山东省济南市2022届高三3月高考模拟考试(一模)(实验探究题)（ 含答案解析 ）

1.某实验小组用SiCl4和(CH3CO)2O合成四乙酸硅，装置如图所示(夹持装置略)，相关物质的性质如表所示：物质性质SiCl4无色油状液体，能剧烈水解生成硅酸和HCl乙酸酐[(CH3CO)2O]无色油状液体，吸湿性很强四乙酸硅[Si(CH3COO)4]米黄色晶体，可溶于苯，遇水会迅速水解，超过160℃时可分解成乙酸酐和二氧化硅乙酰氯(CH3COCl)无色油状液体，遇水剧烈反应回答下列问题：（1）仪器①的名称是____，管口A所接干燥管中盛装的试剂是____(填“P2O5”、“CaCl2”或“碱石灰”)。（2）检查上述装置气密性，具体操作为先向②中注入一定量的____(填“水”或“苯”)，然后密封管口A和B，打开旋塞⑥，若____(填现象)，则证明装置的气密性良好。（3）取255gSiCl4放入1L仪器①中，关闭旋塞⑥，再由分液漏斗滴入稍过量的乙酸酐，反应发生，放出大量的热，混合物略微带色，不久仪器①底部析出大颗粒晶体。写出制备四乙酸硅的化学方程式：____，该过程中，玻璃管③的管口必须保持在液面上方的原因是____。（4）待放置一段时间，用干冰—丙酮冷冻剂冷却，然后____(填具体操作)，小心缓慢地除去仪器①中的残留液体，接着再分两次由分液漏斗各滴入75mL左右的乙酸酐，再缓慢除去，最后得到335g精制的四乙酸硅，则四乙酸硅的产率为____%(保留到小数点后一位)。【答案】（1）①.三颈烧瓶(或三口烧瓶、三口瓶)②.碱石灰（2）①.苯②.②中液面保持不变（3）①.SiCl4+4(CH3CO)2O=Si(CH3COO)4+4CH3COCl②.防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口（4）①.将③的管口插入到液体中(或“插入到烧瓶底部”)，再慢慢打开旋塞②.84.6【解析】【分析】本实验的目的是以SiCl4、(CH3CO)2O为原料制取Si(CH3COO)4，由于反应物和产物都具有吸湿性，所以整个实验都应在干燥的环境中进行。【小问1详解】仪器①的名称是三颈烧瓶(或三口烧瓶、三口瓶)，管口A所接干燥管中所盛试剂，既能吸收水蒸气，又能吸收酸性气体，所以盛装的试剂是碱石灰。答案为：三颈烧瓶(或三口烧瓶、三口瓶)；碱石灰；【小问2详解】因为整个装置内应为无水环境，所以检查上述装置气密性，应先向②中注入一定量的苯，然后密封管口A和B，打开旋塞⑥，若②中液面保持不变，则证明装置的气密性良好。答案为：苯；②中液面保持不变；【小问3详解】制备四乙酸硅时，采用SiCl4、(CH3CO)2O为原料，二者发生置换反应，生成Si(CH3COO)4和CH3COCl，化学方程式为：SiCl4+4(CH3CO)2O=Si(CH3COO)4+4CH3COCl，因为Si(CH3COO)4为米黄色晶体，易堵塞导管，所以该过程中，玻璃管③的管口必须保持在液面上方，其原因是：防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口。答案为：SiCl4+4(CH3CO)2O=Si(CH3COO)4+4CH3COCl；防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口；小问4详解】为确保三颈烧瓶内的无水状态，可将三颈烧瓶内液体抽出。即将③的管口插入到液体中(或“插入到烧瓶底部”)，再慢慢打开旋塞，小心缓慢地除去仪器①中的残留液体。理论上，m[Si(CH3COO)4]=，则四乙酸硅的产率为。答案为：将③的管口插入到液体中(或“插入到烧瓶底部”)，再慢慢打开旋塞；84.6。【点睛】分两次由分液漏斗各滴入75mL左右的乙酸酐的目的，是将SiCl4全部转化为四乙酸硅。2.醇脱水是合成烯烃的常用方法，实验室合成环己烯的反应和实验装置如下。反应：装置：本实验可能用到的有关数据：相对分子质量密度/(g/cm3)沸点/℃溶解性环己醇1000.9618161微溶于水环己烯820.810283难溶于水合成反应：在a中加入20g环己醇和2小片碎瓷片，冷却搅动下慢慢加入1mL浓硫酸。b中通入冷却水后，开始缓慢加热a，控制馏出物的温度。分离提纯：反应粗产物倒入分液漏斗中分别用少量5%Na2CO3溶液和水洗涤，分离后加入无水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙。最终通过蒸馏得到纯净环己烯10g。回答下列问题：（1）装置a、b的名称分别是_______、_______。（2）a装置中要加入碎瓷片，如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应该采取的正确操作是_______(填选项)。A.立即补加 B.不需补加 C.冷却后补加 D.重新配料（3）本实验合成反应中控制馏出物的温度不宜超过_______(填选项)。A.100℃ B.90℃ C.80℃ D.50℃（4）本实验中最容易产生的副产物的结构简式为_______。（5）本实验分离提纯过程中，产物应该从分液漏斗的_______(填“上口倒出”或“下口放出”)。（6）分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是_______。（7）本实验所得到的环己烯的产率百分数是_______。(保留两位有效数字)【答案】（1）①.蒸馏烧瓶②.直形冷凝管（2）C（3）C（4）（5）上口倒出（6）干燥(或除水除醇)（7）50%【解析】【分析】环己醇在浓硫酸作催化剂的条件下发生消去反应生成环己烯；加热过程中应加入碎瓷片防止暴沸，醇在消去的过程中会产生副产物醚类；分离产物时，由于环己烯的密度比水的密度小，应从上口倒出；根据计算环己烯产率。【小问1详解】仪器a、b分别为蒸馏烧瓶、直形冷凝管；【小问2详解】加入碎瓷片的作用是防止有机物在加热时发生暴沸；如果在加热时发现忘记加碎瓷片，这时必须停止加热，待冷却后补加碎瓷片，故选C；【小问3详解】环己醇沸点161℃、环己烯沸点83℃，故在合成反应中要控制温度不能超过83℃，故选C；【小问4详解】在浓硫酸加热条件下醇分子间容易发生脱水反应生成醚类化合物，反应的化学方程式为2+H2O，故本实验中最容易产生的副产物的结构简式为；【小问5详解】在本实验分离过程中，产物环己烯的密度比水小，与水互不相溶，所以应该从分液漏斗的上口倒出，故答案为：上口倒出；【小问6详解】加入无水氯化钙可以除去水(做干燥剂)和除去环己醇(因为乙醇可以和氯化钙反应，类比推知，环己醇和氯化钙也可以反应)，因此分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是干燥(或除水除醇)；【小问7详解】20g环己醇的物质的量为=0.2mol，理论上生成环己烯的物质的量为0.2mol，环己烯的质量为0.2mol×82g·mol-1=16.4g，实际得到环己烯的质量为8.2g，则产率为×100%=50%。3.柠檬酸三正丁酯是微溶于水的无色油状液体，因其无毒、挥发性小的性质可作为环保型增塑剂。实验室制备柠檬酸三正丁酯的原理、装置如下：相关反应物及产物的参数如下表：物质相对分子质量密度沸点(℃)溶解性柠檬酸1921.54175(分解)易溶于水，易溶于醇等有机溶剂正丁醇740.81118微溶于水柠檬酸三正丁酯3601.05225微溶于水，易溶于醇等有机溶剂制备和提纯步骤如下：①将浓硫酸、19.2g柠檬酸和过量的正丁醇等按一定顺序加入到仪器A中；②加热仪器A中反应液至，待反应完成后停止加热；③待仪器A中液体冷却后，用5%的溶液洗涤并分液；④有机层通过_______操作回收正丁醇；⑤粗产品显淡黄色，依次加入无水氯化钙和活性炭并过滤后得到纯度较高的产品。请回答下列问题：（1）仪器A的名称是_______，仪器B的进水口是_______。仪器A中加入正丁醇、浓硫酸、柠檬酸等三种试剂前，需要加入_______。（2）步骤②中加热仪器A可采用_______(填“水浴加热”、“沙浴加热”或“油浴加热”)（3）步骤④中分离正丁醇与柠檬酸三正丁酯的方法是_______。（4）分水器的作用是不断分离出反应生成的水使反应正向进行，同时上层的液体会回流到仪器A中，则反应时将生成的水放出操作是_______；（5）该实验中柠檬酸三正丁酯的产率为_______。(保留三位有效数字)【答案】（1）①.圆底烧瓶②.b③.沸石或碎瓷片（2）油浴加热（3）(减压)蒸馏（4）打开分水器下端的活塞，待水层放出后，迅速关闭活塞（5）75.0%【解析】【小问1详解】由装置可知，仪器A的名称为：圆底烧瓶；冷凝管的进水方向为下口进，上口出，所以进水口为b；仪器A中加入正丁醇、浓硫酸、柠檬酸等三种试剂前，需要加入沸石或碎瓷片防止液体暴沸；【小问2详解】仪器A中反应温度为，所以采用的加热方式为：油浴加热；【小问3详解】正丁醇与柠檬酸三正丁酯沸点不同，所以分离正丁醇与柠檬酸三正丁酯用蒸馏或减压蒸馏的方法；【小问4详解】分水器的作用是不断分离出反应生成的水，反应时将生成的水放出操作是：打开分水器下端的活塞，待水层放出后，迅速关闭活塞；【小问5详解】19.2g柠檬酸物质的量为0.1mol，生成0.1mol柠檬酸三正丁酯，质量为36.0g，则柠檬酸三正丁酯的产率为。4.环己基氯为无色液体，不溶于水，常用于合成橡胶防焦剂、杀虫剂三环锡、抗癫痫剂等。请回答下列问题：Ⅰ．有两种方法可制备环己基氯：①环己烷氯化法：；②环己烯氯化氢加成法：。（1）工业生产多采用方法②制备环己基氯，原因是_______。Ⅱ．某化学兴趣小组用如图所示装置模拟I中方法②制备环己基氯：步骤如下：在仪器c中加入35mL(0.35mol)环己烯、3g催化剂，搅拌升温。打开仪器a的活塞，向c中加入105mL30%(约1mol)的盐酸，调节反应温度为75℃，搅拌1.5h，待反应结束，冷却，将反应液转移至分液漏斗中，静置分层。弃去水层，分别使用饱和氯化钠溶液和碳酸钠溶液洗涤有机层2次。用无水氯化钙干燥，蒸馏得产品30.81g。（2）仪器c的名称是_______，仪器b的进水口是_______(填“上口”或“下口”)。（3）仪器a中支管的作用是_______。（4）使用碳酸钠溶液洗涤的目的是_______。（5）和都可以作该反应的催化剂，但在工业生产中常用，其原因是_______(从安全环保角度考虑)。（6）该实验中环己基氯的产率为_______(保留三位有效数字)。【答案】（1）方法①副产物多，产品分离困难，方法②原子利用率高或其他合理答案（2）①.三颈烧瓶②.下口（3）平衡气压，使液体顺利流下（4）除去残留的酸（5）有毒，会对人体健康造成危害，并且污染环境或其他合理答案（6）74.3%【解析】【分析】用环己烯和盐酸在加热和催化剂条件下制取环己基氯，反应结束弃去水层后用饱和氯化钠溶液洗去大部分没有反应的盐酸，再用碳酸钠溶液洗去残余的盐酸，然后用无水氯化钙干燥除水，最后蒸馏除去环己烯，得到产品。【小问1详解】方法①除了得到产品，还生成氯化氢，副产物多，产品分离困难，且使用了有毒的原料氯气，方法②是加成反应，原子利用率100%，所以工业生产多采用方法②制备环己基氯。【小问2详解】根据仪器构造可知，仪器c是三颈烧瓶，为了保证冷凝效果，冷凝管应从下口进水。【小问3详解】仪器a中的支管连通了恒压滴液漏斗和三颈烧瓶，可以平衡气压，使液体顺利流下。【小问4详解】由以上分析可知，使用碳酸钠溶液洗涤的目的是除去残留的酸。小问5详解】Cd是重金属，其离子能使蛋白质变性，会对人体健康造成危害，并且污染环境，所以在工业生产中常用Zn−Cu/ZrO2做催化剂，而不用CdCl2。【小问6详解】0.35mol环己烯和1molHCl发生反应②，HCl是过量的，所以理论上生成的环己基氯的物质的量为0.35mol，质量为0.35mol×118.5g/mol=41.475g，则环己基氯的产率为74.3%。5.乙酰苯胺是磺胺类药物的原料，可用作止痛剂、退热剂、防腐剂和染料中间体。名称相对分子质量性状密度熔点/℃沸点/℃溶解度苯胺93无色油状液体，有还原性、碱性1.02184微溶于水易溶于乙醇、乙醚、苯乙酸60无色液体1.0516.7118.1易溶于水易溶于乙醇、乙醚135白色晶体304乙酰苯胺1.22115微溶于冷水，溶于热水易溶于乙醇、乙醚反应方程式：+CH3COOH+H2O在A中加入苯胺、冰醋酸及少许锌粉，装上刺形分馏柱(图中仪器B，用于沸点差别不太大的混合物的分离)和温度计，支管通过蒸馏装置与接收瓶相连。用小火加热A，使反应物保持微沸约。逐渐升高温度，当温度计读数达到左右时，有液体馏出。维持温度在之间反应约1小时。温度计读数下降，表示反应已经完成。在搅拌下趁热将反应物倒入冰水中，冷却后抽滤所析出的固体，用冷水洗涤，烘干。请回答：（1）仪器C的名称是_______。（2）加入粉的作用是_______。锌粉几乎不与纯乙酸反应，但随着上述制备反应的进行而会消耗乙酸，原因是_______。（3）温度高于，可能引起的不良后果有_______(选数字序号)。①产生大量副产物②乙酸大量挥发，降低产率③乙酰苯胺熔化（4）设计“边加热边蒸馏”的目的是及时移走生成的_______(填物质名称)，以提高产率。而实际收集的液体远多于理论量，可能的原因是_______。（5）将反应液倒入冰水的作用是_______。（6）判断白色片状晶体烘干完全的实验方法是_______。（7）经过重结晶、干燥，得到乙酰苯胺产品，实验的产率是_______(保留3位有效数字)。【答案】（1）直形冷凝管（2）①.作还原剂，防止苯胺被氧化②.纯乙酸不电离，反应过程有水生成，形成乙酸溶液，乙酸电离出氢离子，导致锌和乙酸反应（3）①②（4）①.水②.有部分乙酸挥发（5）降低乙酰苯胺溶解度（6）两次称量的质量差小于（7）【解析】【分析】A中加入苯胺、冰醋酸及少许锌粉，逐渐升高温度，维持温度在之间反应约1小时，反应完成后，在搅拌下趁热将反应物倒入冰水中，冷却后抽滤所析出的固体，用冷水洗涤，烘干，经过重结晶、干燥，得到乙酰苯胺产品；【小问1详解】仪器C的名称是直形冷凝管；【小问2详解】已知苯胺有还原性、碱性，则易被氧化，加入粉的作用是作还原剂，防止苯胺被氧化。锌粉几乎不与纯乙酸反应，但锌会和乙酸溶液中电离出的氢离子生成氢气，随着上述制备反应的进行而会消耗乙酸，反应过程有水生成，形成乙酸溶液，乙酸电离出氢离子，导致和锌反应；【小问3详解】温度高于，可能发生副反应导致生成副产物；乙酸沸点118.1℃，温度过高导致乙酸挥发，降低了生成物产率；乙酰苯胺能溶于热水，温度升高后乙酰苯胺以分子形式溶解；故选①②；【小问4详解】水的沸点为100℃，维持温度在之间反应，目的是及时移走生成的水，促使反应正向移动，以提高产率。物质中的乙酸具有挥发性，蒸出的馏分中含有部分乙酸，导致实际收集的液体远多于理论量；【小问5详解】乙酰苯胺微溶于冷水，溶于热水，将反应液倒入冰水的作用是降低乙酰苯胺溶解度；【小问6详解】随着烘干的进行，固体质量会减小，若两次称量的质量差小于，则可以说明烘干完全；【小问7详解】苯胺为、冰醋酸为，则乙酸过量，若苯胺完全反应生成0.0548mol乙酰苯胺，故得到乙酰苯胺产品，实验的产率是6.草酸(H2C2O4)及其盐类化合物在化学工业中有重要作用。请回答下列问题：（1）实验室中可以在用浓硝酸在硝酸汞催化下氧化乙炔(C2H2)气体来制备草酸。其主要装置如图所示。的电子式为_______；仪器X的名称为_______；装置中浓硝酸的还原产物为，生成草酸的化学方程式为_______，若反应温度高于，生成草酸的速率会减慢，主要原因是_______。（2）三草酸合铁酸钾为绿色晶体，溶于水，难溶于乙醇，可作有机反应的催化剂。某实验小组用为原料制备三草酸合铁酸钾的步骤如下：①称取晶体，溶解，加硫酸酸化，边搅拌边加入溶液，静置，析出黄色的沉淀，过滤并洗涤沉淀3次。②将上述沉淀溶解在饱和草酸钾溶液中，再加入饱和溶液，保持溶液温度为，缓慢滴加溶液，不断搅拌，沉淀慢慢变为深棕色；加热至沸腾，再加入草酸溶液，控制为，变为绿色透明的三草酸合铁酸钾溶液。③加热浓缩，缓慢加入95%的乙醇，冷却结晶、过滤，洗涤晶体次，干燥、称量。其中生成的化学方程式为_______；保持溶液温度为所采用的加热方式是_______，加热至沸腾的目的是_______；洗涤晶体所用试剂为_______。（3）制得的三草酸合铁酸钾晶体中往往会混有少量草酸。为测定的纯度，进行如下实验：称取样品，加稀硫酸溶解后配成溶液。取配制的溶液，用浓度为的溶液滴定至终点时消耗溶液，已知：，样品中的质量分数为_______(结果保留三位有效数字)。【答案】（1）①.②.球形冷凝管③.④.温度高于时，硝酸会大量挥发和分解，浓度降低（2）①.②.水浴加热③.使过量的分解，以防其氧化(或)④.95%的乙醇（3）91.6%【解析】【分析】由题意可知，该实验的实验目的是在硝酸汞做催化剂条件下乙炔和硝酸共热反应制备草酸，反应生成的草酸与摩尔盐反应制备三草酸合铁酸钾，并用滴定的方法测定三草酸合铁酸钾的纯度。【小问1详解】乙炔是共价化合物，电子式为；由实验装置图可知，仪器X为球形冷凝管；由分析可知，装置中生成草酸的反应为在硝酸汞做催化剂条件下乙炔和硝酸共热反应生成草酸、二氧化氮和水，反应化学方程式为；若反应温度高于50℃，硝酸会大量挥发和分解，浓度降低会生成草酸的速率会减慢，故答案为：；球形冷凝管；；温度高于时，硝酸会大量挥发和分解，浓度降低；【小问2详解】由题意可知，生成沉淀的反应为硫酸亚铁铵溶液与草酸溶液反应生成沉淀和硫酸氢铵，反应的化学方程式为；由反应温度低于100℃可知，应采用水浴加热的方法保持溶液温度为40℃；过氧化氢具有氧化性，能将溶液中的草酸根离子和草酸氧化，所以实验时应加热至沸腾30min使过氧化氢受热分解，防止草酸根离子和草酸被氧化；由三草酸合铁酸钾溶于水，难溶于乙醇可知，用的乙醇洗涤，可以洗去盐表面的杂质离子，同时防止产品溶解造成损失，故答案为：；水浴加热；使过量的分解，以防其氧化(或)；95%的乙醇；【小问3详解】设样品中含有草酸xmol，三草酸合铁酸钾ymol，由样品的质量可得90x+491y=10.72，由方程式可得关系式、，由消耗高锰酸钾溶液的体积可得，解联立方程可得x=0.01、y=0.02，则，所以样品中的质量分数为，故答案为：91.6%。7.苯甲酸乙酯制备原理：苯甲酸和乙醇在浓硫酸的催化下进行酯化反应，可以生成苯甲酸乙酯与水。由于苯甲酸乙酯的沸点较高，很难蒸出，所以本实验采用加入环己烷的方法，使环己烷、乙醇和水形成三元共沸物，其沸点为62.1℃。三元共沸物经过冷凝回流形成两相，其中环己烷在上层的比例大，再流回反应瓶；水在下层的比例大，放出下层即可除去反应生成的水。装置图：试剂相对分子质量密度(g/cm3)沸点/℃在水中的溶解性乙醇460.789378.5易溶苯甲酸1221.2659249微溶环己烷840.778580难溶乙醚740.731834.51难溶苯甲酸乙酯1501.05211~213微溶实验步骤：①加料：在50mL圆底烧瓶中加入6.1g苯甲酸、13mL乙醇、10mL环己烷、2.0mL浓硫酸，摇匀，加沸石。按照装置图左图组装好仪器(安装分水器，分水器上端接一冷凝管)，从分水器上端小心加水至分水器支管处，然后再放去一部分水使液面离分水器支管口约0.5cm。②分水回流：将烧瓶在水浴上加热回流，开始时回流速度要慢。随着回流进行，分水器中出现了上、中、下三层液体。当中、下层接近分水器支管时，将中、下层液体放入量筒中。③中和：将反应液倒入盛有30mL水的烧杯中，分批加入碳酸钠粉末至溶液呈中性(或弱碱性)，无二氧化碳逸出，用pH试纸检验。④分离萃取、干燥、蒸馏：用分液漏斗分出有机层，将水层溶液用25mL乙醚萃取，然后合并至有机层。用无水MgSO4干燥，对粗产物进行蒸馏，低温蒸出乙醚。当温度超过140℃时，直接接收一定温度下的馏分，得产品约5.7mL。回答下列问题：（1）反应容器中制取苯甲酸乙酯的化学方程式为___________，装置图