题型突破(二) 2 有机综合实验-2025版世纪金榜二轮化学收官专项辅导与训练

2有机综合实验研真题·明考向1.(2024·黑、吉、辽选择考·17)某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下:Ⅰ.向50mL烧瓶中分别加入5.7mL乙酸(100mmol)、8.8mL乙醇(150mmol)、1.4gNaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。Ⅱ.加热回流50min后,反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78℃馏分,得无色液体6.60g,色谱检测纯度为98.0%。回答下列问题:(1)NaHSO4在反应中起__________作用,用其代替浓H2SO4的优点是______________________(答出一条即可)。

(2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可________________。

(3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是__________(填标号)。

A.无需分离B.增大该反应平衡常数C.起到沸石作用,防止暴沸D.不影响甲基紫指示反应进程(4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是__________(填名称)。

(5)该实验乙酸乙酯的产率为__________(精确至0.1%)。

(6)若改用C2H518OH作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为__________(精确至1)[审题流程][解题指导]步骤一:获取实验信息实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化步骤二:把握制取方案用5.7mL乙酸(100mmol)、8.8mL乙醇(150mmol)、1.4gNaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。加热回流步骤三:理解除杂方法用饱和Na2CO3溶液除去乙酸,用无水MgSO4除去水,蒸馏收集73~78℃馏分获得产品【解析】乙酸与过量乙醇在一定温度下、硫酸氢钠作催化剂、甲基紫的乙醇溶液和变色硅胶作指示剂的条件下反应制取乙酸乙酯,用饱和碳酸钠溶液除去其中的乙酸至无二氧化碳逸出,分离出有机相,洗涤、加无水硫酸镁后过滤,滤液蒸馏时收集73~78℃馏分,得纯度为98.0%的乙酸乙酯6.60g。(1)该实验可实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,用浓H2SO4时,浓H2SO4的作用是作催化剂和吸水剂,所以NaHSO4在反应中起催化剂作用;浓H2SO4还具有强氧化性和脱水性,用浓H2SO4在加热条件下反应时,可能发生副反应,且浓H2SO4的还原产物二氧化硫为有毒气体,所以用NaHSO4代替浓H2SO4的优点是副产物少,可绿色制备乙酸乙酯,无有毒气体二氧化硫产生。(2)变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可吸收生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。(3)A.若向反应液中直接加入变色硅胶,则反应后需要过滤出硅胶,而使用小孔冷凝柱承载则无需分离,故A正确;B.反应的平衡常数只与温度有关,故不能增大该反应平衡常数,故B错误;C.使用小孔冷凝柱承载并没有将变色硅胶加入溶液中,不能起到沸石作用,不能防止暴沸,故C错误;D.由题中“反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热”可知,若向反应液中直接加入变色硅胶,则变色硅胶由蓝色变为粉红色,会影响观察反应液的颜色变化,所以使用小孔冷凝柱承载不影响甲基紫指示反应进程,故D正确。(4)容量瓶用于配制一定物质的量浓度的溶液,分离有机相和洗涤有机相不需要容量瓶;漏斗用于固液分离,分离有机相和洗涤有机相不需要漏斗;分离液态有机相和洗涤液态有机相也不需要洗气瓶;分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是分液漏斗。(5)由反应CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O可知,100mmol乙酸与150mmol乙醇反应时,理论上可获得的乙酸乙酯的质量为0.1mol×88g·mol-1=8.8g,则该实验乙酸乙酯的产率为6.60(6)若改用C2H518OH作为反应物进行反应,则因为CH3COOH+CH3CH218OHCH3CO18OC2H5+H2O,生成的乙酸乙酯的摩尔质量为90g·mol-1,答案:(1)催化无有毒气体二氧化硫产生(合理即可)(2)吸收生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率(3)AD(4)分液漏斗(5)73.5%(6)90【真题拓展】根据本题解答下列问题:(1)实验方案Ⅳ中的无水MgSO4也可以用__________代替。

提示:无水硫酸钠。(2)实验方案Ⅲ中饱和Na2CO3溶液________(填“能”或“不能”)用饱和NaOH溶液代替。

提示:不能。饱和NaOH溶液碱性强,易使乙酸乙酯水解。2.(2024·新课标卷·28)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下:实验装置如图所示,将100mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5℃,密度:0.737g·cm-3)与100mmol4-甲氧基苯胺(熔点:57℃)放入①中,搅拌。待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。回答下列问题:(1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为________(填名称)。

(2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是________;仪器②的名称是________。

(3)“搅拌”的作用是____________________。

(4)“加热”方式为____________________。

(5)使用的“脱色剂”是______________。

(6)“趁热过滤”的目的是________;用________洗涤白色固体。

(7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是______________。

[审题流程][解题指导]步骤一:获取实验信息合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯的反应和方法,产品颜色,相关物质熔点、密度步骤二:把握制取方案己-2,5-二酮与4-甲氧基苯胺混合,搅拌步骤三:理解除杂方法用50%的乙醇溶液降低溶解度使之析出,加热至65℃使之溶解,用脱色剂除去颜色,利用回流、趁热过滤、冰水浴冷却等方法得到产品【解析】将100mmol己-2,5-二酮(熔点:-5.5℃,密度:0.737g·cm-3)与100mmol4-甲氧基苯胺(熔点:57℃)放入两颈烧瓶中,利用球形冷凝管进行冷凝回流提高原料利用率,通过搅拌来提高反应速率,待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品),加热至65℃,至固体溶解,加入脱色剂(脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,如活性炭),回流20min,趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出,经过滤、洗涤、干燥得到产品。(1)己-2,5-二酮的摩尔质量为114g·mol-1,根据题中所给数据可知,所需己-2,5-二酮的体积为100×10-3mol×114g(2)③为铁架台;仪器②用于冷凝回流,为球形冷凝管。(3)己-2,5-二酮的熔点为-5.5℃,常温下为液体,4-甲氧基苯胺的熔点为57℃,常温下为固体,搅拌可使固液反应物充分接触,加快反应速率。(4)由题给信息“加热至65℃”可知,应用水浴加热,这样便于控制温度,且受热更均匀。(5)“脱色剂”的作用是吸附反应过程中产生的有色物质,结合题中信息,加入“脱色剂”后回流,趁热过滤,保留滤液,即“脱色剂”为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,所以可以选用活性炭作脱色剂。(6)由题给信息可知,产品吡咯X为白色固体,加热至65℃可溶解在50%的乙醇溶液中,所以需趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,防止产品结晶损失,提高产率;由加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品)可知,常温下产品不溶于50%的乙醇溶液,所以为减少溶解损失,洗涤时可用50%的乙醇溶液。(7)由产品的分离提纯过程可知,若需进一步提纯,可采用的方法为重结晶。答案:(1)酸式滴定管(2)铁架台球形冷凝管(3)使固液反应物充分接触,加快反应速率(4)水浴加热(5)活性炭(6)防止产品结晶损失,提高产率50%的乙醇溶液(7)重结晶建模板·塑思维1.有机物制备的思维流程2.提纯有机物的常用流程练模拟·提素养1.(2024·泰安模拟)苯乙酮是一种重要的化工原料,可用于制造香皂和塑料的增塑剂。实验室可用苯和乙酸酐[(CH3CO)2O]为原料,在无水AlCl3催化下加热制得:+(CH3CO)2O+CH3COOH过程中还有CH3COOH+AlCl3→CH3COOAlCl2+HCl↑等副反应发生。实验室可按下列步骤,用图一、图二装置分别进行制备和分离提纯。名称相对分子质量熔点/℃沸点/℃密度/g·cm-3溶解度乙酸酐102-731401.082微溶于水,易水解苯785.580.50.879不溶于水苯乙酮12020.52021.028微溶于水①向仪器A中迅速加入13g粉状无水AlCl3和0.18mol无水苯。在搅拌下将0.04mol乙酸酐慢慢滴加到A中,严格控制滴加速率,必要时用冷水冷却,待反应缓和后,在70~80℃下加热回流1小时,直至无HCl气体逸出为止。②将反应混合物冷却到室温,倒入含盐酸的冰水中使胶状物完全溶解。③再将混合物转入分液漏斗中,分出有机层,水层用苯萃取两次(每次8mL),合并有机层,依次用15mL10%NaOH溶液、15mL水洗涤,再用无水MgSO4干燥。④将苯乙酮粗产品放入蒸馏烧瓶中,先用水浴法蒸馏回收物质B,稍冷后改用空气冷凝管蒸馏收集馏分,产量约4.2g。回答下列问题:(1)盛装乙酸酐的仪器名称是__________。步骤①要逐滴滴加乙酸酐的原因是_________。

(2)图一装置中无水CaCl2的作用是_________。

(3)步骤②中水层用苯萃取两次(每次8mL),而不萃取一次(16mL)的目的是__________________________。步骤③中用15mL10%的NaOH溶液洗涤主要是为了除去__________(填物质名称)。

(4)步骤④中水浴法蒸馏回收的物质B为___________。

(5)本实验为收集产品用了减压蒸馏装置,如图二所示,其中毛细管的作用是_______________,减压蒸馏中需要控制一定温度,应该为__________(填序号)。

A.202℃B.220℃C.175℃(6)本次实验苯乙酮的产率为____________。

【解析】(1)据盛装乙酸酐的仪器构造可知,其名称是恒压滴液漏斗;若加乙酸酐时太快,则可能导致反应太剧烈,反应液升温过快而导致生成更多的副产物,所以步骤①要逐滴滴加乙酸酐的原因是防止反应太剧烈,反应液升温过快导致生成更多的副产物。(2)乙酸酐微溶于水、易水解,CaCl2能吸收水蒸气,所以图一装置中无水CaCl2的作用是防止水蒸气进入烧瓶中使乙酸酐水解,影响产率。(3)步骤②中水层用苯萃取两次(每次8mL),而不萃取一次(16mL)的目的是提高苯乙酮的萃取率;混合物中含有盐酸和醋酸,步骤③中用15mL10%的NaOH溶液洗涤主要是为了除去盐酸和醋酸。(4)苯的沸点为80.5℃、苯乙酮的沸点为202℃,苯和苯乙酮沸点差异较大,且苯的沸点较低,所以步骤④中水浴法蒸馏回收的物质B为苯。(5)该装置中未添加沸石,其中毛细管的作用是在减压蒸馏过程中在液体中形成气化中心,防止液体因过热而产生暴沸;减压蒸馏中需要控制温度,且温度应该控制的比苯乙酮的沸点低,而比其他杂质沸点高。(6)由反应+(CH3CO)2O+CH3COOH可知,0.18mol无水苯和0.04mol乙酸酐反应时,无水苯过量,乙酸酐完全反应,则理论上生成的苯乙酮的物质的量为0.04mol,所以本次实验苯乙酮的产率为4.2g100%=87.5%。答案:(1)恒压滴液漏斗防止反应太剧烈,反应液升温过快导致生成更多的副产物(2)防止水蒸气进入烧瓶中使乙酸酐水解,影响产率(3)提高苯乙酮的萃取率盐酸和醋酸(4)苯(5)提供气化中心,防止暴沸C(6)87.5%2.市售食用油中常添加叔丁基对苯二酚(TBHQ)作抗氧化剂。实验室制备TBHQ的原理:+(CH3)3COH+H2O实验步骤:①在图1装置的三颈烧瓶中依次加入1.1g对苯二酚、8mL85%磷酸和10mL甲苯。②用热水浴加热使反应瓶中混合物升温至90℃,用仪器B向反应瓶中分批滴加1mL叔丁醇(密度为0.775g·cm-3,沸点83℃),控制温度在90~95℃搅拌20min,直至混合物中的固体全部溶解。③趁热将反应物转入分液漏斗中,分出磷酸层,向有机层加入10mL水,进行水蒸气蒸馏,如图2所示。蒸馏完毕,将剩余物趁热过滤,弃去不溶物,如图3所示。滤液转入烧杯中,若剩余液体体积不足10mL,应补加热水,使产物被热水所提取。④将滤液在冰浴中冷却,析出白色晶体,抽滤,并用少量冷水洗涤两次,在氮气中干燥。得到1g产品。已知几种物质的熔点、沸点如表所示。物质甲苯对苯二酚叔丁基对苯二酚磷酸甲苯-水共沸物熔点/℃-94175.512842.35—沸点/℃110.6328627321384.1回答下列问题:(1)仪器B的名称是________,三颈烧瓶宜选择的规格是________(填标号)。

A.50mLB.100mLC.200mLD.500mL(2)本实验中甲苯的作用是______________,步骤②中分批加入叔丁醇的目的是__________________________。

(3)步骤③中用水蒸气蒸馏的目的是___________________________,

蒸馏终点的现象是_________________________。

(4)步骤③趁热过滤的目的是______________________。

(5)如果图3锥形瓶内壁有白色晶体析出,需采取的措施是_____________。步骤④“在氮气中干燥”的优点是_____________。

(6)TBHQ的产率为________%(保留3位有效数字)。

【解析】(1)仪器B的名称为恒压滴液漏斗;前两步共加入8mL85%磷酸、10mL甲苯、1mL叔丁醇,三颈烧瓶中液体的体积通常为烧瓶容积的13~12,因此选择(2)从化学方程式可知,甲苯并未参与反应,用作溶剂;分批加入叔丁醇,可以控制反应速率,减少可能发生的副反应,提高原料利用率。(3)甲苯-水共沸物沸点为84.1℃,最先被蒸出,因此水蒸气蒸馏可除去甲苯;甲苯除净后,锥形瓶中油层不再增厚。(4)趁热过滤是为了除去不溶性物质,如果温度降低,产品可能提前析出,导致产率降低。(5)若晶体析出在锥形瓶内壁上,可加热使之溶解后再收集;产品中含有酚羟基,易被氧气氧化,因此在氮气中干燥可以避免产品被氧化。(6)1.1g对苯二酚的物质的量为0.01mol,1mL叔丁醇物质的量经计算大于0.01mol,因此需要根据对苯二酚计算理论产量,理论产量=0.01mol×166g·mol-1=1.66g,产率=11.答案:(1)恒压滴液漏斗A(2)作溶剂避免反应过快,产生副产物(3)除去甲苯锥形瓶中油层不再增厚(4)避免产品结晶析出,造成产品损失(5)加热锥形瓶,使晶体重新溶解避免产品被氧化(6)60.23.苯甲醇与苯甲酸是重要的化工原料,可通过苯甲醛在氢氧化钠水溶液中的歧化反应制得,某研究小组在实验室制备苯甲醇与苯甲酸,并测定苯甲酸的纯度。Ⅰ.制备反应原理及反应结束后对反应液的处理步骤如下:2+NaOH+相关物质的性质如表所示:名称相对分子质量熔点℃沸点℃溶解性其他苯甲醇108-15.3204.7在水中溶解度较小,易溶于乙醚、乙醇加热时易发生分子间脱水成醚苯甲酸122122.4(100℃左右开始升华)249微溶于冷水,易溶于乙醇、热水毒性较小已知:苯甲醛在空气中极易被氧化,生成白色固体苯甲酸。请根据以上信息,回答下列问题(如图夹持仪器已省略):(1)反应所使用的苯甲醛需要新蒸馏的原因是____________。

(2)关于制备、提纯过程下列说法正确的是____________(填字母)。

A.步骤Ⅰ:可用乙醚作为萃取剂B.步骤Ⅱ:可用无水MgSO4作干燥剂C.步骤Ⅳ:后面的操作为热水溶解、加入活性炭脱色、冷却结晶D.步骤Ⅴ:产品宜用冷水洗涤E.步骤Ⅴ:产品可用酒精灯、沸水浴加热烘干(3)该小组拟用图中所示装置进行步骤Ⅲ,装置a应选用__________(从图中A、B、C中选填,写仪器名称),蒸馏时宜选用减压蒸馏,优点是_________(任写一点)。

(4)步骤Ⅳ不使用试纸或其他试剂,判断盐酸已足量的实验方法是_________。

Ⅱ.苯甲酸的纯度测定:(5)为精确测定产品纯度,拟用以下实验方案:称取mg样品,溶于过量的V1mL浓度为0.1mol·L-1的氢氧化钾溶液中,滴加几滴酚酞溶液,摇匀,用0.1mol·L-1盐酸滴定,达到滴定终点,记录耗酸体积。做3组平行实验,所消耗盐酸的平均体积为V2mL。①滴定终点现象是_________________。

②产品的纯度是________%。

【解析】(1)反应所使用的苯甲醛需要新蒸馏的原因是苯