46第46讲物质制备综合实验【正文】备用习题

第46讲物质制备综合实验1.邻苯二甲酸二丁酯(沸点为337℃)可用作聚醋酸乙烯、醇酸树脂、硝酸纤维、乙基纤维素及氯丁橡胶、丁腈橡胶的增塑剂。利用1-丁醇、邻苯二甲酸和浓硫酸共热反应,经过回流反应、蒸馏、萃取分液可制得邻苯二甲酸二丁酯粗产品,装置如图所示。已知:①1-丁醇的沸点为118℃,受热易挥发,邻苯二甲酸的沸点为230℃;②+2CH3CH2CH2CH2OH+2H2O。下列说法正确的是 (B)A.装置Ⅱ中a为进水口,b为出水口B.装置Ⅰ中回流反应的目的是减少物质的挥发,提高产率C.回流反应后的混合溶液可先用饱和的氢氧化钠溶液洗涤除去混合溶液中剩余的酸,而后进行萃取分液D.用装置Ⅲ萃取分液时,将分层的液体依次从下口放出[解析]蒸馏操作中,冷凝管中的冷凝水应该是下进上出,故装置Ⅱ中b为进水口,a为出水口,A错误;由题干信息可知,1-丁醇易挥发,故装置Ⅰ中回流反应的目的是减少物质的挥发,提高产率,B正确;由于NaOH溶液碱性太强,能使生成的邻苯二甲酸二丁酯完全水解,故回流反应后的混合溶液可先用饱和的碳酸钠溶液洗涤除去混合溶液中剩余的酸,且能溶解1-丁醇和减小邻苯二甲酸二丁酯的溶解度便于分层,而后进行萃取分液,C错误;分液时,下层液体从下口放出,而上层液体需从上口倒出,D错误。2.在有机化学中,硫酰氯(SO2Cl2)常用作氯化剂和氯磺化剂,在染料、药品、除草剂和农用杀虫剂的生产过程中有重要作用。现在拟用干燥的Cl2和SO2在活性炭催化下制取硫酰氯。反应的化学方程式为SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(l)ΔH=-97.3kJ·mol-1,实验装置如图所示(部分夹持装置未画出)。已知:硫酰氯通常条件下为无色液体,熔点-54.1℃,沸点69.1℃,在潮湿空气中会“发烟”;100℃以上开始分解,生成二氧化硫和氯气,长期放置也会发生分解。回答下列问题:(1)装置丙中作为反应容器的仪器名称为三颈烧瓶,装置丙中球形冷凝管的作用是冷凝回流硫酰氯、导气使反应中产生的气体污染物被碱石灰吸收;控制两种反应物体积大致相等的操作是调节甲、戊装置中的活塞,使乙、丁导管口冒出气泡的速率相等。

(2)装置乙、丁中选择的合适试剂分别是A、A(填字母)。

A.浓硫酸 B.饱和食盐水C.浓氢氧化钠溶液 D.饱和NaHSO3溶液(3)若缺少装置己,生成的硫酰氯(SO2Cl2)可能会变质,生成新物质的化学式为H2SO4和HCl。

(4)氯磺酸(ClSO3H)加热分解,也能制得硫酰氯:2ClSO3HSO2Cl2+H2SO4,分离两种产物的方法是控制温度100℃以下蒸馏。

(5)长期储存的硫酰氯会显黄绿色,可能的原因是硫酰氯长期放置分解,SO2Cl2SO2+Cl2,产生少量的氯气溶解在其中而显黄绿色(用化学方程式和必要的文字加以解释)。

(6)若反应中消耗的氯气体积为896mL(标准状况下),最后经过分离提纯得到4.05g纯净的硫酰氯,则硫酰氯的产率为75%;为提高本实验硫酰氯的产率,在实验操作中还需要注意的有abc(填字母)。

a.控制气流速度,宜慢不宜快b.保证装置的气密性良好c.先向装置丙中通入一种气体,排出空气后再通入另一种气体d.先通气体,再通冷凝水[解析](1)根据题中装置图可知装置丙中作为反应容器的仪器的名称为三颈烧瓶,装置丙中球形冷凝管的作用是冷凝回流硫酰氯、导气使反应中产生的气体污染物被碱石灰吸收;调节甲、戊装置中的活塞,使乙、丁导管口冒出气泡的速率相等来控制两种反应物体积大致相等。(2)已知甲装置用于制备二氧化硫,戊装置用于制备氯气,硫酰氯在潮湿空气中会“发烟”,因此装置乙、丁分别用于干燥二氧化硫、氯气,故盛装的试剂均为浓硫酸,均选A。(3)若缺少装置己,生成的硫酰氯(SO2Cl2)可能会与空气中的水蒸气发生反应SO2Cl2+2H2OH2SO4+2HCl而变质,故生成新物质的化学式为H2SO4和HCl。(4)已知硫酰氯100℃以上开始分解,硫酰氯和硫酸两种液体互溶,沸点相差较大,可以采用控制温度100℃以下蒸馏进行分离。(5)由题目信息可以知道硫酰氯长期放置会发生分解:SO2Cl2SO2+Cl2,产生少量的氯气溶解在其中而显黄绿色。(6)根据方程式可以得到n(SO2Cl2)=n(Cl2)=0.896L22.4L·mol-1=0.04mol,理论上生成的硫酰氯的质量为m(SO2Cl2)=0.04mol×135g·mol-1=5.4g,硫酰氯的产率为4.05g5.4g×100%=75%。控制气流速度,宜慢不宜快,使气体充分反应,可提高硫酰氯的产率,a符合题意;保证装置的气密性良好,减少气体的逸出,可提高硫酰氯的产率,b符合题意;先向装置丙中通入一种气体3.[2025·湖南名校联盟联考]磷酸亚铁锂(LiFePO4)能可逆地嵌入、脱出锂,使其作为锂离子电池的正极材料的研究及应用得到广泛关注。通过水热法制备磷酸亚铁锂的一种方法如下(装置如图所示):Ⅰ.在A中加入40mL蒸馏水、0.015molH3PO4和0.01molFeSO4·7H2O,用搅拌器搅拌溶解后,缓慢加入0.015molLiOH·H2O,继续搅拌。Ⅱ.向反应液中加入少量抗坏血酸(即维生素C),继续搅拌5min。Ⅲ.快速将反应液装入反应釜中,保持170℃恒温5h。Ⅳ.冷却至室温,过滤。Ⅴ.用蒸馏水洗涤沉淀。Ⅵ.干燥,得到磷酸亚铁锂产品。回答下列问题(1)装置图中仪器A的名称是三颈烧瓶。

(2)根据上述实验药品的用量,仪器A的最适宜规格为A(填标号)。

A.100mL B.250mL C.500mL D.1000mL(3)步骤Ⅱ中,抗坏血酸的作用是作还原剂,防止Fe2+被氧化。也可以用Na2SO3代替抗坏血酸,其原理是2SO32-+O22SO42-(4)步骤Ⅴ检验LiFePO4是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液,先加盐酸无现象,再加BaCl2溶液,若无沉淀则洗净。

(5)干燥后称量,产品的质量是1.2g,本实验的产率为75.9%(保留1位小数)。

[解析](2)仪器A中混合物的体积约为40~50mL,选择100mL三颈烧瓶即可。(3)抗坏血酸具有还原性,步骤Ⅱ中加入抗坏血酸,其作用为作还原剂,防止Fe2+被氧化,Na2SO3也具有还原性,离子方程式为2SO32-+O22SO42-。(4)步骤Ⅴ中检验是否洗净实质为检验硫酸根离子,方法为取最后一次洗涤液,先加盐酸无现象,再加BaCl2溶液,若无沉淀则洗净。(5)制备过程中,假定FeSO4完全反应,理论上可以得到0.01molLiFePO4,质量为1.58g,则产率为14.[2023·全国新课标卷]实验室由安息香制备二苯乙二酮的反应式如下:相关信息列表如下:物质性状熔点/℃沸点/℃溶解性安息香白色固体133344难溶于冷水溶于热水、乙醇、乙酸二苯乙二酮淡黄色固体95347不溶于水溶于乙醇、苯、乙酸冰乙酸无色液体17118与水、乙醇互溶装置示意图如下所示,实验步骤:①在圆底烧瓶中加入10mL冰乙酸、5mL水及9.0gFeCl3·6H2O,边搅拌边加热,至固体全部溶解。②停止加热,待沸腾平息后加入2.0g安息香,加热回流45~60min。③加入50mL水,煮沸后冷却,有黄色固体析出。④过滤,并用冷水洗涤固体3次,得到粗品。⑤粗品用75%的乙醇重结晶,干燥后得淡黄色结晶1.6g。回答下列问题:(1)仪器A中应加入油(填“水”或“油”)作为热传导介质。

(2)仪器B的名称是球形冷凝管;冷却水应从a(填“a”或“b”)口通入。

(3)实验步骤②中,安息香必须待沸腾平息后方可加入,其主要目的是防止暴沸。

(4)在本实验中,FeCl3为氧化剂且过量,其还原产物为FeCl2(Fe2+);某同学尝试改进本实验:采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮。该方案是否可行?简述判断理由:可行,因空气中的氧气能将FeCl2(Fe2+)氧化成FeCl3(Fe3+),从而实现循环。

(5)本实验步骤①~③在乙酸体系中进行,乙酸除作溶剂外,另一主要作用是防止FeCl3(Fe3+)水解。

(6)若粗品中混有少量未氧化的安息香,可用少量a洗涤的方法除去(填标号)。若要得到更高纯度的产品,可用重结晶的方法进一步提纯。

a.热水 b.乙酸 c.冷水 d.乙醇(7)本实验的产率最接近于b(填标号)。

a.85% b.80% c.75% d.70%[解析](1)该实验步骤中,加热冰乙酸、水及FeCl3·6H2O的混合物至沸腾,冰乙酸的沸点为118℃,应选择油作为热传导介质。(2)仪器B为球形冷凝管,为提高冷凝效率,应选择低进高出,故应从a口通入冷凝水。(3)溶液沸腾时加入固体,容易引起暴沸,故其主要目的是防止暴沸。(4)FeCl3为氧化剂,其还原产物应为FeCl2。若将实验改进:采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮,空气可将还原产物FeCl2氧化为FeCl3,FeCl3再次参与氧化安息香,使FeCl3循环利用,故