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第2讲化学实验方案与设计,【真题回访】1.(2016全国卷T26)过氧化钙微溶于水,溶于酸,可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题:,(一)碳酸钙的制备,(1)步骤加入氨水的目的是_。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大,有利于_。(2)如图是某学生的过滤操作示意图,其操作不规范的是_(填标号)。,a.漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b.玻璃棒用作引流c.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁d.滤纸边缘高出漏斗e.用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度,(二)过氧化钙的制备(3)步骤的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,此时溶液呈_性(填“酸”“碱”或“中”)。将溶液煮沸,趁热过滤。将溶液煮沸的作用是_。,(4)步骤中反应的化学方程式为_,该反应需要在冰浴下进行,原因是_。(5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是_。(6)制备过氧化钙的另一种方法是:将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是_,产品的缺点是_。,【解析】(1)由碳酸钙的制备流程图可以看出,加入盐酸后得到的溶液中含有Ca2+、Fe2+或Fe3+,加入双氧水可以把Fe2+氧化成Fe3+,加入氨水先中和多余的盐酸,再把Fe3+转化为氢氧化铁沉淀经过滤而除去,即可得到比较纯净的氯化钙溶液。小火煮沸时液体沸腾不剧烈,有利于沉淀颗粒长大,颗粒越大越有利于过滤分离。(2)过滤操作时,漏斗末端颈尖要紧靠烧杯壁、滤纸紧贴漏斗,壁,滤纸边缘低于漏斗,液面边缘要低于滤纸边缘,用玻璃棒引流,不能用玻璃棒搅拌,以防滤纸破碎,因此不规范的操作是a、d、e。(3)向CaCO3固体中逐滴加入稀盐酸生成CaCl2、H2O和CO2,因为溶液中尚存有少量固体,所以盐酸不足,溶液中的溶质是CaCl2,因为CaCl2是强酸强碱盐,在水中不能水解,其溶液显中性,但是由于产生的CO2能够部分溶于水生成碳酸,所以溶液显酸性。,将溶液煮沸可以除去溶液中溶解的CO2。(4)根据题意,反应物是CaCl2、NH3H2O和H2O2,生成物中一定有CaO2,根据元素守恒可以判断还有NH4Cl和H2O,据此写出并且配平方程式;因为反应物中H2O2受热易分解,所以该反应需要在冰浴下进行。(5)过氧化钙微溶于水,用水洗可以洗去结晶表面的少量杂质,然后用乙醇洗涤结晶表面残留的少量水,利用其挥发性而除去水。(6)CaO和,H2O2反应的化学方程式为CaO+H2O2=CaO2+H2O,其优点是流程短,操作简单,节省药品,无污染性物质产生,环保。缺点是煅烧石灰石需要消耗大量的能量,而且石灰石中含有的杂质无法除去,产品的纯度低。,答案:(1)调节溶液pH使Fe3+沉淀过滤分离(2)a、d、e(3)酸除去溶液中的CO2(4)CaCl2+2NH3H2O+H2O2+6H2OCaO28H2O+2NH4Cl或CaCl2+2NH3H2O+H2O2CaO2+2NH4Cl+2H2O温度过高时双氧水易分解(5)去除结晶表面的水分(6)工艺简单,操作方便纯度较低(合理即可),2.(2015全国卷T26)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.410-2,K2=5.410-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色,熔点为101,易溶于水,受热脱水、升华,170以上分解。回答下列问题:,(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_,由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置B的主要作用是_。,(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。,乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、_。装置H反应管中盛有的物质是_。,能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_。(3)设计实验证明:草酸的酸性比碳酸的强_。草酸为二元酸_。,【解析】(1)草酸中只有碳、氢、氧三种元素,生成的可能产物中能用澄清石灰水检验的只能是二氧化碳,现象是有气泡产生,石灰水变浑浊,添加冷凝装置是防止草酸进入石灰水和其反应生成沉淀。(2)检验一氧化碳时应先除去二氧化碳并检验是否除净,所以先通入氢氧化钠和石灰水溶液,再除去水蒸气(通过无水氯化钙),最后通过灼热氧化铜和石灰水溶液并检验产物,如果,前面二氧化碳除净,后面有二氧化碳生成,则证明有一氧化碳。(3)证明草酸的酸性比碳酸强,只要验证草酸和碳酸氢钠或碳酸钠反应生成二氧化碳即可,即向盛有少量NaHCO3(或Na2CO3)的试管中滴加草酸溶液,有气泡产生。验证草酸是二元酸,只要证明1mol草酸需要2mol氢氧化钠即可,即用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液,消耗氢氧化钠的物质的量为草酸的两倍。,答案:(1)有气泡产生,澄清石灰水变浑浊CO2冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰二氧化碳的检验(2)F、D、G、H、D、ICuO(或氧化铜)H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊(3)向盛有少量NaHCO3(或Na2CO3)的试管中滴加草酸溶液,有气泡产生,用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液,消耗氢氧化钠的物质的量为草酸的两倍,【命题特点】客观题:1.考查“制备”:仪器、收集方法的选择,反应原理的合理性。2.考查“实验判断”:判断设计的实验能否达到实验目的。,3.考查“实验选择”:对所设计的实验方案做出选择。4.考查“评价”:对所给出的实验方案合理性做出评价。,主观题:1.考查“原理”:物质制备的实验原理。2.考查“选择与评价”:提出实验问题与目的,给出实验情景或物质的性质,要求选择仪器、药品,组装实验装置,确定实验步骤和评价实验方案等。,3.考查“综合评价”:联系工业生产过程,进行定性、定量分析和综合实验评价。4.考查“计算”:根据实验方案,利用守恒法计算产率、纯度或成分等。,【真题备选】(2012全国卷T28)溴苯是一种化工原料,实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下:,按下列合成步骤回答问题:(1)在a中加入15mL无水苯和少量铁屑。在b中小心加入4.0mL液态溴。向a中滴入几滴溴,有白色烟雾产生,是因为生成了_气体。继续滴加至液溴滴完。装置d的作用是_;,(2)液溴滴完后,经过下列步骤分离提纯:向a中加入10mL水,然后过滤除去未反应的铁屑;滤液依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗涤。NaOH溶液洗涤的作用是_;向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙,静置、过滤。加入氯化钙的目的是_;,(3)经以上分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为_,要进一步提纯,下列操作中必须的是_(填入正确选项前的字母);A.重结晶B.过滤C.蒸馏D.萃取,(4)在该实验中,a的容积最适合的是_(填入正确选项前的字母)。A.25mLB.50mLC.250mLD.500mL,【解析】液溴与铁反应生成溴苯和溴化氢,溴化氢极易溶于水,可看到白雾;装置d用于吸收溴化氢和未反应完的溴单质;氢氧化钠可洗涤除去未反应的溴单质和生成的溴化氢;无水氯化钙起干燥作用;经过、两步后粗溴苯中还含有未反应的苯,应用蒸馏的方法除去;实验中共向a中加入了15mL苯、4mL液溴、10mL水,共29mL液体,所以容积50mL的a合适。,答案:(1)HBr吸收HBr和未反应完的Br2(2)除去HBr和未反应的Br2干燥(3)苯C(4)B,【知识回顾】1.实验室典型的4类气体发生装置:,(1)实验室制取氨气可以选用装置_。(2)若用H2O2分解来制取氧气,可以选用装置_。(3)实验室制取氯气,可以选用装置_。(4)装置B可以制备的最常见气体有_和_。,A,C,D,CO2,H2,2.实验设计的一般过程:,3.必考的评价实验方案的基本原则:(1)装置应_对于不同的实验方案,尽量选择实验装置、实验步骤最简单的方案。(2)环保_:对于不同的实验方案,尽量选择不产生污染性气体等有利于环境保护的实验方案。,最简:,无污染,(3)操作_:在选择方案时力求实验条件简单,有利于节约资源。(4)原理_:所选择的反应原理要正确合理,力求选择反应速率容易控制的实验方案,以便有利于对生成物的控制和确保实验安全。(5)现象_:在性质验证或物质检验的实验中,应选择反应现象最明显的实验方案。,较方便,较简单,最明显,4.常考的对照实验设计的两类方法:(1)_对照设计:探究性实验设计中,设计两组实验,在可能对实验结果造成影响的众多因素中,控制一种因素(X)不同,比较两组实验结果的差异,得出X因素对实验结果的影响情况。,变量控制式,(2)_对照实验设计:选择一种大家公认的具有或不具有某种性能的物质(A),让A与需要进行实验设计的物质(B)进行相同的变化,对比A、B实验反应现象的异同,从而确定A、B性能的异同。如酸碱强弱的实验设计中常使用此方法。,参照性,【易错辨析】判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。1.Cl2收集可用排饱和NaCl溶液法,不能用排水法()提示:。Cl2能溶于水而不易溶于饱和NaCl溶液。2.除去CO2中的HCl可以将混合气通入饱和的Na2CO3溶液中。()提示:。CO2也能与饱和的Na2CO3溶液反应。,3.用浓盐酸酸化KMnO4溶液,增强KMnO4的强氧化性。()提示:。KMnO4具有强氧化性,能将HCl氧化。4.实验室可选用大理石与浓硫酸反应制备CO2。()提示:。大理石与浓硫酸不反应。,5.实验室中的CCl4含有少量溴,加适量的苯,振荡、静置后分液,可除去CCl4中的溴。()提示:。CCl4和苯互溶。6.NaOH的酚酞溶液红色褪去,说明SO2具有漂白性。()提示:。红色褪去是NaOH溶液与酸性氧化物SO2反应。SO2不漂白酸碱指示剂。,7.验证Fe3O4固体含有+2价铁离子和+3价铁离子,可采用如下实验设计:(),提示:。+2价铁离子可用酸性高锰酸钾检验;+3价铁离子可用KSCN检验。,8.说明Na2SO3已部分变质。()提示:。硝酸具有强氧化性,能将氧化。,考点一“气体制备”为纽带的实验方案的设计【典型例题】(2016四川高考)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl22H2O制备CuCl,并进行相关探究。,【资料查阅】,【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。,请回答下列问题:(1)仪器X的名称是_。(2)实验操作的先后顺序是a_e(填操作的编号)。a.检查装置的气密性后加入药品b.熄灭酒精灯,冷却,c.在“气体入口”处通入干燥HCld.点燃酒精灯,加热e.停止通入HCl,然后通入N2,(3)在实验过程中,观察到B中物质由白色变为蓝色,C中试纸的颜色变化是_。(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是_。,【探究反思】(5)反应结束后,取出CuCl产品进行实验,发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析:若杂质是CuCl2,则产生的原因是_。若杂质是CuO,则产生的原因是_。,【解析】(1)仪器X的名称为干燥管。(2)热分解CuCl22H2O制备CuCl,为防止CuCl被氧化和Cu+水解必须要先赶走装置中的氧气和水蒸气后才能加热,且要在HCl气流中加热制备,反应结束后先熄灭酒精灯,应继续通入氮气直至装置冷却,所以操作顺序为acdbe。(3)B中物质由白色变为蓝色,说明有水生成,产物中还有Cl2,所以C中湿润的蓝色石蕊试纸先变红,后,褪色。(4)D中多余的Cl2和NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。(5)因为CuCl2在300以上才能完全分解成CuCl,若杂质是CuCl2说明CuCl2没有反应完全,所以可能是加热时间不足或分解温度偏低;若杂质是氧化铜,说明CuCl被氧气氧化才产生了CuO,说明装置中有氧气,可能通入HCl的量不足。,答案:(1)干燥管(2)cdb(3)先变红,后褪色(4)Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O(5)加热时间不足或温度偏低通入HCl的量不足,【答题技法】1.气体物质制备方案的设计思路:,2.气体制备与性质实验的四个注意问题:(1)操作顺序问题。与气体有关的实验操作顺序为:装置选择与连接气密性检查装入固体药品加液体药品按程序实验拆卸仪器。,(2)加热操作的要求。使用可燃性气体(如:H2、CO、CH4等),先用原料气赶走系统内的空气,再点燃酒精灯加热,以防止爆炸。制备一些易与空气中的成分发生反应的物质(如H2还原CuO的实验),反应结束时,应先熄灭酒精灯,继续通原料气至试管冷却。,(3)尾气处理的方法。有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃的方法,不能直接排放。(4)特殊实验装置。制备在空气中易吸水、潮解以及水解的物质(如Al2S3、AlCl3等),往往在装置的末端再接一个干燥装置,以防止空气中水蒸气的进入。,用盛有碱石灰的干燥管吸收测定实验中生成CO2的质量时,在干燥管前连盛有CaCl2的U形管,在干燥管后再连一个盛有碱石灰的干燥管,前一个的目的是干燥CO2,后一个的目的是防止空气中的CO2和H2O(g)进入。,【新题预测】1.利用下图装置可以进行实验并能达到实验目的的是(),【解析】选D。MnO2和浓盐酸常温下不反应,缺少加热装置,故A错误;一氧化氮能与氧气反应,不能用排空气法收集,故B错误;乙炔的分子量为26,密度与空气接近,应用排空气法收集,故C错误;二氧化碳的密度比空气大,可用向上排空气法收集,故D正确。,2.甲酸(HCOOH)是一种有刺激性气味的无色液体,有很强的腐蚀性、较强的还原性,熔点8.4,沸点100.7,能与水、乙醇互溶,加热至160即分解成二氧化碳和氢气。,(1)实验室可用甲酸与浓硫酸共热制备一氧化碳:HCOOHH2O+CO,实验的部分装置如图所示。制备时先加热浓硫酸至8090,再逐滴滴入甲酸。,请从图中挑选所需的仪器,补充图中虚线方框中缺少的气体发生装置:_、e(填选项序号)(必要的塞子、玻璃管、橡胶管、固定装置已省略);其中,温度计的水银球应该处于_位置。,装置的作用是_。(2)实验室可用甲酸制备甲酸铜。其方法是先用硫酸铜和碳酸氢钠作用制得碱式碳酸铜,碱式碳酸铜再与甲酸反应制得四水甲酸铜Cu(HCOO)24H2O晶体,相关的化学方程式是2CuSO4+4NaHCO3=Cu(OH)2CuCO3+3CO2+2Na2SO4+H2O;Cu(OH)2CuCO3+4HCOOH+5H2O=2Cu(HCOO)24H2O+CO2,实验步骤如下:、碱式碳酸铜的制备:,步骤是将一定量CuSO45H2O晶体和NaHCO3固体一起放到研钵中研磨,其目的是_。步骤是在搅拌下将固体混合物分多次缓慢加入热水中,反应温度控制在7080,如果看到_(填写实验现象),说明温度过高。步骤的后续操作有过滤、洗涤,检验沉淀是否已洗涤干净的方法为_。,、甲酸铜的制备:将Cu(OH)2CuCO3固体放入烧杯中,加入一定量热的蒸馏水,再逐滴加入甲酸至碱式碳酸铜恰好全部溶解,趁热过滤除去少量不溶性杂质。在通风橱中蒸发滤液至原体积的时,冷却析出晶体,过滤,再用少量无水乙醇洗涤晶体23次,晾干,得到产品。,“趁热过滤”中,必须“趁热”的原因是_。用乙醇洗涤晶体的目的是_。(3)请设计实验证明甲酸是一元弱酸:_。,【解析】(1)该制备原理符合:液体+液体气体,用分液漏斗添加甲酸,在蒸馏烧瓶中反应,且需控制反应的温度,温度计水银球应在液面以下,但不能接触烧瓶底部;生成的气体中含有HCOOH,HCOOH易溶于水,B起安全瓶作用,防止水因倒吸而流入蒸馏烧瓶中。,(2)将一定量CuSO45H2O晶体和NaHCO3固体一起放到研钵中研磨,其目的是研细并混合均匀,使反应充分;温度过高,碱式碳酸铜会分解生成黑色的CuO;碱式碳酸铜表面会附着硫酸根离子,检验洗涤干净方法:取最后一次洗涤液少许于试管中,滴加BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,说明沉淀已洗涤干净,若产生白色沉淀,说明沉淀未洗涤干净;,甲酸铜的溶解度随温度的升高而变大,如果冷却,会有晶体析出,降低产率,因此需趁热过滤,防止甲酸铜晶体析出;甲酸铜易溶于水,不能用蒸馏水洗涤,故需用乙醇进行洗涤,洗去晶体表面的水及其他杂质,减少甲酸铜晶体的损失。,(3)室温下,测甲酸钠溶液的pH,若pH7,则证明甲酸为弱酸。室温下,配制0.01molL-1的甲酸溶液,测量溶液的pH,若pH2,则证明甲酸为弱酸。,答案:(1)a、c液面以下,但不能接触烧瓶底部防止水槽中的水因倒吸流入蒸馏烧瓶中(2)研细并混合均匀有黑色固体生成取最后一次洗涤液少许于试管中,滴加BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,说明沉淀已洗涤干净,若产生白色沉淀,说明沉淀未洗涤干净,防止甲酸铜晶体析出洗去晶体表面的水和其他杂质(3)室温下,测甲酸钠溶液的pH,若pH7,则证明甲酸为弱酸。室温下,配制0.01molL-1的甲酸溶液,测量溶液的pH,若pH2,则证明甲酸为弱酸。,【加固训练】1.(2016广州一模)用如图所示装置制取表格中的四种干燥、纯净的气体(必要时可以加热;a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。其中正确的是(),【解析】选D。SO2能够溶解在水中,选项A错误;氯气能够与NaOH溶液反应,选项B错误;实验室中制备氨气采用的是加热固体NH4Cl和Ca(OH)2混合物的方法,且氨气应该用向下排气法收集,选项C错误;稀硝酸与铜反应生成NO,装置体系中含有氧气,反应开始时,NO气体中含有少量的NO2,故c为水,可以除去NO2,d为浓硫酸,可以除去NO中的水蒸气,然后用注射器收集干燥的NO气体,选项D正确。,2.膦(PH3)又称为磷化氢,在常温下是一种无色有大蒜臭味的有毒气体,沸点-89.7,易自燃,与空气混合易爆炸,微溶于水。其制取原理类似于实验室制氨气,现用下图装置来制取磷化氢并验证其性质。,实验开始时,先从分液漏斗向盛有PH4I的圆底烧瓶中加入过量乙醚无色液体,沸点34.5,微溶于水,不与Fe2(SO4)3反应,微热数分钟后再从分液漏斗向圆底烧瓶中加入一定量的浓NaOH溶液继续加热。在装置C处用电热器控制温度在300左右,实验过程中可观察到:B装置的试管中有白色蜡状固体(P4)生成;D装置的试管中Fe2(SO4)3溶液颜色由棕黄色变成淡绿色,同时也有白色蜡状固体生成。请回答:,(1)按气流方向连接装置,从左到右的顺序为a_f。(2)用PH4I和烧碱反应制取PH3的化学方程式是_。(3)实验开始时,先向圆底烧瓶中加入乙醚并微热数分钟,其目的是_。,(4)装置C中反应的化学方程式是_;装置D中反应的离子方程式是_。(5)装置B、D中的现象说明PH3具有的化学性质是_(填字母序号)。A.碱性B.不稳定性C.还原性D.酸性(6)实验时处理尾气的方法是_。,【解析】制取磷化氢并验证其性质实验流程为乙醚为易挥发的有机溶剂,开始时,先从分液漏斗向盛有PH4I的圆底烧瓶中加入过量的乙醚,并微热数分钟,目的是将空气排尽,以防止磷化氢在装置中燃烧,提供惰性气体环境,再从分液漏斗向圆底烧瓶中加入一定量的浓氢氧化钠溶液继续加热,发生反应PH4I+NaOHPH3+NaI+H2O,在装置C处用电热器控制温度在300度左右,发,生反应4PH3P4+6H2,B装置的试管中有白色蜡状固体生成,为白磷,D装置的试管中硫酸铁溶液颜色从棕黄色变成淡绿色,说明生成亚铁离子,磷化氢具有还原性,发生反应4PH3+12Fe3+=P4+12Fe2+12H+,同时也有白色蜡状固体白磷生成。,(1)B装置的试管中有白色蜡状固体生成,为白磷,连接顺序为adebc(或edbc)。(2)铵盐和碱反应生成氨气,氮和磷为同一主族元素,性质相似,所以反应为PH4I+NaOHPH3+NaI+H2O。,(3)磷化氢容易自燃,所以装置中若不将空气排尽,会自燃,所以实验开始时,先向圆底烧瓶中加入乙醚加热数分钟,目的是将空气排尽,以防止PH3在装置中燃烧(或自燃)。(4)由上述分析可知,磷化氢受热分解生成白磷和氢气,方程式为4PH3P4+6H2。D中的离子反应为4PH3+12Fe3+=P4+12Fe2+12H+。,(5)B装置的试管中有白色蜡状固体为白磷,为磷化氢受热分解生成的产物,说明磷化氢不稳定,装置C中磷化氢能将铁离子还原为亚铁离子,说明其具有还原性。(6)磷化氢有毒,需进行尾气处理,磷化氢、氢气都能燃烧,所以可以将尾气点燃,硫化氢与硫酸铜溶液反应,所以可以将气体通入到CuSO4溶液。,答案:(1)debc(或edbc)(2)PH4I+NaOHPH3+NaI+H2O(3)将空气排尽,以防止PH3在装置中燃烧(或自燃)(4)4PH3P4+6H24PH3+12Fe3+=P4+12Fe2+12H+(5)B、C(6)将尾气点燃或通入到CuSO4溶液,考点二有机物制备与提纯实验方案的设计【典型例题】(2016怀化一模)实验室制备硝基苯的反应原理和实验装置如图所示:,存在的主要副反应有在温度稍高的情况下会生成间二硝基苯。有关数据如表所示:,实验步骤如下:取100mL烧杯,用20mL浓硫酸与18mL浓硝酸配制混合酸,将混合酸小心加入B中。把18mL(15.84g)苯加入A中。向室温下的苯中逐滴加入混酸,边滴边搅拌,混合均匀。在5060下发生反应,直至反应结束。,将反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中,依次用少量水、5%NaOH溶液和水洗涤。分出的产物加入无水CaCl2颗粒,静置片刻,弃去CaCl2,进行蒸馏纯化,收集205210馏分,得到纯硝基苯18g。,回答下列问题:(1)装置B的名称是_,装置C的作用是_。(2)配制混合酸时,能否将浓硝酸加入浓硫酸中,说明理由:_。,(3)为了使反应在5060下进行,常用的方法是_。反应结束并冷却至室温后A中液体就是粗硝基苯,粗硝基苯呈黄色的原因是_。(4)在洗涤操作中,第二次水洗的作用是_。,(5)在蒸馏纯化过程中,因硝基苯的沸点高于140,应选用空气冷凝管,不选用直形冷凝管的原因是_。(6)本实验所得到的硝基苯产率是_。,【解析】(1)装置B的名称是分液漏斗,装置C的作用是冷凝回流。(2)不能,因为硝酸的密度比硫酸小,将浓硝酸加入浓硫酸中易发生酸液迸溅。(3)水浴加热可以控制温度在5060。粗硝基苯呈黄色的原因是溶有浓硝酸分解产生的NO2等杂质。(4)第二次水洗可以除去氢氧化钠及钠盐等可溶性杂质。,(5)用直形冷凝管可能因为内外温差过大而炸裂。(6)理论上产生硝基苯的质量=123gmol-125g,则硝基苯的产率=1825100%=72%。,答案:(1)分液漏斗冷凝回流(2)不能,易发生酸液迸溅(3)水浴加热溶有浓硝酸分解产生的NO2(或硝酸)等杂质(4)洗去残留的NaOH及生成的钠盐等可溶性杂质(5)以免直形冷凝管通水冷却时因玻璃管内外温差大而炸裂(6)72%,【答题技法】1.有机制备与分离提纯的思维流程:,2.有机物制备实验中常用的仪器:(1)制备装置。,(2)蒸馏装置。,3.有机混合物的分离提纯常用方法:,【新题预测】冬青油是一种无色液体,某实验小组利用如图所示的装置制备冬青油。化学反应原理和实验装置如下所示:,产物的有关数据如表所示:,实验步骤如下所示:向三颈瓶中加入6.9g(0.05mol)水杨酸和24g(0.75mol)甲醇,再小心地加入6mL浓硫酸,摇匀。加入2粒沸石(或碎瓷片),装上仪器a,在石棉网上保持温度在8595,回流1.5h。反应完毕,将烧瓶冷却,加入50mL蒸馏水,然后转移至分液漏斗,弃去水层,将有机层再倒入分液漏斗中,依次用50mL5%碳酸氢钠,溶液和30mL水洗涤。将产物移至干燥的锥形瓶中,加入0.5g无水氯化钙。最后将粗产品进行蒸馏,收集221224的馏分,其质量为6.8g。,请回答下列问题:(1)本实验中浓硫酸的作用是_。(2)装置中仪器a的名称是_,进水口为_(填“”或“”)。温度计的适宜规格为_(填代号)。50100300,(3)用碳酸氢钠溶液洗涤的目的是_;用水洗涤时,产品在_(填“上”或“下”)层。(4)加入无水氯化钙的目的是_。(5)本次实验中冬青油的产率为_。,【解析】(1)本实验的反应原理是酯化反应,浓硫酸是酯化反应的催化剂,同时,利用浓硫酸吸收生成的水,促进平衡向右移动,提高产率。(2)仪器a为球形冷凝管,水从下口流入,上口流出,可提高冷却效果。实验温度控制在8595,应选择量程为100的温度计。,(3)用碳酸氢钠溶液洗涤除去粗产品中未反应的水杨酸和硫酸。根据密度的数据知冬青油的密度大于水的密度,故产品在下层,水溶液在上层。(4)用无水氯化钙吸收粗产品中的水分,避免蒸馏时水分进入产品中。,(5)所加反应物中甲醇过量,故应以水杨酸为标准进行计算。0.05mol水杨酸若反应完全,应生成0.05mol冬青油,即7.6g,实际生成6.8g,故本次实验中冬青油的产率为100%=89.5%。,答案:(1)催化剂、吸水剂(2)球形冷凝管(3)除去水杨酸和硫酸下(4)除去粗产品中的水分(5)89.5%,【加固训练】1.(2016长沙一模)苯甲酸甲酯是一种重要的工业原料,某研究性学习小组的同学拟用下列装置制取高纯度的苯甲酸甲酯。,有关数据如表所示:,请回答下列问题:(1)在烧瓶中混合有机物及浓硫酸的方法是_,在实际实验中,甲醇、苯甲酸的物质的量之比远大于理论上物质的量之比,目的是_。装置C中除加入甲醇、苯甲酸与浓硫酸外还需要加入_。,(2)C装置上部的冷凝管的主要作用是_,冷却剂在冷凝管中的流动方向是_。(3)制备和提纯苯甲酸甲酯的操作先后顺序为_(填装置字母代号)。(4)A中Na2CO3的作用是_;D装置的作用是_;当C装置中温度计显示_时可收集苯甲酸甲酯。,【解析】(1)因苯甲酸在常温下是固体,浓硫酸的密度又比甲醇的大,故应先将苯甲酸放入烧瓶中,再加入甲醇,最后向烧瓶中加入浓硫酸。为防止暴沸,还需要加沸石或碎瓷片。甲醇过量,可提高苯甲酸的利用率。(2)甲醇沸点较低,易汽化,C中冷凝管的作用是冷凝回流,避免造成试剂的损失,其中冷凝剂应从d口进入、c口流出。,(3)(4)反应完成后,取下冷凝管,向蒸馏烧瓶中加入水使反应液冷却,然后转移到分液漏斗中进行萃取(主要是除去甲醇)、分液,有机层密度较大,分液时进入锥形瓶中,其中没有反应完的苯甲酸与Na2CO3反应,没有反应完的Na2CO3再通过过滤的方法(利用D装置)除去,最后通过蒸馏的方法得到苯甲酸甲酯,蒸馏时温度达到苯甲酸甲酯的沸点时即可开始收集。混合试剂的过程中,固体试剂通常是最先放入相应的容器中,当涉及浓硫酸与液体有机物的混合时,应将浓硫酸缓慢加入到液体有机物中。,答案:(1)先将一定量的苯甲酸放入烧瓶中,然后再加入甲醇,最后边振荡边缓慢加入一定量的浓硫酸提高苯甲酸的利用率沸石(或碎瓷片)(2)冷凝回流从d口进入、c口流出(3)CFEADB(4)除去酯中的苯甲酸除去没有反应完的Na2CO3199.6,2.(2016武汉一模)1-苯乙醇具有柔和、愉快而持久的玫瑰香气,广泛用于各种食用香精和烟用香精中。实验室以苯乙酮和硼氢化钠为原料制备1-苯乙醇的反应原理、装置和有关数据如下:,实验步骤:在烧杯中加入15mL95%的乙醇和0.1g硼氢化钠,搅拌下,再滴入8mL苯乙酮,控制温度在4850,滴加完毕,室温下放置15min。在搅拌的条件下,慢慢滴加6mL3molL-1的盐酸。,水浴加热,使反应液中大部分乙醇蒸出,出现分层,再加入10mL乙醚。将混合反应液倒入分液漏斗,分离上述液体,水层再用10mL乙醚萃取,合并两次分液得到的有机物。加入适量无水硫酸镁,静置片刻,过滤除去硫酸镁固体。再加入0.6g无水碳酸钾,然后进行简单蒸馏除去乙醚。,经减压蒸馏得到1-苯乙醇4.5g(减压蒸馏可降低有机物的沸点)。回答下列问题:(1)反应中加入乙醇的目的是_。(2)反应完成后,蒸出大部分乙醇,反应液出现分层,上层为_(填“水层”或“有机层”,下同),加入10mL乙醚,充分振荡后,上层为_。,(3)装置图中仪器A的名称为_,在本实验中最好选用的规格是_(填“50mL”“100mL”或“200mL”);仪器B中冷凝水由_(填“a”或“b”)口流出。(4)步骤中加入无水硫酸镁的作用是_。,(5)步骤蒸馏除去乙醚时,应采用的最佳加热方式为_(填字母序号)。a.酒精灯加热b.水浴加热c.油浴加热d.酒精喷灯加热(6)本实验中1-苯乙醇的产率为_(结果精确到小数点后一位)。,【解析】(1)由题中表格可知硼氢化钠、苯乙酮均可溶解在乙醇中,故加入乙醇的目的是溶解硼氢化钠和苯乙酮,使反应物充分接触。(2)反应完成后,蒸出大部分乙醇,故有机层主要为1-苯乙醇,其密度比水大,故上层为水层;而加入10mL乙醚后,因乙醚的密度比水小,故上层为溶解有1-苯乙醇的乙醚溶液,即有机层。,(3)题中装置为蒸馏装置,A为蒸馏烧瓶;本实验步骤中用此装置蒸馏除去乙醚,分析知有机混合物体积应在20mL30mL之间,则应选50mL蒸馏烧瓶;B为冷凝管,冷凝水应“下进上出”,故应从b口流入,从a口流出。(4)有机实验中所加的无水硫酸镁、无水氯化钙或无水碳酸钾的作用一般都是干燥。,(5)乙醚的沸点只有34.6,而1-苯乙醇的沸点则是203.4,故除去乙醚最好采用水浴加热。(6)1-苯乙醇的理论产量为122gmol-18.36g,故产率为100%53.8%。,答案:(1)溶解硼氢化钠和苯乙酮,使反应物充分接触(2)水层有机层(3)蒸馏烧瓶50mLa(4)干燥(或吸收水分)(5)b(6)53.8%,3.(2016福州一模)氯苯是重要的有机化工产品,是染料、医药、有机合成的中间体,工业上常用“间歇法”制取。反应原理、实验装置图(加热装置都已略去)如下:,回答下列问题:(1)A反应器是利用实验室法制取氯气,中空玻璃管B的作用是_。冷凝管中冷水应从_(填“a”或“b”)处通入。,(2)把干燥的氯气通入装有干燥苯的反应器C中(内有相当于苯量1%的铁屑作催化剂),加热维持反应温度在4060为宜,温度过高会生成过多的二氯苯。对C加热的方法是_(填序号)。a.酒精灯加热b.油浴加热c.水浴加热D出口的气体成分有HCl、_和_。,(3)C反应器反应完成后,工业上要进行水洗、碱洗及食盐干燥,才能蒸馏。碱洗之前要水洗的目的是洗去一部分无机物,同时减少碱的用量,节约成本。写出用10%氢氧化钠溶液碱洗时可能发生的化学反应方程式:_(写两个即可)。(4)上述装置图中A、C反应器之间,需要增添一U形管,其内置物质是_。,(5)工业生产中苯的流失情况如下:则1t苯可制得成品为_(只要求列式)t。,【解析】(1)在加热过程中,反应装置中压强增大,为保证实验的安全性,所以玻璃管B与外界大气相通,起到平衡气压的作用;为使冷凝效果最佳,冷凝水应该是下进上出,所以在a处通入。(2)因为要求温度为4060,所以选择水浴加热。未反应的氯气和苯蒸气会随氯化氢气体一起在D处排出。,(3)生成物中的杂质中与碱反应的有作为催化剂的FeCl3,反应物Cl2和生成物HCl。(4)在反应中,氯气需要干燥,干燥氯气可以选择中性干燥剂五氧化二磷或氯化钙。(5)1t苯中实际上参与反应的质量为(1000-89.2)/1000t,设生成氯苯xt,78g112.5g(1000-89.2)/1000txt,答案:(1)平衡气压a(2)cCl2苯蒸气(3)HCl+NaOH=NaCl+H2O、FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl、Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O(任写两个即可)(4)五氧化二磷(或氯化钙)(5),考点三定量测定型实验【典型例题】(2016保定二模)为测定NaOH、Na2CO3混合物中Na2CO3的质量分数,甲同学拟采用图(1)所示装置来测定。乙同学拟采用图(2)所示装置来测定。,请回答下列问题:(1)甲同学用图(1)装置来测定,在没有放样品前,检查该装置气密性的方法之一是从酸式滴定管向烧瓶中加入一定量的水,观察到_现象,证明此装置不漏气。实验时称得样品的质量为mg,酸式滴定管的起始读数为amL,终了读数为bmL,注射器测定排出的气体为cmL(已折算成标准状况),该样品中Na2CO3的质量分数为(用含a、b、c、m的代数式表示)_。,(2)本实验选用稀硫酸而未选用稀盐酸的原因是_。(3)乙同学观察了甲同学的实验后很受启发,并发现自己的图(2)原实验设计方案会造成误差。其原因之一可能是CO2在水中溶解度较大,引起测量气体体积减小。丙同学经思考后。建议乙同学将(2)中某部分稍作改进,就可避免此种误差,写出你的改进方案_。,(4)丁同学提出将图(2)装置中量气装置去掉,只用反应装置和天平也能较准确地测出样品中Na2CO3的质量分数,请你分析丁同学方案中,除了测定样品的质量,还需测定的另两个数据是_、_。(5)还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数,请简述一种与上述各方法不同的实验方法_。,【解析】(1)向烧瓶中滴加水,会把空气排到注射器中,进去空气体积与滴加的水体积应是相等,说明装置的气密性良好,否则气密性不好,溶液的体积等于排除空气的体积,即V(CO2)=c-(b-a)mL,则n(CO2)=(c-b+a)10-3/22.4mol,根据碳元素守恒n(Na2CO3)=n(CO2)=(c-b+a)10-3/22.4mol,其质量分数为(c-b+a)10-3106/22.4m100%=53(c-b+a)/112m%。,(2)盐酸容易挥发出氯化氢气体,而硫酸不易挥发,减少误差。(3)产生误差的原因可能是CO2在水中溶解度较大,引起测量气体的体积减小,改进方案减少CO2的溶解,需要把水换成饱和碳酸氢钠溶液,或者在水表面加少量油或苯,来减少CO2的溶解。,(4)利用Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+CO2+H2O,利用反应前后的质量差进行计算,因此还需要的测的数据为反应前装有药品的整个装置的质量、反应后整个装置的质量。(5)上述方法是测CO2的体积,称量一定量的样品配成溶液,向溶液中加入过量的CaCl2或BaCl2溶液,对沉淀过滤、洗涤、烘干、称量,由沉淀质量计算出碳酸钠的质量。,答案:(1)注射器增大的体积与加入水的体积相等53(c-b+a)/112m%(2)盐酸容易挥发出氯化氢气体,而硫酸不易挥发,减少误差(3)将水换成饱和NaHCO3溶液,或在贮水瓶中的水面上加一层植物油都可防止CO2溶于水,(4)反应前装有药品的整个装置的质量反应后整个装置的质量(5)称量一定质量的样品配成溶液,加入足量的BaCl2溶液后得到沉淀,将沉淀进行过滤、洗涤、干燥、冷却、称量。由沉淀(BaCO3)质量计算出Na2CO3的质量,最后计算出Na2CO3的质量分数,【答题技法】定量实验测量的方法1.测量沉淀质量法:先将某种成分转化为沉淀,然后称量过滤、洗涤、干燥后沉淀的质量再进行相关计算。称量固体一般用托盘天平,精确度为0.1g,但精确度高的实验中可使用分析天平或电子天平,可精确到0.0001g。,2.测量气体体积法:(1)量气装置的设计:下列装置中,A是常规的量气装置,B、C、D是改进后的装置。,(2)读数时先要将其恢复室温后,再调整量气装置使两侧液面相平,最后读数要求视线与凹液面最低点相平。3.测量气体质量法:一般有两种方法:一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值;另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。,4.滴定法:即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。,【新题预测】有一含NaCl、Na2CO310H2O和NaHCO3的混合物,某同学设计如图所示的实验装置,通过测量反应产生的CO2和H2O的质量,来确定该混合物中各组分的质量分数。,(1)实验步骤:按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后,首先进行的操作是_。称取样品,并将其放入硬质玻璃管中;称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。打开活塞K1、K2,关闭K3,缓缓鼓入空气数分钟,其目的是_。,关闭活塞K1、K2,打开K3,点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为_、_。打开活塞K1,缓缓鼓入空气数分钟,然后拆下装置,再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。,(2)关于该实验方案,请回答下列问题。若加热反应后不鼓入空气,对测定结果的影响是_。E处干燥管中盛放的药品是_,其作用是_,如果实验中没有该装置,则会导致测量结果NaHCO3的质量分数_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。,若样品质量为wg,反应后C、D装置增加的质量分别为m1g、m2g,则混合物中Na2CO310H2O的质量分数为_(用含w、m1、m2的代数式表示)。,【解析】(1)组装好实验装置后首先应检查装置气密性。由于装置中存在CO2和水蒸气,应先鼓入空气除去装置中的CO2和水蒸气。由物质的性质可知该装置在加热时发生的反应为2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2、Na2CO310H2ONa2CO3+10H2O。(2)加热后有部分CO2和水蒸气会残留在装置中,必须鼓入空气使其排出完全被吸收,若不鼓入空气,则测得的,NaHCO3和Na2CO310H2O的质量分数偏小,NaCl的质量分数偏大。装置E是防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D,故干燥管中盛放的药品是碱石灰,如果没有该装置,会使测得的NaHCO3的质量分数偏大。由题目信息知反应放出的CO2的质量为m2g,根据反应的化学方程式2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2,可计算出该反应中产生的水的质量为g,从而计算出Na2CO310H2O,分解产生水的质量为(m1-)g,再根据Na2CO310H2ONa2CO3+10H2O,计算出Na2CO310H2O的质量为,最后计算出混合物中Na2CO310H2O的质量分数为100%。,答案:(1)检查装置气密性除去装置中的水蒸气和二氧化碳2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2Na2CO310H2ONa2CO3+10H2O(2)Na2CO310H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小,NaCl的质量分数测定结果偏大碱石灰防止空气中的CO2和水蒸气进入D中影响测定结果偏大100%,【加固训练】某氯化亚铁和氯化铁的混合物,现要测定其中铁元素的质量分数,按以下步骤进行实验:,.请根据上面流程,回答以下问题:(1)操作所用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外,还必须有_、_(填仪器名称)。(2)请写出加入溴水发生的离子反应方程式_。,(3)将沉淀物加热、灼烧,冷却至室温,用天平称量其质量为b1g,再次加热并冷却至室温称量其质量为b2g,若b1-b2=0.3,则接下来还应进行的操作是_;蒸发皿质量是W1g,蒸发皿与加热后固体总质量是W2g,则样品中铁元素的质量分数是_。,.有同学提出,还可以采用以下方法来测定:,(1)溶解样品改用了硫酸,而不再用盐酸,为什么?_。(2)选择的还原剂是否能用铁_(填“是”或“否”),原因是_;(3)若滴定用掉cmolL-1KMnO4溶液bmL,则样品中铁元素的质量分数是_。,【解析】.该实验的原理是先将样品配成一定浓度的溶液,然后取其中的十分之一,加氧化剂将二价铁氧化为三价铁,然后加碱使铁生成氢氧化铁沉淀,灼烧沉淀使其变为氧化物,通过称量氧化物的质量计算出铁的质量,进而得出铁的质量分数。(1)配制一定物质的量浓度的溶液所需仪器除了烧杯、玻璃棒外,还需要胶头滴管和容量瓶,由框图中溶液体积为250.00mL,故容量瓶,要注明规格。(2)加入溴水的目的是将二价铁氧化为三价铁,故反应为2Fe2+Br2=2Fe3+2Br-。(3)将物质灼烧至恒重的标准是灼烧后连续两次称量质量差小于0.1g,但b1-b2=0.3,因此还需要继续灼烧,直至两次质量差小于0.1g。灼烧后的固体为Fe2O3,其质量为(W2-W1)g,其中铁的质量为g,该质量为取样的十分之一,因此原样品中铁的质量分数为100%。,.该实验的原理是将样品配成溶液,将其中的三价铁用还原剂还原为二价铁,取其十分之一,再用酸性高锰酸钾滴定二价铁,通过消耗的高锰酸钾的量计算出样品中铁的质量,进而求出铁的质量分数。(1)盐酸中的Cl-具有还原性,可被高锰酸钾氧化,因此要将盐酸换为硫酸。(2)若用铁作还原剂,发生的反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+,Fe+H2SO4=FeSO4+H2,产生的Fe2+会干扰样品,中铁的测定。(3)二价铁被氧化为三价铁,每个Fe失去一个电子,KMnO4被还原为Mn2+,每个KMnO4得到5个电子,因此铁的物质的量是高锰酸钾物质的量的5倍,即n(Fe)=(510-3bc)mol,样品中铁的物质的量为(510-2bc)mol,故样品中铁的质量分数为,答案:.(1)250mL容量瓶胶头滴管(2)2Fe2+Br2=2Fe3+2Br-(3)再次加热、冷却并称量,直至两次质量差小于0.1g,.(1)过量的盐酸对后面KMnO4的滴定有干扰(2)否如果用铁作还原剂,自身的氧化产物是Fe2+,且会与过量的硫酸反应生成Fe2+,干扰铁元素的测定(3),题型四综合实验设计,【典型例题】(2016海南高考)某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0g该废催化剂为原料,回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下:,回答下列问题:(1)在下列装置中,第一次浸出必须用_,第二次浸出应选用_(填标号)。,(2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反,会造成_。滤渣2的主要成分是_。(3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是_。(4)某同学在实验完成之后,得到1.5gCuSO45H2O,则铜的回收率为_。,【解析】(1)根据流程图分析第一次浸出主要发生ZnO、ZnS与硫酸反应,因生成H2S有毒气体,应有尾气吸收装置,用D装置;滤渣1的主要成分是SiO2、CuS,第二次浸出主要是CuS在酸性条件下被H2O2氧化为硫酸铜,没有气体产生,用A装置。(2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。若顺序相反,会造成H2O2与固体颗粒接触分解。滤渣2的主要成分是SiO2。,(3)蒸发皿用来蒸发浓缩溶液。(4)15.0g废催化剂中含n(Cu)=n(CuS)=0.02mol,得到1.5gCuSO45H2O中含n(Cu)=n(CuSO45H2O)=0.006mol,则铜的回收率为=30%。,答案:(1)DA(2)H2O2与固体颗粒接触分解SiO2(和S)(3)蒸发皿(4)30%,【答题技法】1.审题:明确综合实验探究题的解题思路和问题的落点及解答方法。2.析题正确解题的关键:明确分析问题的思路和方法,构建解决该类问题的思维模型。分析已知条件和目标问题之间的关系,还有哪些中间条件需要推断。,3.解题正确解题的步骤:该过程实际上就是写出解题过程的结论。以上问题可能是已知的,也可能是未知的,也可能是所求问题,要根据具体情况进行分析。可按以下几点对照分析:实验方案:操作是否简单易行;,实验顺序:是否科学,是否减少了副反应的发生和避免实验步骤间的干扰;实验现象:是否直观明显;实验结论:是否可靠,要反复推敲实验步骤和多方论证实验结果。,4.检查正确解题的保证:最后要对照试题进行认真的检查核对,避免失误。关键是注意规范答题。(1)规范书写试剂名称。(2)规范书写装置中试剂的用途,如除杂
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