2024届高考一轮复习 第十章 化学实验 第4讲 物质制备类综合实验 课件（共52张）

第4讲

物质制备类综合实验(综合应用课)

化学创造了一个全新的物质世界，制备物质是化学研究的热点。高考常以新物质制备为情境载体命制实验题，该试题涉及知识面较广，形式灵活多变，思维发散空间大，能够很好地考查考生综合运用化学实验基础知识解决实际问题的能力。命题设计的角度主要有：以无机物的制备为主线的实验和以典型有机物的制备为主线的实验。1．(2022·全国乙卷)二草酸合铜(Ⅱ)酸钾(K2[Cu(C2O4)2])可用于无机合成、功能材料制备。实验室制备二草酸合铜(Ⅱ)酸钾可采用如下步骤：Ⅰ.取已知浓度的CuSO4溶液，搅拌下滴加足量NaOH溶液，产生浅蓝色沉淀。加热，沉淀转变成黑色，过滤。Ⅱ.向草酸(H2C2O4)溶液中加入适量K2CO3固体，制得KHC2O4和K2C2O4混合溶液。Ⅲ.将Ⅱ的混合溶液加热至80～85℃，加入Ⅰ中的黑色沉淀。全部溶解后，趁热过滤。Ⅳ.将Ⅲ的滤液用蒸汽浴加热浓缩，经一系列操作后，干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体，进行表征和分析。回答下列问题：

(1)由CuSO4·5H2O配制Ⅰ中的CuSO4溶液，下列仪器中不需要的是______(填仪器名称)。(2)长期存放的CuSO4·5H2O中，会出现少量白色固体，原因是________________________。(3)Ⅰ中的黑色沉淀是___________(写化学式)。(4)Ⅱ中原料配比为n(H2C2O4)∶n(K2CO3)＝1.5∶1，写出反应的化学方程式________________________________________________。(5)Ⅱ中，为防止反应过于剧烈而引起喷溅，加入K2CO3应采取_____的方法。(6)Ⅲ中应采用________进行加热。(7)Ⅳ中“一系列操作”包括_________。解析：(1)由CuSO4·5H2O固体配制硫酸铜溶液，需用天平称量一定质量的CuSO4·5H2O固体，将称量好的固体放入烧杯中，用量筒量取一定体积的水溶解CuSO4·5H2O，因此用不到的仪器有分液漏斗和球形冷凝管。(2)CuSO4·5H2O含结晶水，长期放置会风化失去结晶水，生成无水硫酸铜，无水硫酸铜为白色固体。(3)硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应生成蓝色的氢氧化铜沉淀，加热，氢氧化铜分解生成黑色的氧化铜沉淀。(4)草酸和碳酸钾以物质的量之比为1.5∶1发生非氧化还原反应生成KHC2O4、K2C2O4、CO2和水，依据原子守恒可知，反应的化学方程式为3H2C2O4＋2K2CO3===2KHC2O4＋K2C2O4＋2H2O＋2CO2↑。(5)为防止草酸和碳酸钾反应时反应剧烈，造成液体喷溅，可减缓反应速率，将碳酸钾进行分批加入并搅拌。(6)Ⅲ中将混合溶液加热至80～85℃，应采取水浴加热，使液体受热均匀。(7)从溶液获得晶体的一般方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体。答案：(1)分液漏斗、球形冷凝管(2)晶体部分失去结晶水(风化)(3)CuO(4)3H2C2O4＋2K2CO3===2KHC2O4＋K2C2O4＋2H2O＋2CO2↑(5)分批加入(6)水浴(7)冷却结晶、过滤、洗涤2．(2022·湖北等级考)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_____(填标号)。A．<20℃

B．30～35℃

C．42～100℃(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是________________________________________________________________。解析：(1)由仪器构造可知，仪器A为圆底烧瓶，仪器B为直形冷凝管，冷凝水应从b口进、a口出，形成逆流冷却，使冷却效果更好。(2)纯磷酸制备过程中要严格控制温度和水分，因此五氧化二磷的作用为干燥气体。(3)空气流入毛细管可以对烧瓶中的溶液进行搅拌，使受热均匀，同时还具有加速水逸出和防止溶液沿毛细管上升的作用。(4)升高温度能提高除水速度，而纯磷酸制备过程中要严格控制温度，水浴加热可以避免直接加热造成的过度剧烈与温度的不可控性，使溶液受热均匀。(5)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，因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶体促进其结晶。(6)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℃，这个区间内答案选B。(7)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。答案：(1)圆底烧瓶b(2)干燥气体(3)溶液沿毛细管上升(4)使溶液受热均匀(5)磷酸晶体(6)B(7)磷酸可与水分子间形成氢键题型(一)以无机物制备为主线的综合实验(一)物质制备实验的操作顺序1．实验操作顺序2．加热操作先后顺序的选择若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。其目的是：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。而完成实验后，熄灭酒精灯的顺序则相反。3．实验中试剂或产物防止变质或损失(1)实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。(2)易挥发的液体产物要及时冷却。(3)易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置(如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等)。(4)注意防止倒吸的问题。4．选用仪器及连接顺序(二)物质(固体物质)制备的三大原则1．选择最佳反应途径如用铝制取氢氧化铝：2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑、Al2(SO4)3＋6NaAlO2＋12H2O===8Al(OH)3↓＋3Na2SO4，当n(Al3＋)∶n(AlO)＝1∶3时，Al(OH)3

产率最高。2．选择最佳原料如实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝，应选用氨水，而不能选用强碱氢氧化钠溶液；用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜，应选用氢氧化钠溶液，而不能选用氨水(氢氧化铜可溶解在氨水中)等。3．选择适宜操作方法如实验室制备氢氧化亚铁时，因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁，则要注意隔绝空气。

[典例](2022·山东等级考)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：实验Ⅱ：另取m1g样品，利用上述装置与足量SOCl2反应后，固体质量为m2g。则n＝____；下列情况会导致n测量值偏小的是____(填标号)。

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[思维建模]

制备无机物的思维流程明确目的原理首先认真审题，明确制备的物质及要求，弄清题目有哪些有用信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理选择仪器试剂根据实验的目的和原理以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态，能否腐蚀仪器，反应是否加热及温度是否控制在一定的范围内等，从而选择化学仪器和试剂连接装置分步操作把上一步骤中的仪器进行组装、连接，按照既定的实验加入反应物进行物质的制备，注意反应条件的控制，副反应的发生，反应产物的提取等提纯物质计算产率把制得的物质进行收集，如有需要，则进一步分离、提纯、称重，并计算产率[对点训练](2021·辽宁等级考)Fe/Fe3O4磁性材料在很多领域具有应用前景，其制备过程如下(各步均在N2氛围中进行)：①称取9.95gFeCl2·4H2O(Mr＝199)，配成50mL溶液，转移至恒压滴液漏斗中。②向三颈烧瓶中加入100mL14mol·L－1KOH溶液。③持续磁力搅拌，将FeCl2溶液以2mL·min－1的速度全部滴入三颈烧瓶中，100℃下回流3h。④冷却后过滤，依次用热水和乙醇洗涤所得黑色沉淀，在40℃干燥。⑤管式炉内焙烧2h，得产品3.24g。部分装置如图：回答下列问题：(1)仪器a的名称是____；使用恒压滴液漏斗的原因是________________________。(2)实验室制取N2有多种方法，请根据元素化合物知识和氧化还原反应相关理论，结合下列供选试剂和装置，选出一种可行的方法，化学方程式为_______________，对应的装置为____(填标号)。可供选择的试剂：CuO(s)、NH3(g)、Cl2(g)、O2(g)、饱和NaNO2(aq)、饱和NH4Cl(aq)可供选择的发生装置(净化装置略去)：(3)三颈烧瓶中反应生成了Fe和Fe3O4，离子方程式为________________________。(4)为保证产品性能，需使其粒径适中、结晶度良好，可采取的措施有____。A．采用适宜的滴液速度B．用盐酸代替KOH溶液，抑制Fe2＋水解C．在空气氛围中制备D．选择适宜的焙烧温度(5)步骤④中判断沉淀是否已经用水洗涤干净，应选择的试剂为__________；使用乙醇洗涤的目的是________________________。(6)该实验所得磁性材料的产率为____(保留3位有效数字)。解析：(1)根据仪器的构造与用途可知，仪器a的名称是(球形)冷凝管；恒压滴液漏斗在使用过程中可保持气压平衡，使液体顺利流下。(3)三颈烧瓶中FeCl2溶液与100mL14mol·L－1KOH溶液发生反应生成了Fe和Fe3O4，根据氧化还原反应的规律可知，该反应的离子方程式为4Fe2＋＋8OH－===Fe↓＋Fe3O4↓＋4H2O；(4)结晶度受反应速率与温度的影响，所以为保证产品性能，需使其粒径适中、结晶度良好，可采取的措施有采用适宜的滴液速度、选择适宜的焙烧温度，A、D项符合题意；若用盐酸代替KOH溶液，生成的Fe和Fe3O4均会溶解在盐酸中，因此得不到该晶粒，故B不选；若在空气氛围中制备，则亚铁离子容易被空气氧化，故C不选。(5)因为反应后溶液中有氯离子，所以在步骤④中判断沉淀是否已经用水洗涤干净，需取最后一次洗涤液，加入稀硝酸酸化后，再加入硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，则证明已洗涤干净；乙醇易溶于水，易挥发，所以最后使用乙醇洗涤的目的是除去晶体表面水分，便于快速干燥。题型(二)以有机物的制备为主线的综合实验1．明确有机物实验中常用的操作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、沙浴加热防暴沸加沸石(碎瓷片)，防止溶液暴沸，若开始忘加沸石(碎瓷片)，需冷却后补加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。续表2．了解提纯有机物的常用流程制取的有机物中常含有一定量的杂质(无机物与有机物)，提纯时可根据杂质与制得有机物性质的差异设计实验进行分离提纯，常用的提纯流程如下：实验步骤：Ⅰ.安装反应装置，在四颈烧瓶中加入50mL水和3.18g碳酸钠，低速搅拌至碳酸钠溶解，缓慢加入9.48g(0.06mol)高锰酸钾，搅拌加热至35℃使之溶解，然后停止加热。Ⅱ.在继续搅拌下用仪器甲滴加3.2mL环己醇(0.031mol)，控制滴加速度，维持反应温度43～47℃，直至反应结束。Ⅲ.趁热抽滤，滤渣二氧化锰用少量热水洗涤3次，每次尽量挤压掉滤渣中的水分。Ⅳ.滤液用小火加热蒸发浓缩，冷却后再用浓盐酸酸化至pH为2～4。冷却析出晶体，抽滤后得粗产品。回答下列问题：(1)仪器甲的名称为________；碳酸钠在该实验中的作用是_____________；实验时冷凝水应从____(填“a”或“b”)口通入。(2)步骤Ⅱ中，在环己醇的滴加速度不同时，溶液温度随时间变化曲线如图所示。该反应的焓变ΔH____0(填“＞”或“＜”)；为保证产品纯度，应选择的滴速为____s/滴。该反应应严格控制反应温度，否则不但会影响产率，还可能会发生爆炸事故，故本实验适宜的加热方式为_____。(3)为证明反应已结束，在滤纸上点1滴反应混合物，若观察到_______，则表明反应已经完成。(4)称取己二酸样品0.2920g，用新煮沸的50mL热水溶解，滴入2滴酚酞溶液，用0.2000mol·L－1NaOH溶液滴定至终点，进行平行实验及空白实验后，消耗NaOH溶液的平均体积为19.70mL。①己二酸样品的纯度为____。②下列操作会导致产品纯度或测定结果偏低的是___。a．滴加环己醇的速度过快b．滴定管洗净后未用NaOH标准溶液润洗c．滴定时，开始时仰视读氢氧化钠溶液体积，结束时平视读数d．滴加氢氧化钠溶液时，开始时尖嘴处无气泡，结束时出现气泡[解析](1)仪器甲的名称为恒压滴液漏斗。碳酸钠提供弱碱性条件，使KMnO4生成固体MnO2，便于分离。仪器乙的作用是冷凝回流，冷却水应从b口进入，a口流出。(2)从图看，滴加环己醇后，溶液温度升高，滴加时间间隔越短，温度升高得越明显，所以该反应是放热反应，焓变ΔH＜0。温度过高，会发生副反应，目标产物的产率降低，故选择25s/滴。该反应温度需控制在43～47℃，故可采取水浴加热。(3)从反应物的加入量和反应方程式分析，可知KMnO4不足，则反应混合物滴在滤纸上不出现紫红色，则表明反应已经结束。(4)①己二酸是二元酸，与NaOH溶液反应存在如下关系，设己二酸质量为m，可列式如下：己二酸

～2NaOH146g2mol

m0.2000mol·L－1×0.0197L[答案](1)恒压滴液漏斗

提供弱碱性环境，使KMnO4生成MnO2，便于分离b(2)＜25水浴加热(3)未出现紫红色(4)①98.5%②acd[思维建模]

有机物制备实验题的解题模板分析制备流程盘点仪器装置关键点分析①识别常见实验仪器：蒸馏烧瓶、三颈烧瓶、恒压滴液漏斗、直形冷凝管(冷凝作用)、球形冷凝管(冷凝回流)；②熟悉常见的有机干燥剂：无水氯化钙、无水硫酸镁、无水硫酸钙、无水碳酸钾等；③了解常见的制备装置：回流装置、滴加蒸出装置；④了解有机反应的特点：副反应多。根据题目中的信息确定在该条件下的主要副反应，以便明确主要杂质，了解分离提纯的目的续表[对点训练]二茂铁[Fe(C5H5)2，Fe为＋2价]是最早被发现的夹心配合物，为橙色晶体，100℃以上升华，熔点为172℃，沸点为249℃，难溶于水，在空气中稳定，与酸、碱一般不反应。实验室中，先由二聚环戊二烯C10H12(沸点为170℃)热解聚制备环戊二烯C5H6(密度为0.88g·cm－3，熔点为－85℃，沸点为42.5℃)(图1)，然后制备二茂铁(图2)，最后纯化(图3)，夹持