02第46讲物质制备综合实验【正文】听课手册

第46讲物质制备综合实验掌握物质制备型综合实验试题的分析和方案设计、评价与改进;能根据反应原理选取实验装置制取物质。考点一气体的制备一、常见气体的实验室制备原理(1)实验室中用稀H2SO4与锌制备H2的离子方程式为 。

(2)实验室中用NaNO2溶液和NH4Cl溶液,在加热条件下制备N2的化学方程式为

。

(3)实验室中用KClO3制备O2的化学方程式为 。用KMnO4制备O2的化学方程式为

。

(4)实验室中用H2O2制备O2的化学方程式为

。用Na2O2与水反应制备O2的化学方程式为

。

(5)实验室中用MnO2制备Cl2的化学方程式为

。

(6)实验室中用KMnO4制备Cl2的化学方程式为 。

(7)实验室中用醋酸钠固体与NaOH固体加热条件下制备CH4的化学方程式为

。

(8)实验室中制备C2H4的化学方程式为

。

(9)实验室中用电石制备C2H2的化学方程式为 。

(10)实验室中用Ca(OH)2固体制备NH3的化学方程式为 。

(11)实验室中用NaOH固体和浓氨水制备NH3的原理为

。

(12)实验室中用生石灰和浓氨水制备NH3的化学方程式为 。

(13)实验室中用FeS制备H2S的化学方程式为

。

(14)实验室中用NaCl固体与浓硫酸制备HCl的化学方程式为。

(15)实验室中用大理石制备CO2的化学方程式为 。

(16)实验室中制备NO的化学方程式为

。

(17)实验室中制备NO2的化学方程式为

。

(18)实验室中制备SO2的化学方程式为

。

二、气体制备的装置1.气体制备的发生装置选择反应装置一般需从反应物的状态、溶解性和反应条件确定制气装置类型,具体如下:(1)(2)(3)(1)固、固加热型:适用O2、NH3等制备。操作注意事项:①试管要干燥;②试管口试管底;③加热时先预热再固定加热;④用KMnO4制取O2时,需在管口处塞。

(2)固、液或液、液加热型:适用Cl2等制备。操作注意事项:①加热烧瓶时;②反应物均为液体时,烧瓶内。

(3)固、液不加热型:适用O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等制备。操作注意事项:①使用长颈漏斗时,要使漏斗下端;②启普发生器只适用于,且气体难溶于水;③使用分液漏斗既可以增强气密性,又可以控制液体流速。

2.气体的净化和干燥(1)原理酸性杂质用性物质吸收;

碱性杂质用性物质吸收;

易溶于水或能与水反应的杂质用水吸收;还原性杂质,可用性较强的物质来吸收或转化;

氧化性杂质,可用性较强的物质来吸收或转化。

(2)气体的净化与干燥装置①所用干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体浓硫酸(酸性、强氧化性)H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2等

②所用干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体无水氯化钙(中性)H2、O2、Cl2、SO2、CO、CO2、CH4

③所用干燥剂可干燥的气体不可干燥的气体碱石灰(碱性)H2、O2、N2、CH4、NH3等

④除杂试剂可除去气体CuO2CuOH2、COMgN23.气体的收集装置根据气体的密度、水溶性以及是否与水或空气中的O2发生反应来确定气体的收集方法。(1)(2)(3)(1)收集方法收集原理适用气体排水法收集的气体

H2、O2、NO、CH4、C2H4等(2)收集方法收集原理适用气体向上排空气法收集的气体

Cl2、HCl、CO2、NO2、H2S、SO2等(3)收集方法收集原理适用气体向下排空气法收集的气体

H2、NH3等4.尾气的吸收装置(1)(2)(3)(1)吸收式容器中盛有与有毒气体反应的溶液,将未反应的有毒气体吸收,使其不扩散到空气中造成污染。(2)燃烧式适当时候,点燃尖嘴中的可燃性气体,充分燃烧后,转化为对环境无污染的产物。(3)收集式利用气球或球胆将有毒气体收集后,另作处理,避免其逸散到空气中污染环境。5.防倒吸装置(1)肚容式对NH3、HCl等易溶于水的气体进行吸收时,常用倒置的小漏斗、干燥管、双耳球等防倒吸装置,如图所示:(2)分液式把导气管末端插入气体溶解度小的液体中,不会发生倒吸,气体进入上层液体被充分吸收。像HCl、NH3均可用如图所示装置吸收。6.防堵塞装置(1)(2)(3)(1)液封式若装置通畅,导气管内外的液面高度相同;若装置堵塞,则装置中的压强会增大,压迫液体沿导气管上升。(2)恒压式使分液漏斗内的压强与蒸馏烧瓶内的压强相同,保证分液漏斗中的液体顺利流下。(3)防阻式将棉花置于导管口,防止固体粉末或糊状物进入导管。7.气体制备装置的创新(1)加热固体制气体装置的创新:如图所示,该装置用于加热易熔化的固体物质,这样可有效地防止固体熔化时造成液体流出,如用草酸晶体受热分解制取CO气体可用此装置。(2)“固(液)+液气体”装置的创新图A的改进优点是 。

图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体 。

AB(3)“块状固体+液体气体”装置的创新①②③①大试管中的小试管中盛有液体反应物,起液封的作用,防止气体从长颈漏斗中逸出,这样设计可节约试剂。②装置可通过伸入或拉出燃烧匙,做到控制反应的发生和停止。③装置通过倾斜Y形管使液体与固体接触发生反应,便于控制反应的进行。(4)几个“随开随用,随关随停”的制气装置[微点拨]气体制备中常涉及的考查角度(1)排气方法为了防止空气中的O2、CO2、水蒸气等干扰实验,常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中的空气;有时也可充分利用反应产物气体(如氨气、氯气、二氧化硫等)排尽装置中的空气。(2)控制气体的流速及用量①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。②观察气泡,控制气流速度,如图甲,可通过观察气泡得到N2、H2的体积比约为1∶3的混合气体。③平衡气压,如图乙,用长玻璃管平衡气压,防堵塞。(3)压送液体根据装置的密封性,让反应生成气体或消耗气体,产生压强差,将液体压入或倒流入另一反应容器。【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)制备二氧化碳用大理石和稀硫酸反应 ()(2)实验室用KClO3或H2O2制取氧气时都用到MnO2,其作用相同 ()(3)实验室用图①装置制取并收集氨 ()(4)用图②装置除去氯气中的HCl气体 ()(5)实验室用图③装置制取Cl2 ()(6)用图④装置收集氨 ()(7)用图⑤装置制取少量纯净的CO2气体 ()(8)除去SO2中的水蒸气,可利用盛浓硫酸的U形管 ()题组一气体的制备原理及发生装置的选择1.实验室用如图所示装置和相关药品可以制备并收集相应气体的是 ()选项装置药品制备气体AMnO2、浓盐酸Cl2B电石、饱和食盐水HC≡CHCMnO2、30%双氧水O2D铜片、稀硝酸NO2.实验室制备下列气体所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是 ()气体试剂制备装置收集方法ANO2Cu+浓HNO3①⑥BO2MnO2+H2O2②⑤CNH3NH4Cl②④DCH2CH2C2H5OH+浓H2SO4③⑥题组二气体的净化和尾气处理3.[2024·北京西城区统考]除去制备气体中的杂质所选试剂正确的是 ()选项气体制备试剂除杂试剂A氯气二氧化锰、浓盐酸饱和碳酸氢钠溶液BSO2铜、浓硫酸饱和亚硫酸钠溶液C乙炔电石、饱和食盐水氢氧化钠溶液D乙烯溴乙烷、NaOH乙醇溶液水4.实验室中某些气体的制取、收集、尾气处理(或性质实验)装置如图所示,用此装置和下表中提供的物质完成相关实验,合理的选项是 ()选项Ⅰ中的物质Ⅱ中收集的气体Ⅲ中的物质ACu和浓硝酸NO2水B浓盐酸和MnO2Cl2NaOH溶液C亚硫酸钠和浓硫酸SO2NaOH溶液D浓氨水和CaONH3酚酞溶液规律小结气体净化与干燥的先后顺序(1)若采用溶液除杂,应该是除杂在前,干燥在后,其原因是气体除杂过程中会从溶液中带出水蒸气,干燥剂可除去水蒸气。如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2,欲制得干燥、纯净的CO2,可先将产生的气体通过饱和NaHCO3溶液,除去混入其中的HCl气体,再通过浓硫酸除去水蒸气。(2)若采用加热除杂,则一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g),可先将混合气体通过碱石灰,除去CO2和H2O(g),再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管,除去O2,即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜网,因气体中混有水蒸气,易使硬质玻璃管炸裂。考点二无机化合物的制备1.氢氧化亚铁(1)原理离子方程式为 。

(2)注意事项:原则是必须在无氧环境下制取。可以采用下面的措施或独特设计:①Fe(OH)2有强还原性,易被氧化而迅速变色,因此用于配制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的蒸馏水要,以便除去水中。

②将吸有氢氧化钠溶液的胶头滴管伸入硫酸亚铁溶液液面,再将氢氧化钠溶液。

③还可在硫酸亚铁溶液上加一层,尽量减少接触。

2.氢氧化铁胶体的制备(1)原理化学方程式: 。

(2)操作步骤加热40mL蒸馏水至沸腾,逐滴滴加5~6滴饱和氯化铁溶液,继续煮沸至液体呈色,停止加热,不可搅拌。3.固体物质制备的原则(1)选择最佳反应途径①用铜制取硫酸铜:。

②用铜制取硝酸铜:。

(2)选择最佳原料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(填“能”或“不能”)选用氨水,原因是。

(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,故要注意。再如由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2要在气流中加热来。

【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)将NH4Cl溶液蒸干制备NH4Cl固体 ()(2)将氯化铝溶液蒸干制备无水AlCl3 ()(3)将氯化铁溶液滴入稀氢氧化钠溶液中可快速制备氢氧化铁胶体 ()(4)氯化铜溶液在氯化氢气流中加热可得无水氯化铜固体 ()题组无机化合物的制备1.[2024·陕西安康模拟]磷酸锌[Zn3(PO4)2,相对分子质量为385]是钢铁、冶金工业中重要的防锈颜料,是一种白色结晶性粉末,其溶解度随温度升高而减小,实验室采用“氨-碳酸铵浸取法”制备磷酸锌的实验步骤如下:步骤一:分别配制136.0g35%的(NH4)2CO3溶液和350.0g28%的氨水,并将二者以体积比为1∶3混合。步骤二:在30℃下,用足量的(NH4)2CO3、氨水混合液浸取粗ZnO(杂质难溶,且不参与反应),装置如图甲所示。浸取后,过滤除去杂质得到[Zn(NH3)4]CO3溶液。步骤三:向[Zn(NH3)4]CO3溶液中分批滴加稍过量的H3PO4溶液,保持70~80℃、回流条件下发生转化反应,装置如图乙所示。充分反应后,趁热过滤出Zn3(PO4)2·4H2O,将所得晶体加热得到Zn3(PO4)2。甲乙回答下列问题:(1)仪器A的名称为;仪器C与仪器B相比所具有的优点为;仪器E中试剂的作用是吸收氨气,则该试剂应选择(填标号)。

a.生石灰 b.碱石灰c.浓硫酸 d.五氧化二磷(2)步骤一中配制(NH4)2CO3溶液时,最好选用规格为(填标号)的量筒量取蒸馏水。

a.10mL b.50mL c.100mL d.250mL(3)步骤二中“浸取”粗ZnO时,不采取更高温度的原因是;“浸取”过程中发生反应的化学方程式为。

(4)步骤三中“趁热过滤”的原因是;转化反应的主反应除生成Zn3(PO4)2·4H2O外,还生成一种磷酸正盐和一种温室气体,则该主反应的化学方程式为。

(5)本实验中使用27.0g质量分数为90%的粗ZnO,最终得到30.8gZn3(PO4)2,则该实验中Zn3(PO4)2的产率为。

2.[2024·贵州卷]十二钨硅酸在催化方面有重要用途。某实验小组制备十二钨硅酸晶体,并测定其结晶水含量的方法如下(装置如图,夹持装置省略):Ⅰ.将适量Na2WO4·2H2O、Na2SiO3·9H2O加入三颈烧瓶中,加适量水,加热,溶解。Ⅱ.持续搅拌下加热混合物至近沸,缓慢滴加浓盐酸至pH为2,反应30分钟,冷却。Ⅲ.将反应液转至萃取仪器中,加入乙醚,再分批次加入浓盐酸,萃取。Ⅳ.静置后液体分上、中、下三层,下层是油状钨硅酸醚合物。Ⅴ.将下层油状物转至蒸发皿中,加少量水,加热至混合液表面有晶膜形成,冷却结晶,抽滤,干燥,得到十二钨硅酸晶体(H4[SiW12O40]·nH2O)。已知:①制备过程中反应体系pH过低会产生钨的水合氧化物沉淀;②乙醚易挥发、易燃,难溶于水且密度比水小;③乙醚在高浓度盐酸中生成的[]+与[SiW12O40]4-缔合成密度较大的油状钨硅酸醚合物。回答下列问题:(1)仪器a中的试剂是(填名称),其作用是 。

(2)步骤Ⅱ中浓盐酸需缓慢滴加的原因是

。

(3)下列仪器中,用于“萃取、分液”操作的有(填名称)。

(4)步骤Ⅳ中“静置”后液体中间层的溶质主要是。

(5)步骤Ⅴ中“加热”操作(选填“能”或“不能”)使用明火,原因是 。

(6)结晶水测定:称取mg十二钨硅酸晶体(H4[SiW12O40]·nH2O,相对分子质量为M),采用热重分析法测得失去全部结晶水时失重w%,计算n=(用含w、M的代数式表示);若样品未充分干燥,会导致n的值(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

考点三有机化合物的制备1.仪器(1)三颈烧瓶:又称,可以同时插入温度计或冷凝管以便测量反应温度或冷凝回流。三口烧瓶不适用玻璃棒搅拌,需要搅拌时可以使用专用搅拌器。

(2)分液漏斗或恒压滴液漏斗用于滴加液体,可以控制滴加液体的速率,从而控制反应速率。(3)温度计控制反应液的温度或收集馏分的蒸气温度。若要控制反应液温度,温度计的水银球应插入反应液中,若要选择收集某温度下的馏分,则温度计的水银球应放在蒸馏烧瓶支管口附近。(4)冷凝管名称适用的沸点范围用途直形冷凝管沸点低于130℃适用于蒸馏或分馏球形冷凝管沸点低于130℃适用于回流空气冷凝管沸点高于130℃适用于蒸馏或分馏冷凝水都要从口进,口出(空气冷凝管除外)。

2.制备装置常见的反应装置如图所示(加热和部分夹持装置已省略):3.液态有机物的分离提纯有机制备实验有反应物转化率低、副反应多等特点,制得的产物中常混有杂质,根据目标产物与杂质的性质差异,可用如下方法分离提纯:(1)除无机物杂质的主要步骤①水洗(借助溶解度差异,除去大量的易溶于水的无机物),静置,分液。②相应的溶液洗涤(进一步通过化学反应,除去相应的无机物杂质),静置,分液。③水洗或盐溶液洗(加盐的作用是降低有机物在水溶液中的溶解度,目的是除去上一步加入的无机试剂),静置,分液。④干燥有机物常用的干燥剂有CaO、无水CaCl2、无水MgSO4、无水Na2SO4等。⑤蒸馏收集液态有机物。(2)除去有机物杂质的仪器与装置(3)产率计算产率=实际产量理论产量×100%【对点自测】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)制取乙烯时要注意使温度缓慢上升至170℃ ()(2)制备乙酸乙酯的实验中,导管末端要伸入饱和Na2CO3溶液的液面下 ()(3)苯、浓溴水和铁粉混合,反应后可制得溴苯 ()(4)制备乙酸乙酯时,将乙醇和乙酸依次加入浓硫酸中 ()题组有机化合物的制备1.[2024·黑吉辽卷]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(精确至1)。

2.[2023·辽宁卷]2-噻吩乙醇(Mr=128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体,其制备方法如下:Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300mL液体A和4.60g金属钠,加热至钠熔化后,盖紧塞子,振荡至大量微小钠珠出现。Ⅱ.制噻吩钠。降温至10℃,加入25mL噻吩,反应至钠砂消失。Ⅲ.制噻吩乙醇钠。降温至-10℃,加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液,反应30min。Ⅳ.水解。恢复室温,加入70mL水,搅拌30min;加盐酸调pH至4~6,继续反应2h,分液;用水洗涤有机相,二次分液。Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4,静置,过滤,对滤液进行蒸馏,蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后,得到产品17.92g。回答下列问题:(1)步骤Ⅰ中液体A可以选择。

a.乙醇 b.水 c.甲苯 d.液氨(2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是

。

(3)步骤Ⅱ的化学方程式为

。

(4)步骤Ⅲ中反应放热,为防止温度过高引发副反应,加入环氧乙烷溶液的方法是

。

(5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是

。

(6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是

(填名称);无水MgSO4的作用为

。

(7)产品的产率为(用Na计算,精确至0.1%)。

规律小结有机物制备实验题的答题思路根据题给信息,初步判定物质性质有机物制备一般会给出相应的信息,通常会以表格的形式给出,表格中的数据主要是有机化合物的密度、沸点和在水中的溶解度,在分析这些数据时要多进行横向和纵向比较,密度主要是与水比较,沸点主要是表中各物质的比较,溶解度主要是判断溶解规律。主要根据这些数据选择分离、提纯的方法注意仪器名称和作用所给的装置图中有一些不常见的仪器,要明确这些仪器的作用关注有机反应条件大多数有机反应副反应较多,且为可逆反应,因此设计有机物制备实验方案时,要注意控制反应条件,尽可能选择步骤少、副产物少的反应;由于副产物多,所以需要进行除杂、净化。另外,若为两种有机物参加的可逆反应,应考虑多加一些价廉的有机物,以提高另一种有机物的转化率和生成物的产率经典真题·明考向1.[2024·河北卷]图示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(加热、除杂和尾气处理装置任选) ()选项气体试剂ASO2饱和Na2SO3溶液+浓硫酸BCl2MnO2+浓盐酸CNH3固体NH4Cl+熟石灰DCO2石灰石+稀盐酸2.[2024·湖南卷]亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备[Cu(CH3CN)4]ClO4的反应原理如下:Cu(ClO4)2·6H2O+Cu+8CH3CN2[Cu(CH3CN)4]ClO4+6H2O。实验步骤如下:分别称取3.71gCu(ClO4)2·6H2O和0.76