大单元六　第十六章　第62讲　以物质制备为主的综合实验

第62讲以物质制备为主的综合实验[复习目标]1.掌握物质制备型实验方案设计的原则。2.掌握解答物质制备型实验综合题的思维模型。1.物质制备实验的一般步骤2.具体实验操作及注意事项(1)选择仪器及连接顺序(2)加热操作先后顺序的选择若气体制备实验需加热，应先加热气体发生装置，待产生的气体排尽装置中的空气后，再给实验中其他需要加热的装置加热。其目的：一是防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；二是保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。而完成实验后，熄灭酒精灯的顺序则相反。(3)常考的温度控制方式①水浴加热：均匀加热，反应温度在100℃以下。②油浴加热：均匀加热，反应温度在100~260℃之间。③冰水冷却：使某物质液化、降低产物的溶解度；减少其他副反应，提高产品纯度等。(4)常考实验安全问题①尾气处理：有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃，无毒气体直接排放。②气体的纯度：点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的装置前，必须检验气体的纯度。③倒吸问题：实验过程用到加热装置的要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。3.常考产品分离提纯的操作顺序(1)结晶分离：溶解→加热(促溶/反应)→趁热过滤(除不溶物)→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。(2)萃取分液：防漏准备(涂凡士林)→检漏(检查旋塞、玻璃塞处)→加液(先加溶液后加萃取剂)→振荡→放气(需多次振荡放气)→静置分液(下放下口，上倒上口)。一、实验仪器的辨识与连接问题1.[2024·浙江1月选考，20(1)(2)(3)(4)(5)]H2S可用于合成光电材料。某兴趣小组用CaS与MgCl2反应制备液态H2S，实验装置如图，反应方程式为：CaS+MgCl2+2H2O=CaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。已知：①H2S的沸点是-61℃，有毒；②装置A内产生的H2S气体中含有酸性气体杂质。请回答：(1)仪器X的名称是。(2)完善虚框内的装置排序：A→B→→→→F→G。(3)下列干燥剂，可用于装置C中的是。A.氢氧化钾 B.五氧化二磷C.氯化钙 D.碱石灰(4)装置G中汞的两个作用是：①平衡气压；②。(5)下列说法正确的是。A.该实验操作须在通风橱中进行B.装置D的主要作用是预冷却H2SC.加入的MgCl2固体，可使MgCl2溶液保持饱和，有利于平稳持续产生H2SD.该实验产生的尾气可用硝酸吸收答案(1)圆底烧瓶(2)ECD(3)BC(4)液封(5)ABC解析(2)制备气体的装置包括发生装置、除杂装置、收集装置和尾气处理装置，由于不能骤冷，要逐步冷却，所以B连E，E连C，C连D，D连F。(3)H2S是酸性气体，不可以用碱性干燥剂，所以不可以用氢氧化钾和碱石灰，故选B、C。(5)H2S有毒，该实验操作须在通风橱中进行，故A正确；气体不能骤冷，装置D的主要作用是预冷却H2S，故B正确；加入的MgCl2固体，可使MgCl2溶液保持饱和，有利于平稳持续产生H2S，故C正确；该实验产生的尾气不可用硝酸吸收，硝酸的氧化性虽然可以把H2S氧化为S单质，但是稀硝酸产生的NO或者浓硝酸产生的NO2会污染空气，故D错误。2.(2025·湖州、衢州、丽水高三一模)实验室可用熔融的Sn与Cl2反应制备SnCl4。已知SnCl4易水解；该反应易生成杂质SnCl2。请回答：有关物理性质如下表：物质颜色、状态熔点/℃沸点/℃Sn银白色固体231.92260SnCl4无色液体-33114SnCl2无色晶体246652(1)装置Ⅰ中仪器甲的名称为；检查装置Ⅱ气密性的操作是。(2)将上述装置组装成一套制备SnCl4的实验装置(每个装置使用一次)，正确的顺序是B→→N→A→。(填各接口字母序号)。(3)下列说法不正确的是(填字母)。A.该实验须在通风橱中进行B.装置Ⅱ中导管乙可使浓盐酸顺利滴下C.装置Ⅲ中应使用球形冷凝管D.装置Ⅵ可用装有浓NaOH溶液的洗气瓶代替答案(1)蒸馏烧瓶将出口B连接玻璃导管，将导管口放入水中，微热双颈烧瓶，导管口出现气泡，停止加热，冷却到室温后，导管中产生一段稳定的液柱(2)H→I→E→FC→D→J(→K)(3)CD解析(2)根据题干可知，利用熔融的Sn与Cl2反应制备SnCl4，用装置Ⅱ制备Cl2，浓盐酸具有挥发性，因此制得的Cl2中混有HCl和H2O，用饱和食盐水除去Cl2中混有的HCl，用浓硫酸干燥Cl2，此时得到纯净的Cl2，将纯净的Cl2通入装置Ⅰ，因SnCl4易水解，故装置末端放置盛有碱石灰的干燥管，故装置的正确连接顺序为B→H→I→E→F→N→A→C→D→J(→K)。(3)A项，实验过程中生成了Cl2，应在通风橱中进行，正确；B项，装置Ⅱ中使用了恒压滴液漏斗，导管乙能平衡气压，使浓盐酸顺利滴下，正确；C项，装置Ⅲ中应使用直形冷凝管，错误；D项，装置Ⅵ既能吸收未反应完的Cl2，同时还能防止空气中的水蒸气进入装置，若换成浓NaOH溶液的洗气瓶，无法防止SnCl4的水解，错误。二、实验操作方法与顺序问题3.(2025·浙江强基联盟高三联考)某兴趣小组设计了利用MnO2与H2SO3生成MnS2O6，再与Na2CO3反应制备Na2S2O6·2H2O的方案：采用如图所示装置制备SO2，写出盛放Na2SO3固体的装置名称：。浓硫酸的质量分数为70%左右最佳，原因是；步骤Ⅰ、Ⅱ控制低温的目的是。答案三颈烧瓶硫酸浓度太低不利于SO2释放出来，浓度太高H+浓度小，不利于SO2生成增大SO2的溶解度、防止H2SO3分解解析步骤Ⅰ中SO2溶于水生成H2SO3，步骤Ⅱ中MnO2与H2SO3在低于10℃时反应生成MnS2O6，反应的化学方程式为MnO2+2H2SO3=MnS2O6+2H2O，步骤Ⅲ中滴加饱和Ba(OH)2除去过量的SO2(或H2SO3)，步骤Ⅳ中滴入饱和Na2CO3溶液发生反应：MnS2O6+Na2CO3=MnCO3↓+Na2S2O6，经过滤得到Na2S2O6溶液，步骤Ⅴ中Na2S2O6溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到Na2S2O6·2H2O。4.(2025·浙江6月选考，19)配合物二草酸合铜(Ⅱ)酸钾K2Cu(C2O4)2步骤Ⅰ：80℃下，100mL水中依次加入0.024molH2C2O4·2H2O、0.016molK2CO3充分反应后，得到混合溶液M；步骤Ⅱ：混合溶液M中加入0.008molCuO充分反应，趁热过滤得滤液N；步骤Ⅲ：步骤Ⅳ：200℃加热脱水，化合物P、化合物Q均转化为K2Cu(C已知：ⅰ.25℃时，H2C2O4的Ka1=5.6×10-2、Ka2=5.4×10-5；H2CO3的Ka1=4.5×10-7、Ka2=4.7×10-11。ⅱ.K2Cu(C2O4请回答：(1)K2Cu(C2O4)2·4H2O中，与Cu2+(2)步骤Ⅰ所得的混合溶液M，在25℃时其pH最接近于(填字母，下同)。A.2 B.3 C.4 D.5(3)步骤Ⅱ，过滤去除杂质需趁热进行的原因是。(4)下列说法不正确的是。A.步骤Ⅰ，制备混合溶液M时，K2CO3应一次性快速加入，以确保反应完全B.步骤Ⅳ，应用水浴加热控制温度，以避免K2Cu(CC.热重分析法测得K2Cu(C2O4)2·xH2D.粉末形态的化合物P和化合物Q，可通过X射线衍射法进行区分(5)室温下，化合物P在空气中会转化为化合物Q。下列选项中，通过计算能得到混合样品中化合物P和化合物Q物质的量分数的是。A.样品质量、钾的物质的量B.钾的物质的量、铜的物质的量C.铜的物质的量、草酸根的物质的量D.草酸根的物质的量、水的物质的量(6)有同学认为：根据现有探究实验结果可知，化合物P、化合物Q结晶形状不同是由降温速率不同引起。请判断该同学观点正误，并说明理由：。答案(1)O(2)C(3)防止遇冷后产物析出而损失(4)ABC(5)AD(6)错误，降温速率与浓度同时在变化，无法判断解析(1)C2O42-中，端基的氧原子有孤电子对，可与具有空轨道的金属离子形成配位键，则K2Cu(C2O4)2·4H2O中，与Cu2+形成配位键的配位原子是O。(2)步骤Ⅰ：向100mL水中依次加入0.024molH2C2O4·2H2O、0.016molK2CO3，n(H2C2O4·2H2O)∶n(H2CO3)=3∶2，又Ka2(H2C2O4)>Ka1(H2CO3)，则充分反应后生成KHC2O4和K2C2O4，根据K元素和C元素守恒可知，溶液M中含有0.016molKHC2O4、0.008molK2C2O4，在25℃时溶液中c(H+)=c(HC2O4-)·Ka2(H2C2O4)c(C2O42-)≈0.16×5.4×10-50.08mol·L-1=1.08×10-4mol·L-1，则pH=-lg(1.08×10-4)≈4，故选C。(3)K2Cu(C2O4)2微溶于冷水、易溶于热水，步骤Ⅱ，过滤去除杂质需趁热进行的原因是防止遇冷后产物析出而损失。(4)步骤Ⅰ，制备混合溶液M时，K2CO3应缓慢多次加入，使反应更加充分，确保反应完全，A错误；K2Cu(C2O4)2在约250℃时分解，步骤Ⅳ中在200℃加热脱水，沸水浴只能控制温度在100℃，B错误；热重分析法测得K2Cu(C2O4)2·xH2O样品完全脱水后质量降低10.17%，则H2O在K2Cu(C2O4)2·xH2O中的质量分数为10.17%，18x18x+318=0.1017，解得x≈2，C错误；X射线衍射法是利用X射线探测晶体或分子结构的分析方法，粉末形态的化合物P和化合物Q，可通过X射线衍射法进行区分，D正确。(5)若已知样品质量(mg)、钾的物质的量(nmol)，可以设P、Q的物质的量分别为xmol、ymol，2x+2y=n、390x+354y=m，可以计算出x和y的值，可以得到混合样品中化合物P和化合物Q物质的量分数，A选；若已知钾的物质的量(amol)、铜的物质的量(bmol)，可以设P、Q的物质的量分为xmol、ymol，2x+2y=a、x+y=b，由于a=2b，无法计算出x和y的值，无法得到混合样品中化合物P和化合物Q物质的量分数，B不选；若已知铜的物质的量(amol)、草酸根的物质的量(bmol)，可以设P、Q的物质的量分别为xmol、ymol，x+y=a、2x5.(2025·浙江1月选考，19)某研究小组探究AlCl3催化氯苯与氯化亚砜(SOCl2)转化为化合物Z()的反应。实验流程为：已知：①实验在通风橱内进行。②SOCl2遇水即放出SO2和HCl；AlCl3易升华。③氯苯溶于乙醚，难溶于水；Z易溶于乙醚，难溶于水；乙醚不易溶于水。请回答：(1)在无水气氛中提纯少量AlCl3的简易升华装置如图所示，此处漏斗的作用是。(2)写出下图中干燥管内可用的酸性固体干燥剂(填1种)。(3)步骤Ⅰ，下列说法正确的是。A.氯苯试剂可能含有水，在使用前应作除水处理B.三颈烧瓶置于冰水浴中，是为了控制反应温度C.因实验在通风橱内进行，X处无需连接尾气吸收装置D.反应体系中不再产生气泡时，可判定反应基本结束(4)步骤Ⅱ，加入冰水的作用是。(5)步骤Ⅲ，从混合物M2中得到Z粗产物的所有操作如下，请排序(填序号)。①减压蒸馏②用乙醚萃取、分液③过滤④再次萃取、分液，合并有机相⑤加入无水Na2SO4干燥剂吸水(6)AlCl3可促进氯苯与SOCl2反应中S—Cl键的断裂，原因是。答案(1)AlCl3蒸气遇冷的漏斗内壁凝华为AlCl3固体，收集AlCl3(2)P2O5(或硅胶)(3)ABD(4)除去混合物中的SOCl2、AlCl3，实现有机相与无机相的分离，同时降低反应的速率(5)②④⑤③①(6)AlCl3易与Cl-形成络合物[AlCl4]-，促进氯苯与SOCl2反应中S—Cl键的断裂解析(2)酸性干燥剂一般用于干燥酸性或中性气体，常见的酸性固体干燥剂有五氧化二磷、硅胶等，它可以吸收水分，此处干燥HCl和SO2等气体，干燥管内可以使用P2O5、硅胶。(3)由题干信息可知，SOCl2遇水即放出SO2和HCl，氯苯试剂可能含有水，故在使用前应作除水处理，A正确；由题干信息可知，AlCl3易升华，故三颈烧瓶置于冰水浴中，是为了控制反应温度，B正确；由(2)题干信息可知，干燥管中干燥剂起干燥作用，而未能吸收尾气，故虽实验在通风橱内进行，X处仍需连接尾气吸收装置以增加实验的安全性和环保性，C错误；已知氯苯和SOCl2在AlCl3催化作用下生成Z和HCl，即反应过程中能够产生难溶于有机物的HCl气泡，则可知反应体系中不再产生气泡时，可判定反应基本结束，D正确。(4)分析可知，步骤Ⅰ所得M1中含有Z、氯苯和SOCl2、AlCl3等，结合题干信息可知，SOCl2遇水即放出SO2和HCl，且AlCl3易溶于水而难溶于有机物，故步骤Ⅱ中加入冰水的作用是除去混合物中的SOCl2、AlCl3，同时冰水可以降低反应速率。(5)步骤Ⅱ得到的混合物M2中含有Z、氯苯，结合题干信息：氯苯溶于乙醚，难溶于水；Z易溶于乙醚，难溶于水；乙醚不易溶于水，则步骤Ⅲ从混合物M2中得到Z粗产物的操作为用乙醚萃取、分液，再次萃取、分液，合并有机相，加入无水Na2SO4干燥剂吸水，过滤出Na2SO4晶体，即得到氯苯和Z的混合物，再进行减压蒸馏。课时精练[分值：50分]1.(16分)(2024·宁波高三下学期模拟)TiCl4是制备金属钛的重要中间体，某兴趣小组利用如图装置在实验室制备TiCl4(夹持装置略)，反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。已知：TiCl4的熔点为-25℃，沸点为136.4℃，高温时能与O2反应，与HCl不发生反应，易水解成白色沉淀，能溶于有机溶剂。请回答：(1)装置B中冷凝水进口是(填“c”或“d”)。(2)完善线框中装置排序：A→D→→→→F。(3)仪器b中的固体X可以是(填字母，下同)。A.MnO2 B.KMnO4 C.CaCl2(4)下列说法正确的是。A.加热E装置前，应先进行装置A中反应或打开k通一段时间CO2B.装置D中长导管起平衡气压和判断装置是否通畅的作用C.装置D中盛有的试剂是饱和食盐水D.该实验中存在的缺陷是没有进行CO的尾气处理(5)测定所得TiCl4的纯度：取1.000gTiCl4粗产品加入烧瓶，向安全漏斗中加入适量蒸馏水(装置如图)，待充分反应后，将烧瓶和漏斗中的液体一并转入锥形瓶中，滴加几滴K2CrO4溶液作指示剂，用0.8000mol·L-1AgNO3溶液滴定至终点，消耗滴定液20.00mL。常温下，Ksp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12。①实验中使用安全漏斗的目的是。②依据上述数据计算所得产品纯度是。答案(1)c(2)EBC(3)B(4)ABD(5)①防止水解产生的HCl挥发导致测量误差②76%解析(2)A为制备Cl2的装置，E、B分别为制备、收集TiCl4的装置，因TiCl4易水解，要求制备和收集过程无水，故在E前、B后都要加干燥装置，所以C、D中盛放的试剂为浓硫酸；F中盛放NaOH溶液的目的是除去未反应的Cl2；则装置排序：A→D→E→B→C→F。(3)常温下X和浓盐酸反应生成氯气，则仪器b中的固体X可以是高锰酸钾固体，故选B。(4)加热E装置前，应先进行装置A中反应或打开k通一段时间CO2，排除装置中空气的干扰，A正确；装置D中盛放的试剂为浓硫酸，作干燥剂，C错误。(5)①TiCl4水解产生的HCl易挥发且极易溶于水，安全漏斗在本实验中的作用除加水外，还有液封的作用，吸收挥发的HCl气体，避免HCl损失导致测量误差。②由氯元素守恒可知，TiCl4~4HCl~4AgNO3，产品的纯度为0.8000mol·L-12.(16分)(2024·嘉兴高三模拟)高锰酸钾(KMnO4)为紫黑色固体小颗粒，易溶于水，是一种强氧化剂。查阅资料：①锰酸钾(K2MnO4)为墨绿色晶体，其水溶液呈深绿色，这是锰酸根(MnO42-②一些物质溶解度随温度变化如表所示(已知溶解度单位：g/100gH2O)：物质溶解度0℃20℃40℃60℃70℃80℃KCl2834.240.145.847.251.3KMnO42.86.412.622.2——某实验小组设计如下实验步骤用K2MnO4制备KMnO4。Ⅰ.高锰酸钾的制备Ⅱ.高锰酸钾的提取Ⅲ.高锰酸钾的纯度测定①准确称取KMnO4样品3.00g，用容量瓶配成100mL溶液；②称取高纯度Na2C2O4固体mg，全部置于250mL锥形瓶中，再加入10mL3mol·L-1H2SO4溶液和10mL纯净水后盖上表面皿，于75℃水浴加热，振荡全部溶解；③用以上KMnO4溶液趁热滴定。重复步骤②~③，滴定3次。请回答：(1)装置a的名称是，其作用是平衡气压使液体按一定的速率顺利流下、。(2)装置A中漂白粉可用(填字母)代替。A.MnO2 B.P2O5C.KClO3 D.(3)上述装置存在一处缺陷导致KMnO4产率降低，改进的方法是。(4)步骤Ⅱ为了获得杂质较少的KMnO4晶体，从下列选项中选出合理的操作并排序：将装置B中的溶液转移至蒸发皿中→→→→→干燥→KMnO4晶体。a.用少量冰水洗涤b.先用冰水洗涤，再用乙醇洗涤c.小火蒸发至析出大量晶体，停止加热d.小火蒸发至溶液表面出现晶膜，停止加热e.减压过滤f.趁热过滤g.缓慢降温结晶(5)下列说法正确的是(填字母)。A.步骤Ⅰ装置C中应盛放浓H2SO4B.轻轻摇动装置B，若容器内壁未见深绿色，说明反应完全C.步骤Ⅲ中的H2SO4可用CH3COOH或HNO3代替D.一次平行操作滴定前与滴定后(终点)读数如图，则本次消耗的KMnO4溶液体积为21.90mL(6)步骤Ⅲ某次滴定，称取Na2C2O4固体1.34g，消耗KMnO4溶液体积21.85mL，计算该次滴定实验测得的高锰酸钾含量是%(精确到小数点后两位)。答案(1)恒压滴液漏斗防止浓盐酸挥发(2)C(3)在装置A、B之间增加一个盛有饱和NaCl溶液的洗气瓶(4)dgea(5)BD(6)96.41解析(2)漂白粉中的次氯酸钙与HCl发生归中反应生成氯气，只有KClO3能与HCl发生归中反应生成氯气，故装置A中漂白粉可用