第52讲　物质制备类综合实验

1/1第52讲物质制备类综合实验1.能依据实验目的和假设、设计解决物质制备问题的实验方案。2.能根据不同类型实验的特点，设计并实施实验，具有安全意识和环保意识。3.能根据物质的性质及反应原理选取实验装置制取物质。考点一无机物的制备必备知识1.物质制备实验的操作顺序（1）实验操作顺序（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，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。其目的是：①防止爆炸（如氢气还原氧化铜）；②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）实验中试剂或产物防止变质或损失①实验中反应物或产物若易吸水、潮解、水解等，要采取措施防止吸水。②易挥发的液体产物要及时冷却。③易挥发的液体反应物，需在反应装置中加装冷凝回流装置（如长导管、竖直的干燥管、冷凝管等）。④注意防止倒吸的问题。（4）选用仪器及连接顺序2.实验温度的控制（1）控制低温的目的：减少某些反应物或产物分解，如H2O2、NH4HCO3等；减少某些反应物或产物挥发，如盐酸、氨水等；防止某些物质水解，避免副反应发生等。（2）采取加热的目的：加快反应速率或使平衡移动，加速溶解等。（3）常考的温度控制方式水浴加热均匀加热，反应温度在100℃以下油浴加热均匀加热，反应温度在100～260℃之间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，提高产品纯度等保温如真空双层玻璃容器等3.物质（固体物质）制备的三大原则选择最佳反应途径例如用铝制取氢氧化铝：2Al＋3H2SO4Al2（SO4）3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2Al2（SO4）3＋6Na[Al（OH）4]8Al（OH）3↓＋3Na2SO4，当n（Al3＋）∶n{[Al（OH）4]－}＝1∶3时，Al（OH）3选择最佳原料如实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝，应选用氨水，而不能选用强碱氢氧化钠溶液；用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜，应选用氢氧化钠溶液，而不能选用氨水（氢氧化铜可溶解在氨水中）等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，更要注意隔绝空气关键能力1.（2025·河北高考15题）氢碘酸常用于合成碘化物。某化学兴趣小组用如图装置（夹持装置等略）制备氢碘酸。步骤如下：ⅰ.在A中加入150mLH2O和127gI2，快速搅拌，打开K1通入H2S，反应完成后，关闭K1，静置、过滤得滤液；ⅱ.将滤液转移至B中，打开K2通入N2，接通冷凝水，加热保持微沸，直至H2S除尽；ⅲ.继续加热蒸馏，C中收集沸点为125～127℃间的馏分，得到117mL氢碘酸（密度为1.7g·mL－1，HI质量分数为57％）。回答下列问题：（1）仪器A的名称：，通入H2S发生反应的化学方程式：。（2）步骤ⅰ中快速搅拌的目的：（填序号）。a.便于产物分离b.防止暴沸c.防止固体产物包覆碘（3）步骤ⅰ中随着反应的进行，促进碘溶解的原因：（用离子方程式表示）。（4）步骤ⅱ中的尾气常用（填化学式）溶液吸收。（5）步骤ⅱ实验开始时的操作顺序：先通入N2，再加热；步骤ⅲ实验结束时相对应的操作顺序：。（6）列出本实验产率的计算表达式：。（7）氢碘酸见光易分解，易被空气氧化，应保存在。2.（2024·湖南高考15题节选）亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备CuCH3CN4ClO4的反应原理如下：CuClO42·6H2O＋Cu＋8CH3CN2Cu实验步骤如下：分别称取3.71gCuClO42·6H2O和0.76gCu粉置于100mL乙腈（CH3CN）中反应，回流装置图和蒸馏装置图（加热、夹持等装置略）已知：①乙腈是一种易挥发的强极性配位溶剂；②相关物质的信息如下：化合物CuCH3CuClO42·6H相对分子质量327.5371在乙腈中颜色无色蓝色回答下列问题：（1）装置Ⅰ中仪器M的名称为。（2）装置Ⅰ中反应完全的现象是。（3）装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是。（4）[CuCH3CN4]ClO4不能由步骤c直接获得，而是先蒸馏至接近饱和，再经步骤d冷却结晶获得。这样处理的目的是。（5）为了使母液中的[CuCH3CN4]ClO4结晶，步骤e中向母液中加入的最佳溶剂是A.水B.乙醇C.乙醚（6）合并步骤d和e所得的产物，总质量为5.32g，则总收率为（用百分数表示，保留一位小数）。考点二有机物的制备必备知识1.明确有机物实验中常用的操作加热酒精灯的火焰温度一般在400～500℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸馏等实验选用酒精灯加热，若温度要求更高，可选用酒精喷灯或电炉加热。除上述加热方式外还可以根据加热的温度要求选择水浴、油浴、沙浴加热防暴沸加沸石（碎瓷片），防止溶液暴沸，若开始忘加沸石（碎瓷片），需停止加热，至冷却后补加冷凝回流有机物易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有机物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率。如图1、图3中的冷凝管以及图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流2.了解提纯有机物的常用流程例如，精制溴苯（含Br2、HBr、FeBr3、杂质）的工艺流程：关键能力1.（2025·湖南高考15题）苯胺是重要的有机化工原料，其实验室制备原理如下：相关信息如下：物质相对分子质量熔点/℃沸点/℃密度/（g·cm－3）溶解性硝基苯1235.9210.91.20不溶于水，易溶于乙醚苯胺93－6.3184.01.02微溶于水，易溶于乙醚乙酸6016.6117.91.05与水互溶乙醚74－116.334.50.71微溶于水反应装置Ⅰ和蒸馏装置Ⅱ（加热、夹持等装置略）如下：实验步骤为：①向装置Ⅰ双颈烧瓶中加入13.5g铁粉、25.0mL水及1.50mL乙酸，加热煮沸10min；②稍冷后，通过恒压滴液漏斗缓慢滴入8.20mL硝基苯（0.08mol），再加热回流30min；③将装置Ⅰ改成水蒸气蒸馏装置，蒸馏收集苯胺—水馏出液；④将苯胺—水馏出液用NaCl饱和后，转入分液漏斗静置分层，分出有机层；水层用乙醚萃取，分出醚层；合并有机层和醚层，用粒状氢氧化钠干燥，得到苯胺醚溶液；⑤将苯胺醚溶液加入圆底烧瓶（装置Ⅱ），先蒸馏回收乙醚，再蒸馏收集180～185℃馏分，得到5.58g苯胺。回答下列问题：（1）实验室保存硝基苯的玻璃容器是（填字母）。（2）装置Ⅰ中冷凝管的进水口为（填“a”或“b”）。（3）步骤④中将苯胺—水馏出液用NaCl饱和的原因是。（4）步骤④中第二次分液，醚层位于层（填“上”或“下”）。（5）蒸馏回收乙醚时，锥形瓶需冰水浴的原因是；回收乙醚后，需要放出冷凝管中的冷凝水再蒸馏，这样操作的原因是。（6）下列说法正确的是（填字母）。A.缓慢滴加硝基苯是为了减小反应速率B.蒸馏时需加沸石，防止暴沸C.用红外光谱不能判断苯胺中是否含有硝基苯D.蒸馏回收乙醚，无需尾气处理（7）苯胺的产率为。2.（2025·山东高考18题节选）如下不饱和聚酯可用于制备玻璃钢。实验室制备该聚酯的相关信息和装置示意图如下（加热及夹持装置略）：原料结构简式熔点/℃沸点/℃顺丁烯二酸酐52.6202.2邻苯二甲酸酐130.8295.01，2-丙二醇－60.0187.6实验过程：①在装置A中加入上述三种原料，缓慢通入N2。搅拌下加热，两种酸酐分别与1，2-丙二醇发生醇解反应，主要生成和。然后逐步升温至190～200℃，醇解产物发生缩聚反应生成聚酯。②缩聚反应后期，每隔一段时间从装置A中取样并测量其酸值，直至酸值达到聚合度要求（酸值：中和1克样品所消耗KOH的毫克数）。回答下列问题：（1）理论上，原料物质的量投料比n（顺丁烯二酸酐）∶n（邻苯二甲酸酐）∶n（1，2-丙二醇）＝。（2）装置B的作用是；仪器C的名称是；反应过程中，应保持温度计2示数处于一定范围，合理的是（填标号）。A.55～60℃B.100～105℃C.190～195℃（3）为测定酸值，取ag样品配制250.00mL溶液，移取25.00mL溶液，用cmol·L－1KOH-乙醇标准溶液滴定至终点，重复实验，数据如下：序号12345滴定前读数/mL0.0024.980.000.000.00滴定后读数/mL24.9849.7824.1025.0025.02应舍弃的数据为（填序号）；测得该样品的酸值为（用含a、c的代数式表示）。若测得酸值高于聚合度要求，可采取的措施为（填标号）。A.立即停止加热B.排出装置D内的液体C.增大N2的流速解答有机物制备类综合实验题的思维流程1.（2025·重庆高考16题）糖精钠是一种甜味剂。某研究小组在实验室利用甲苯氯磺化法按以下五个步骤制备糖精钠（部分操作及反应条件略）。（1）步骤Ⅰ：氯磺化实验装置示意图如图所示（夹持及控温装置略）。①仪器a的名称是。②烧杯中吸收的尾气为（填化学式）。（2）步骤Ⅱ：氨化若取邻甲基苯磺酰氯0.3mol，理论上至少需加入15mol·L－1氨水mL。（3）步骤Ⅲ：氧化氧化过程中为保证氧化完全，需加入过量的KMnO4。反应完成后，向其中滴加Na2SO3溶液将过量的KMnO4转化成MnO2。观察到现象为时，停止加入Na2SO3溶液，其离子方程式为。（4）步骤Ⅳ：酸化将步骤Ⅲ所得溶液进行酸化，经过滤得糖精。过滤需用到下列的仪器有。（5）步骤Ⅴ：成盐加热反应体系，过程中产生大量气体，该气体为（填化学式）。待NaHCO3反应完全，趁热过滤。由滤液获得糖精钠产品的过程中，冷却结晶之后的操作步骤还有。2.（2025·云南高考16题）三氟甲基亚磺酸锂（Mr＝140）是我国科学家通过人工智能设计开发的一种锂离子电池补锂剂，其合成原理如下：实验步骤如下：Ⅰ.向A中加入3.5gNaHCO3、5.2gNa2SO3和20.0mL蒸馏水，搅拌下逐滴加入2.1mL（3.3g）三氟甲磺酰氯（Mr＝168.5），有气泡产生（装置如图，夹持及加热装置省略）。80℃下反应3h后，减压蒸除溶剂得浅黄色固体。Ⅱ.向上述所得固体中加入10.0mL四氢呋喃（THF），充分搅拌后，加入无水Na2SO4，振荡，抽滤、洗涤。将所得滤液减压蒸除THF，得黏稠状固体。加入适量乙醇进行重结晶。Ⅲ.将所得三氟甲基亚磺酸钠和3.0mLTHF加入圆底烧瓶中，搅拌溶解后逐滴加入足量浓盐酸，析出白色固体。抽滤、洗涤。Ⅳ.将滤液转入圆底烧瓶中，加入2.0mL蒸馏水和过量LiOH。室温搅拌反应1h后，减压蒸除溶剂，得粗产品。加入适量乙醇进行重结晶，得产品1.1g。已知：THF是一种有机