-淀粉试纸检验一氯化碘蒸气，试纸变蓝在ICl的乙醇溶液中通入乙烯，溶液褪色.实验室制备硝基苯的反应原理和实验装置如下：D + HO-NO? . H ，厂An。+ HsCl AH VO反应中存在的主要副反应有：在温度稍高的情况下会生成间二硝基苯。有关数据如下 表:物质熔点/ c沸点/C密度/(g cm )溶解性苯5.5800.88微溶于水硝基苯5.7210.91.205难溶于水间二硝基苯893011.57微溶于水浓硝酸831.4易溶于水浓硫酸3381.8

19、4易溶于水实验步骤如下：取100 mL烧杯，用20 mL浓硫酸与18 mL浓硝酸 配制混合酸，将混合酸小心加入 B中；把18 mL (15.84 g)苯加入A 中；在室温下，向苯中逐滴加入混合酸，边滴边搅拌，混合均匀。在5060 C下发生反应，直至反应结束；将反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5%NaOH溶液、水洗涤并分液；分出的产物加入无水CaCl2颗粒，静置片刻，然后作入蒸储烧瓶，弃去 CaCG,进行蒸储纯化，收集 205210 c微分，得到纯硝基苯 18 go回答下列问题:(1)图中装置C的作用是(2)配制混合酸时，能否将浓硝酸加入到浓硫酸中，说明理由(3)为了使反应在50

20、60 C下进行，常用的方法是 。反 应结束并冷却至室温后 A中液体就是粗硝基苯，粗硝基苯呈黄色的原因是(4)在洗涤操作中，第二次水洗的目的是 (5)在蒸储纯化过程中，因硝基苯的沸点高于140 C,应选用空气冷凝管，不选用水直形冷凝管的原因是 (6)本实验所得到的硝基苯产率是 。解析：(1)由仪器的结构特征分析，装置C为冷凝管，其作用为冷凝回流。(2)浓硝酸与浓硫酸混合会放出大量的热，若将浓硝酸加入到浓硫酸中，硝酸的密度小 于浓硫酸，会导致液体迸溅。(3)因为反应在5060 C下进行，低于水的沸点，可以利用水浴加热。反应后硝基苯中 溶有浓硝酸分解产生的 NO2(或硝酸)等杂质，使硝基苯显黄色。(

21、4)先用水洗除去浓硫酸和硝酸，再用 NaOH除去溶解的少量的酸，最后水洗除去未反 应的NaOH以及生成的盐。(5)硝基苯沸点高用空气冷凝与水冷凝相比效果几乎无差异，且冷凝管通水冷却时导致温度差过大可能发生炸裂，所以选用空气冷凝。123(6)苯完全反应生成硝基苯的理论广量为15.84X123 g,所以硝基苯的广率为 7818 gg23 X 100% =72.06%。15.84 X-78 g答案：(1)冷凝回流(2)不能，易暴沸飞溅(3)水浴加热溶有浓硝酸分解产生的NO2(或硝酸)等杂质(4)洗去残留的NaOH及生成的钠盐(5)硝基苯沸点高用空气冷凝与水冷凝相比效果几乎无差异；通水冷却时温差过大易

22、炸 裂冷凝管(6)72.06%(写出计算式)。I .取x g产品于锥形瓶中， 加入足量NaOH溶液，POCl 3完全反应后加稀硝酸至酸性；n .向锥形瓶中加入 0.100 0 mol L * 1的AgNO3溶?夜40.00 mL ,使C完全沉淀；出.再向锥形瓶中加入 20 mL硝基苯，振荡，使沉淀表面被有机物覆盖； 、 ， 一-1十 一， ，一，一一IV.然后加入指木剂，用 c mol LNH4SCN溶液滴定过量 Ag至终点，记下所用体积为 V mL。已知：Ag3PO4 溶于酸，Ksp(AgCl ) =3.2X 10 10,Ksp(AgSCN )=2X1012解析：(1)仪器a的名称是冷凝管(或球形冷凝管