02第46讲物质制备综合实验【答案】听课手册

第46讲物质制备综合实验考点一●夯实必备知识一、(1)Zn+2H+Zn2++H2↑(2)NH4Cl+NaNO2NaCl+2H2O+N2↑(3)2KClO32KCl+3O2↑2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(4)2H2O22H2O+O2↑2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑(5)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O(6)2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O(7)CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑(8)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O(9)CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑(10)Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O(11)NaOH固体溶于水时放出大量热,且溶于水后c(OH-)增大,使氨溶解平衡左移,NH3逸出(12)CaO+NH3·H2OCa(OH)2+NH3↑(13)FeS+H2SO4FeSO4+H2S↑(14)2NaCl+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑(15)CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O(16)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O(17)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O(18)Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+H2O+SO2↑二、1.(1)略低于一小团棉花(2)要垫陶土网要加碎瓷片(或沸石)(3)插入液面以下块状固体和液体反应2.(1)碱酸氧化还原(2)①NH3、HBr、HI、H2S②NH3③Cl2、SO2、CO2、NO2、HCl3.(1)不与水反应且难溶于水(2)不与空气反应,密度比空气大,且与空气密度相差较大(3)不与空气反应,密度比空气小,且与空气密度相差较大7.(2)能控制反应液的温度压强相等,便于液体顺利流下【对点自测】(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×[解析](1)不能用稀硫酸,因生成的硫酸钙会附着在大理石表面阻止反应的进行。(2)实验室用KClO3或H2O2制取氧气时,都用MnO2作催化剂。(3)NH3易溶于水,不能用排水法收集。(4)应用饱和NaCl溶液。(5)用二氧化锰和浓盐酸制备氯气时应加热。(6)试管不能密闭。(7)纯碱易溶于水,不能用该装置制CO2。(8)应用洗气瓶。●提升关键能力题组一1.C[解析]题图所示是一套固液常温下反应制气体的反应装置,产生的气体须采用向上排空气法收集,即产生的气体的密度大于空气且不与空气中气体反应。浓盐酸与二氧化锰制氯气需要加热,A项不符合题意;乙炔密度小于空气,B项不符合题意;双氧水在二氧化锰的催化作用下分解产生O2,O2的密度大于空气,C项符合题意;NO的密度与空气接近,且易与空气中的氧气反应生成NO2,不能用排空气法收集,D项不符合题意。2.D[解析]二氧化氮与水反应,不能选⑥收集二氧化氮,A项错误;过氧化氢和二氧化锰反应制取氧气,是固体和液体反应制取气体,②中试管应竖直,且不需要加热,不能选②制备氧气,且O2密度大于空气,应选择向上排空气法收集,收集方法错误,B项错误;加热氯化铵,分解生成氨气和氯化氢,在试管口氨气与氯化氢又重新化合生成氯化铵,不能制备氨气,且NH3密度比空气小,应选择向下排空气法收集,收集方法错误,C项错误;乙醇在170℃时发生消去反应生成乙烯,可选③装置,乙烯不溶于水,可选⑥装置收集,D项正确。题组二3.D[解析]二氧化锰与浓盐酸加热生成氯气,氯气中混有挥发出的HCl气体,可用饱和食盐水除去,饱和碳酸氢钠溶液与氯化氢反应会产生二氧化碳,A错误;铜与浓硫酸制备二氧化硫并没有其他挥发性气体杂质,应该用浓硫酸干燥,B错误;电石和饱和食盐水常温下反应生成乙炔,因电石中含有硫化物,同时会生成硫化氢,可用硫酸铜溶液将硫化氢沉淀除去,C错误;溴乙烷与NaOH在乙醇溶液条件下,发生消去反应生成乙烯,挥发的乙醇可以用水吸收,D正确。4.C[解析]铜与浓硝酸反应生成NO2,NO2与水反应能生成硝酸和NO,NO属于空气污染物且不溶于水,故不能用水来吸收尾气,A错误;二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气需要在加热条件下进行,氯化氢容易挥发,必须使用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢,B错误;亚硫酸钠与浓硫酸反应生成SO2气体,SO2的密度比空气大,可以用向上排空气法收集,SO2能与NaOH溶液反应,可以用NaOH溶液进行尾气处理,C正确;氨气的密度比空气小,收集装置的导管应该改为短进长出,D错误。考点二●夯实必备知识1.(1)Fe2++2OH-Fe(OH)2↓(2)①煮沸溶解的氧气②下挤出③植物油(或苯等,合理即可)空气2.(1)FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl(2)红褐3.(1)①2Cu+O22CuO、CuO+H2SO4(稀)CuSO4+H2O②2Cu+O22CuO、CuO+2HNO3(稀)Cu(NO3)2+H2O(2)不能氢氧化铜可溶解在氨水中(3)隔绝空气氯化氢(或HCl)抑制Mg2+水解【对点自测】(1)×(2)×(3)×(4)√[解析](1)NH4Cl受热发生分解反应生成NH3和HCl,不能制备NH4Cl固体,错误。(2)直接加热蒸干AlCl3溶液会得水解产物氢氧化铝,错误。(3)将FeCl3溶液滴入稀NaOH溶液中会生成氢氧化铁沉淀,错误。(4)在氯化氢气流中加热CuCl2溶液可抑制Cu2+水解,得到无水CuCl2固体,正确。●提升关键能力题组1.(1)三颈烧瓶可以平衡内外气压,便于液体顺利流下d(2)c(3)防止氨水分解、挥发ZnO+(NH4)2CO3+2NH3·H2O[Zn(NH3)4]CO3+3H2O或ZnO+(NH4)2CO3+2NH3[Zn(NH3)4]CO3+H2O(4)Zn3(PO4)2在水中的溶解度随温度的升高而降低3[Zn(NH3)4]CO3+6H3PO4Zn3(PO4)2+4(NH4)3PO4+3CO2↑+3H2O(5)80%[解析]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,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),浸取后,过滤除去杂质得到[Zn(NH3)4]CO3溶液,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。(1)由图可知,A为三颈烧瓶;恒压分液漏斗可以平衡漏斗内外气压,便于液体顺利流下;生石灰可以干燥氨气,不能用于吸收氨气,a错误;碱石灰可以干燥氨气,不能用于吸收氨气,b错误;浓硫酸可以吸收氨气,但球形干燥管中只能放固体试剂,c错误;五氧化二磷吸收水反应生成磷酸,磷酸和氨气反应,可用于吸收氨气,d正确。(2)步骤一中配制(NH4)2CO3溶液时,需要蒸馏水的质量为136.0g×(1-35%)=88.4g,体积约为88.4mL,故最好选用规格为100mL的量筒量取蒸馏水,故选c。(3)步骤二中“浸取”粗ZnO时,不采取更高温度的原因是防止氨水分解、挥发;“浸取”过程中,ZnO、(NH4)2CO3、NH3·H2O反应生成[Zn(NH3)4]CO3和H2O,反应的化学方程式为ZnO+(NH4)2CO3+2NH3·H2O[Zn(NH3)4]CO3+3H2O或ZnO+(NH4)2CO3+2NH3[Zn(NH3)4]CO3+H2O。(4)趁热过滤的原因是Zn3(PO4)2在水中的溶解度随温度的升高而降低;步骤三中转化反应的主反应除生成Zn3(PO4)2外,还生成磷酸锌和CO2,化学方程式为3[Zn(NH3)4]CO3+6H3PO4Zn3(PO4)2+4(NH4)3PO4+3CO2↑+3H2O。(5)根据锌元素守恒,理论上得到的Zn3(PO4)2的物质的量为13n(ZnO)=27g×90%81g·mol-1×13=0.1mol,理论上得到的Zn3(PO4)2的质量为0.1mol×385g·mol-1=38.5g,则该实验中2.(1)碱石灰(或氢氧化钠固体等)吸收挥发出来的氯化氢(2)防止制备过程中局部pH过低而产生钨的水合氧化物沉淀(3)分液漏斗、烧杯(4)NaCl(5)不能乙醚易挥发、易燃,遇明火极易发生危险(6)Mw%18[解析](1)浓盐酸具有挥发性,会污染环境,故a中试剂的作用是吸收挥发出来的氯化氢,可以是碱石灰或NaOH固体等。(2)由于制备过程中反应体系pH过低会产生钨的水合氧化物沉淀,故步骤Ⅱ中浓盐酸需缓慢滴加,防止制备过程中局部pH过低。(3)萃取分液需要使用分液漏斗,同时需要烧杯来盛放分液后的液体,故用于“萃取、分液”操作的有分液漏斗、烧杯。(4)步骤Ⅳ中“静置”后液体分为上、中、下三层,其中下层液体为油状钨硅酸醚合物,乙醚难溶于水,且密度比水小,故上层为乙醚,中间层为水层,步骤Ⅱ反应过程中生成易溶于水的NaCl,则中间层的溶质主要为NaCl。(5)由于乙醚易挥发、易燃,下层油状物中加热会产生乙醚,故步骤Ⅴ中“加热”操作不能使用明火。(6)mg十二钨硅酸晶体的物质的量为n1=mMmol,结晶水占总质量的w%,则结晶水的物质的量为n2=mw%18mol,所以n=n2n1=Mw%18;若未充分干燥考点三●夯实必备知识1.(1)三口烧瓶(4)下上【对点自测】(1)×(2)×(3)×(4)×[解析](1)缓慢加热时有副反应发生而生成较多的乙醚,错误。(2)导管末端伸入饱和Na2CO3溶液中会引起倒吸,错误。(3)不是浓溴水,是液溴,错误。(4)应先加乙醇再加浓硫酸、乙酸,错误。●提升关键能力题组1.(1)催化剂副产物少、无有毒气体二氧化硫产生(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[解析]乙酸与过量乙醇在一定温度、硫酸氢钠作催化剂的条件下反应制取乙酸乙酯,甲基紫和变色硅胶均可指示反应进程,且变色硅胶通过吸水使酯化反应的平衡正向移动,提高原料利用率,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,蒸馏滤液,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,浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂,所以NaHSO4在反应中起催化剂作用;浓硫酸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,且浓硫酸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)变色硅胶除指示反应进程外,还可通过吸收加热时生成的水,使酯化反应的平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。(3)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;反应的平衡常数只与温度有关,使用小孔冷凝柱承载不能增大该反应平衡常数,故B错误;小孔冷凝柱承载变色硅胶,并没有将其投入溶液中,不能起到沸石作用,不能防止暴沸,故C错误;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,会干扰颜色的观察,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6.60g(6)若改用C2H518OH作为反应物进行反应,根据“酸脱羟基醇脱氢”,反应为CH3COOH+C2HCH3CO18OC2H5+H2O,生成的乙酸乙酯的摩尔质量为90g·mol-1,所以质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为90。2.(1)c(2)中含有N—H,可以形成分子间氢键,从而使其沸点升高(3)2+2Na2+H2↑(4)利用分液漏斗将环氧乙烷溶液缓缓加入,并不断搅拌来散热(5)将2-噻吩乙醇钠水解生成的NaOH中和,使水解平衡正向移动,增大反应物的转化率,提高产率(6)球形冷凝管和分液漏斗除去水(7)70.0%[解析](1)步骤Ⅰ制钠砂过程中,液体A不能和Na反应,而乙醇、水和液氨都能和金属Na反应,故选c。(2)噻吩沸点低于吡咯()的原因:中含有N—H,可以形成分子间氢键,从而使其沸点升高。(3)步骤Ⅱ中和Na在10℃反应生成2-噻吩钠和H2,化学方程式为2+2Na2+H2↑。(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:利用分液漏斗将环氧乙烷溶液缓缓加入,并不断搅拌来散热。(5)2-噻吩乙醇钠水解生成2-噻吩乙醇的过程中有NaOH生成,用盐酸调节pH的目的是将生成的NaOH中和,使2-噻吩乙醇钠的水解平衡正向移动,增大反应物的转化率,提高产率。(6)步骤Ⅴ中的操作有过滤、蒸馏。蒸馏的过程中需要直形冷凝管,不能用球形冷凝管,无需使用的是球形冷凝管和分液漏斗;向有机相中加入无水MgSO4的作用是除去水。(7)步骤Ⅰ中向烧瓶中加入300mL液体A和4.60g金属钠,Na的物质的量为4.60g23g·mol-1=0.2mol,步骤Ⅱ中Na完全反应,根据反应原理可知,理论上可以生成经典真题·明考向1.C[解析]如图所示的气体发生装置可以为固液(或液液)加热型,也可以是固液(或液液)不加热型;右侧气体收集装置,长进短出为向上排空气法,短进长出为向下排空气法,装满水后短进长出为排水法。饱和Na2SO3溶液和浓硫酸反应可以制SO2,使用液液不加热制气装置,SO2的密度比空气大,用向上排空气法收集,可以完成相应气体的发生和收集实验,A不符合题意;MnO2和浓盐酸加热反应可以制Cl2,使用固液加热制气装置,Cl2的密度比空气大,用向上排空气法收集,可以完成相应气体的发生和收集实验,B不符合题意;固体NH4Cl与熟石灰加热可以制NH3,需要使用固固加热制气装置,图中装置不合理,不能完成相应气体的发生和收集实验,C符合题意;石灰石(主要成分为CaCO3)和稀盐酸反应可以制CO2,使用固液不加热制气装置,CO2的密度比空气大,用向上排空气法收集,可以完成相应气体的发生和收集实验,D不符合题意。2.(1)D(2)球形冷凝管(3)溶液蓝色褪去,变为无色(4)排出装置内空气,防止制备的产品被氧化(5)防止直接蒸馏时,[Cu(CH3CN)4]ClO4中CH3CN解配而挥发,提高产率(6)C(7)81.2%[解析]将3.71gCu(ClO4)2·6H2O(0.01mol)和0.76gCu粉(约0.012mol)以及乙腈(CH3CN)加入两颈烧瓶中,经水浴加热并回流进行充分反应,反应结束后过滤除去未反应完全的Cu,然后利用乙腈的挥发性进行蒸馏除去乙腈,将剩余溶液进行冷却结晶分离出[Cu(CH3CN)4]ClO4。(1)A~E依次表示为护目镜、明火、热烫、排风、洗手,表示排风的为D。(2)装置Ⅰ中仪器M的名称为球形冷凝管。(3)Cu(ClO4)2·6H2O在乙腈中为蓝色,[Cu(CH3CN)4]ClO4在乙腈中为无色,Cu粉过量,因此装置Ⅰ中反应完全的现象是溶液蓝色褪去,变为无色,可证明Cu(ClO4)2·6H2O已充分反应完全。(4)由于制备的[Cu(CH3CN)4]ClO4中Cu元素为+1价,具有较强的还原性,容易被空气中的氧气氧化,因此装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是排出装置内空气,防止制备的产品被氧化。(5)由信息①可知,CH3CN是一种易挥发的强极性配位溶剂,若由步骤c直接获得,会使[Cu(CH3CN)4]ClO4中配位的CH3CN挥发,不能得到产物,因此需先蒸馏至接近饱和,再经步骤d冷却结晶,从而获得晶体。(6)由(5)可知,母液为[Cu(CH3CN)4]ClO4的乙腈饱和溶液,乙腈是强极性溶剂,为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4结晶,可向母液中加入极性较小的溶剂,与乙腈混溶的同时扩大与[Cu(CH3CN)4]ClO4的极性差,进而使[Cu(CH3CN)4]ClO4析出,水、乙醇均为极性溶剂,乙醚的极性最小,因此可选用的溶剂为乙醚,故答案为C。(7)3.71gCu(ClO4)2·6H2O的物质的量为3.71g371g·mol-1=0.01mol,理论制得[Cu(CH3CN)4]ClO4的质量为0.01mol×2×327.5g·mol3.(1)量筒(2)铁架台球形冷凝管(3)使反应物充分混合,加速反应(4)油浴(水浴)(5)活性炭(6)除去不溶性杂质,避免固体产物析出50%的乙醇溶液(7)重结晶[解析]