專題十四化學實驗綜合 第四單元 PART1 考綱展示 1 掌握常見氣體的實驗室制法 包括所用試劑 反應原理 儀器和收集方法 2 根據(jù)化學實驗的目的和要求 能做到 設計實驗方案 正確選用實驗裝置 掌握控制實驗條件的方法 預測或描述實驗現(xiàn)象 分析或處理實驗數(shù)據(jù) 得出合理結(jié)論 評價或改進實驗方案 3 以上各部分知識與技能的綜合應用 高頻考點探究 物質(zhì)的制備應根據(jù)目標產(chǎn)品的組成來確定原料及反應原理 設計反應路徑 選擇合適的儀器和裝置 最后根據(jù)生成物的性質(zhì)將產(chǎn)品分離提純出來 整個過程如圖14 1所示 核心透析 考點一制備型綜合實驗 圖14 1 例1 2018 江蘇卷改編 3 4 亞甲二氧基苯甲酸是一種用途廣泛的有機合成中間體 微溶于水 實驗室可用KMnO4氧化3 4 亞甲二氧基苯甲醛制備 其反應方程式為 典例探究 考查角度一有機制備型綜合實驗 圖14 2 實驗步驟如下 步驟1 向反應瓶中加入3 4 亞甲二氧基苯甲醛和水 快速攪拌 于70 80 滴加KMnO4溶液 反應結(jié)束后 加入KOH溶液至堿性 步驟2 趁熱過濾 洗滌濾餅 合并濾液和洗滌液 步驟3 對合并后的溶液進行處理 步驟4 抽濾 如圖14 3 洗滌 干燥 得3 4 亞甲二氧基苯甲酸固體 圖14 3 1 步驟1中 反應結(jié)束后 若觀察到反應液呈紫紅色 需向溶液中滴加NaHSO3溶液 HS轉(zhuǎn)化為 填化學式 加入KOH溶液至堿性的目的是 2 步驟2中 趁熱過濾除去的物質(zhì)是 填化學式 3 步驟3中 處理合并后溶液的實驗操作為 4 步驟4中 抽濾所用的裝置包括布氏漏斗 吸濾瓶 和抽氣泵 從左至右 產(chǎn)品制備 如圖14 4 在圓底燒瓶中加入10mL水 然后加入12mL 0 22mol 濃硫酸 搖勻冷卻至室溫 再加入7 5mL 0 08mol 正丁醇 混合后加入10 3g 0 10mol 溴化鈉晶體 充分振蕩 加入幾粒沸石 在石棉網(wǎng)上用小火加熱燒瓶并回流半小時 1 儀器a的名稱為 用恰當?shù)幕瘜W原理解釋能發(fā)生反應 的原因是 2 燒杯中所用試劑為水 其主要目的是吸收 填化學式 3 制備過程中燒瓶中溶液逐漸出現(xiàn)淺黃色 為此 有人提出用濃H3PO4代替濃H2SO4 其理由是 4 步驟 的目的是分離出產(chǎn)品中的無機物 判斷溴丁烷是否完全蒸餾出來的方法是 用一支試管收集幾滴餾出液 向其中加入少許水并搖動 如果表明溴丁烷已經(jīng)被完全蒸餾出來 5 步驟 用5mL濃硫酸洗滌的目的是除去 第一次水洗可以除去大部分硫酸 第二次水洗的目的是 6 實驗的產(chǎn)率為 M C4H9Br 137g mol 1 制備過程中 有利于提高產(chǎn)品產(chǎn)率的措施有適當延長回流時間及 選填字母 A 回流時適時攪拌溶液B 將塊狀NaBr研細使用C 將正丁醇分次加入D 對正丁醇進行干燥處理 答案 1 球形冷凝管濃硫酸為高沸點酸 氫溴酸為低沸點酸 加熱蒸發(fā)出HBr 反應 正向移動從而正向進行 或高沸點酸制低沸點酸 2 HBr 3 濃H2SO4有較強的氧化性 溴離子被氧化成溴單質(zhì) 而濃磷酸是非氧化性酸 不能氧化溴離子 4 溶液中沒有分層現(xiàn)象 5 正丁醇除去NaHCO3 NaHCO3和Na2SO4 6 62 5 AB 解析 1 a用于冷凝 儀器a的名稱為球形冷凝管 反應 為溴化鈉與濃硫酸反應制HBr 用恰當?shù)幕瘜W原理解釋能發(fā)生反應 的原因是濃硫酸為高沸點酸 氫溴酸為低沸點酸 加熱蒸發(fā)出HBr 反應 正向移動從而正向進行 2 燒杯中所用試劑為水 其主要目的是吸收HBr 3 制備過程中燒瓶中溶液逐漸出現(xiàn)淺黃色 為此 有人提出用濃H3PO4代替濃H2SO4 其理由是濃H2SO4有較強的氧化性 溴離子被氧化成溴單質(zhì) 而濃磷酸是非氧化性酸 不能氧化溴離子 4 用一支試管收集幾滴餾出液 向其中加入少許水并搖動 溶液中沒有分層現(xiàn)象 表明溴丁烷已經(jīng)被完全蒸餾出來 5 步驟 用5mL濃硫酸洗滌的目的是除去正丁醇 第一次水洗可以除去大部分硫酸 第二次水洗的目的是除去NaHCO3 NaHCO3和Na2SO4 規(guī)律小結(jié) 例2 2018 全國卷 醋酸亞鉻 CH3COO 2Cr 2H2O 為磚紅色晶體 難溶于冷水 易溶于酸 在氣體分析中用作氧氣吸收劑 一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑 將三價鉻還原為二價鉻 二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻 實驗裝置如圖14 5所示 考查角度二無機制備型綜合實驗 圖14 5 回答下列問題 1 實驗中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻 目的是 儀器a的名稱是 2 將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中 加入少量蒸餾水 按圖連接好裝置 打開K1 K2 關閉K3 c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{色 該反應的離子方程式為 同時c中有氣體產(chǎn)生 該氣體的作用是 3 打開K3 關閉K1和K2 c中亮藍色溶液流入d 其原因是 d中析出磚紅色沉淀 為使沉淀充分析出并分離 需采用的操作是 洗滌 干燥 4 指出裝置d可能存在的缺點 答案 1 去除水中溶解氧分液 或滴液 漏斗 2 Zn 2Cr3 Zn2 2Cr2 排除c中空氣 3 c中產(chǎn)生H2使壓強大于大氣壓 冰浴 冷卻過濾 4 敞開體系 可能使醋酸亞鉻與空氣接觸 解析 1 由題給信息醋酸亞鉻 在氣體分析中用作氧氣吸收劑 可知 為避免溶解在水中的氧氣影響實驗 故所用蒸餾水應先煮沸除氧并迅速冷卻 以減少氧氣的再溶解 儀器a為分液漏斗 2 將鹽酸滴入c中時 CrCl3溶解 同時鋅粒與鹽酸反應放出的氫氣阻止了空氣進入c中 形成了隔絕空氣的體系 進而發(fā)生反應Zn 2Cr3 Zn2 2Cr2 溶液顏色由綠色逐漸變?yōu)榱了{色 3 當打開K3 關閉K1和K2時 c中Zn與鹽酸反應產(chǎn)生的氫氣排不出去 產(chǎn)生較大的壓強 可將c中生成的亮藍色溶液壓入d中 進入d中的Cr2 可與CH3COO 反應生成 CH3COO 2Cr 2H2O沉淀 根據(jù)醋酸亞鉻難溶于冷水 要使沉淀充分析出并分離 可采用的操作方法為冰水浴冷卻 過濾 洗滌 干燥 4 由于 CH3COO 2Cr 2H2O沉淀可與氧氣反應 所以裝置d的缺點是裝置d為敞口體系 可能使醋酸亞鉻與空氣接觸而被氧化 合成SO2Cl2的裝置如圖14 6所示 夾持儀器已省略 請回答有關問題 1 從下表中選擇相應的裝置完成填空 圖14 6 制備SO2選 填字母 寫出用所選裝置制取Cl2的離子方程式 2 合成SO2Cl2的裝置圖中儀器B的名稱為 丁中盛放的是 3 反應結(jié)束后 將乙中混合物分離開的實驗操作名稱是 4 圖中裝置C的作用是 5 為提高本實驗中產(chǎn)品的產(chǎn)率 在實驗操作中還需要注意的事項有 只答一條即可 6 氯化亞砜 SOCl2 與水反應的化學方程式為 蒸干AlCl3溶液不能得到無水AlCl3 用SOCl2與AlCl3 6H2O混合加熱 可得到無水AlCl3 試解釋原因 規(guī)律小結(jié) 氣體制備與性質(zhì)探究型實驗流程及考查角度 1 化學實驗探究的基本環(huán)節(jié) 1 發(fā)現(xiàn)問題 就是在學習和實驗的過程中所遇到的值得探究的問題和異?，F(xiàn)象等 2 提出猜想 就是根據(jù)已有的知識對所發(fā)現(xiàn)的問題的解決提出的幾種可能的情況 3 設計驗證方案 就是根據(jù)猜想 結(jié)合實驗條件設計科學 合理 安全的實驗方案 對各種猜想進行驗證 4 具體實施實驗 就是根據(jù)實驗方案選擇儀器 組裝儀器 按步驟進行操作實驗的過程 5 觀察現(xiàn)象分析數(shù)據(jù) 得出結(jié)論 就是認真全面觀察實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象并及時記錄所得數(shù)據(jù) 然后進行推理分析和數(shù)據(jù)分析 通過對比歸納得出結(jié)論 核心透析 考點二探究型綜合實驗 典例探究 例3 2018 北京卷 實驗小組制備高鐵酸鉀 K2FeO4 并探究其性質(zhì) 資料 K2FeO4為紫色固體 微溶于KOH溶液 具有強氧化性 在酸性或中性溶液中快速產(chǎn)生O2 在堿性溶液中較穩(wěn)定 1 制備K2FeO4 夾持裝置略 ABCD圖14 7 A為氯氣發(fā)生裝置 A中反應方程式是 錳被還原為Mn2 將除雜裝置B補充完整并標明所用試劑 C中得到紫色固體和溶液 C中Cl2發(fā)生的反應有3Cl2 2Fe OH 3 10KOH 2K2FeO4 6KCl 8H2O 另外還有 2 探究K2FeO4的性質(zhì) 取C中紫色溶液 加入稀硫酸 產(chǎn)生黃綠色氣體 得溶液a 經(jīng)檢驗氣體中含有Cl2 為證明是否K2FeO4氧化了Cl 而產(chǎn)生Cl2 設計以下方案 由方案 中溶液變紅可知a中含有離子 但該離子的產(chǎn)生不能判斷一定是K2FeO4將Cl 氧化 還可能由產(chǎn)生 用化學方程式表示 方案 可證明K2FeO4氧化了Cl 用KOH溶液洗滌的目的是 變式研究金屬與硝酸的反應 實驗如下 1 中產(chǎn)生的無色氣體是 3 研究影響產(chǎn)生H2的因素 歸納總結(jié) 探究實驗設計的四個要求 1 2018 江蘇卷 以Cl2 NaOH NH2 2CO 尿素 和SO2為原料可制備N2H4 H2O 水合肼 和無水Na2SO3 其主要實驗流程如下 命題考向追蹤 歷年動態(tài) 圖14 8 已知 Cl2 2OH ClO Cl H2O是放熱反應 N2H4 H2O沸點約118 具有強還原性 能與NaClO劇烈反應生成N2 1 步驟 制備NaClO溶液時 若溫度超過40 Cl2與NaOH溶液反應生成NaClO3和NaCl 其離子方程式為 實驗中控制溫度除用冰水浴外 還需采取的措施是 2 步驟 合成N2H4 H2O的裝置如圖14 9所示 NaClO堿性溶液與尿素水溶液在40 以下反應一段時間后 再迅速升溫至110 繼續(xù)反應 實驗中通過滴液漏斗滴加的溶液是 使用冷凝管的目的是 圖14 9 圖14 10 圖14 11 2 2017 全國卷 凱氏定氮法是測定蛋白質(zhì)中氮含量的經(jīng)典方法 其原理是用濃硫酸在催化劑存在下將樣品中有機氮轉(zhuǎn)化成銨鹽 利用如圖14 12所示裝置處理銨鹽 然后通過滴定測量 已知 NH3 H3BO3 NH3 H3BO3 NH3 H3BO3 HCl NH4Cl H3BO3 回答下列問題 1 a的作用是 2 b中放入少量碎瓷片的目的是 f的名稱是 圖14 12 3 清洗儀器 g中加蒸餾水 打開k1 關閉k2 k3 加熱b 蒸氣充滿管路 停止加熱 關閉k1 g中蒸餾水倒吸進入c 原因是 打開k2放掉水 重復操作2 3次 4 儀器清洗后 g中加入硼酸 H3BO3 和指示劑 銨鹽試樣由d注入e 隨后注入氫氧化鈉溶液 用蒸餾水沖洗d 關閉k3 d中保留少量水 打開k1 加熱b 使水蒸氣進入e d中保留少量水的目的是 e中主要反應的離子方程式為 e采用中空雙層玻璃瓶的作用是 5 取某甘氨酸 C2H5NO2 樣品mg進行測定 滴定g中吸收液時消耗濃度為cmol L 1的鹽酸VmL 則樣品中氮的質(zhì)量分數(shù)為 樣品的純度 解析 由實驗目的和裝置圖可知 銨鹽與濃堿液在e中反應 通過b中產(chǎn)生水蒸氣通入e中將反應液加熱 使產(chǎn)生的氨氣完全逸出進入裝置g生成NH3 H3BO3 然后利用鹽酸來滴定NH3 H3BO3 最后利用氮守恒即可求出蛋白質(zhì)的含氮量 1 若b中壓強較大 則a管內(nèi)液面上升 因此a的作用就是避免b中壓強過大 2 b中放入少量碎瓷片的目的是防止暴沸 儀器f的名稱是直形冷凝管 3 g中蒸餾水倒吸進入c 原因是c e及其所連接的管道內(nèi)因溫度下降 水蒸氣冷凝為水后 管路內(nèi)形成負壓 在大氣壓的作用下 錐形瓶內(nèi)的蒸餾水被倒吸入c中 4 因氨氣極易溶于水 因此d中保留少量水可達到液封 防止氨氣逸出的目的 3 2017 全國卷 綠礬是含有一定量結(jié)晶水的硫酸亞鐵 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的用途 某化學興趣小組對綠礬的一些性質(zhì)進行探究 回答下列問題 1 在試管中加入少量綠礬樣品 加水溶解 滴加KSCN溶液 溶液顏色無明顯變化 再向試管中通入空氣 溶液逐漸變紅 由此可知 2 為測定綠礬中結(jié)晶水含量 將石英玻璃管 帶兩端開關K1和K2 設為裝置A 稱重 記為m1g 將樣品裝入石英玻璃管中 再次將裝置A稱重 記為m2g 按下圖連接好裝置進行實驗 圖14 13 儀器B的名稱是 將下列實驗操作步驟正確排序 填標號 重復上述操作步驟 直至A恒重 記為m3g a 點燃酒精燈 加熱b 熄滅酒精燈c 關閉K1和K2d 打開K1和K2 緩緩通入N2e 稱量Af 冷卻到室溫 根據(jù)實驗記錄 計算綠礬化學式中結(jié)晶水數(shù)目x 列式表示 若實驗時按a d次序操作 則使x 填 偏大 偏小 或 無影響 3 為探究硫酸亞鐵的分解產(chǎn)物 將 2 中已恒重的裝置A接入圖14 14所示的裝置中 打開K1和K2 緩緩通入N2 加熱 實驗后反應管中殘留固體為紅色粉末 C D中的溶液依次為 填標號 C D中有氣泡冒出 并可觀察到的現(xiàn)象分別為 a 品紅b NaOHc BaCl2d Ba NO3 2e 濃H2SO4 寫出硫酸亞鐵高溫分解反應的化學方程式 圖14 14 4 2 溴丙酸 CH3CHBrCOOH 是有機合成的重要中間體 實驗室制備2 溴丙酸的反應 PCl3易潮解 裝置示意圖14 15 加熱和夾持裝置略去 和有關數(shù)據(jù)如下 CH3CH2COOH Br2 CH3CHBrCOOH HBr 2019預測 圖14 15 請回答 1 檢驗A裝置氣密性的方法 蓋緊滴液漏斗玻璃塞 觀察到導管口有氣泡冒出 撤走熱源后 導管中進入一段水柱 則證明氣密性良好 2 按圖14 15所示添加藥品 先水浴加熱a 再向a中滴加足量液溴 充分反應后 停止加熱 a的容積最適合的是 填選項字母 A 50mLB 100mLC 250mLD 500mL 冷凝管的出水口為 填 b 或 c C裝置的作用為 3 冷卻至室溫后 將a中液體減壓蒸餾 純化 收集得27 0mLCH3CHBrCOOH 采用減壓蒸餾的原因為 本實驗的產(chǎn)率為 保留兩位有效數(shù)字 4 欲用上述裝置驗證a中發(fā)生取代反應 需更換B C中的試劑 則C中應加入的試劑為 裝置B的作用為 答案 1 將B中長導管末端沒入液面下 微熱a 或三頸燒瓶 2 B c 吸收Br2和HBr 防止空氣污染 3 降低CH3CHBrCOOH的沸點 防止CH3CHBrCOOH分解 61 4 AgNO3溶液或石蕊溶液除去HBr中的Br2蒸氣 解析 1 利用熱脹冷縮原理 檢驗A裝置氣密性 蓋緊滴液漏斗玻璃塞 將B中長導管末端沒入液面下 微熱a 或三頸燒瓶 觀察到導管口有氣泡冒出 撤走熱源后 導管中進入一段水柱 則證明氣密性良好 2 按題圖中所示添加藥品 先水浴加熱a 再向a中滴加足量液溴 充分反應后 停止加熱 對a中液體進行加熱 a的容積要大于40mL的2倍 a的容積最適合的是100mL 冷凝回流液體 b處進水 冷凝管的出水口為c C中盛NaOH溶液 C裝置的作用為吸收Br2和HBr 防止空氣污染 3 冷卻至室溫后 將a中液體減壓蒸餾 純化 收集得27 0mLCH3CHBrCOOH 采用減壓蒸餾的原因為降低CH3CHBrCOOH的沸點 防止CH3CHBrCOOH分解 實際產(chǎn)量 m CH3CHBrCOOH 27 0mL 1 7g mL 1 45 9g CH3CH2COOH的質(zhì)量為37 0mL 0 99g mL 1 36 63g CH3CHBrCOOH的理論產(chǎn)量 m CH3CHBrCOOH 36 63g 74g mol 1 153g mol 1 75 735g 本實驗的產(chǎn)率為45 9g 75 735g 100 61 4 欲用上述裝置驗證a中發(fā)生取代反應 需更換B C中的試劑 則C中應加入的試劑為AgNO3溶液或石蕊溶液 溴蒸氣與水作用生成HBr和HBrO HBr也能與AgNO3溶液或石蕊溶液反應 裝置B的作用為除去HBr中的溴蒸氣 過氧化尿素是一種新型漂白劑 消毒劑 漂白 消毒的效果優(yōu)于H2O2和過氧乙酸 某工業(yè)用過氧化尿素的部分參數(shù)見下表 合成過氧化尿素的步驟及反應器的示意圖如下 在250mL三頸燒瓶中加入一定量的30 的H2O2溶液 再加入30g尿素 在不斷攪拌下升溫至30 使尿素完全溶解 保溫30min 冷卻至 5 進行結(jié)晶 抽濾得白色粉末狀晶體 在50 下干燥2h 得過氧化尿素產(chǎn)品 回答下列問題 教師備用習題 1 控制反應溫度的適宜方法是 填序號 A 酒精燈加熱B 酒精噴燈加熱C 電爐加熱D 水浴加熱 2 反應器中發(fā)生反應的化學方程式為 3 反應器中冷凝管中冷水從 填 a 或 b 口流進 反應器加熱溫度不能太高的原因是 4 攪拌器不能選擇鐵質(zhì)或鋁質(zhì)材料的原因是 答案 1 D 2 CO NH2 2 H2O2 CO NH2 2 H2O2 3 b溫度過高會導致過氧化氫分解 4 鋁 鐵易被氧化 解析 1 根據(jù)CO NH2 2 H2O2的熱分解溫度為45 所以采用的加熱方式為水浴加熱 易于控制溫度 選D 3 冷凝管中冷水要低進高出 所以冷凝管中冷水從b口流進 過氧化氫加熱會分解 所以溫度不能太高 4 鐵 鋁具有還原性 易被氧化 所以不能選擇鐵質(zhì)或鋁質(zhì)材料攪拌器