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(共49張PPT)
第69講　物質制備實驗的設計與評價
根據化學實驗的目的和要求，能做到：(1)設計實驗方案；(2)正確選用實驗裝置；(3)掌握控制實驗條件的方法；(4)預測或描述實驗現象、分析或處理實驗數據，得出合理結論；(5)評價或改進實驗方案。
考點一
考點二
考點一
一、物質制備流程
二、實驗操作流程
三、操作先后流程
1．裝配儀器時：先下后上，先左后右。
2．接口的連接順序：總體上遵循裝置的排列順序，但對于吸收裝置應“長”進“短”出(或“深”入“淺”出)；量氣裝置應“短”進“長”出；洗氣裝置應“長”進“短”出；干燥管應“粗”進“細”出。
3．實驗開始時：先檢查裝置氣密性，再加藥品，后點酒精燈。
4．加熱操作注意事項：主體實驗加熱前一般應先通原料氣趕走空氣后再點燃酒精燈，其目的一是防止爆炸，如H2還原CuO、CO還原Fe2O3；二是保證產品純度，如制備Mg3N2、CuCl2等。反應結束時，應先熄滅酒精燈，繼續通原料氣直到冷卻為止。
5．尾氣處理：有毒氣體常采用溶液(或固體)吸收或將之點燃，無毒氣體直接排放。
6．氣體的純度：點燃或加熱通有可燃性氣體(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的裝置前，必須檢查氣體的純度。
7．倒吸問題：實驗過程用到加熱操作的要防倒吸；氣體易溶于水或其他液體的要防倒吸。
8．冷凝回流問題：有易揮發的液體反應物時，為了避免反應物損耗和充分利用原料，要在發生裝置中設計冷凝回流裝置或在發生裝置中安裝長玻璃管等。
9．拆卸時的安全性和科學性：實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性，有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”，應考慮何時停止加熱或停止通氣，如有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；拆卸用排水法收集且需要加熱制取氣體的裝置時，需先把導管從水槽中取出，再熄滅酒精燈，以防止水倒吸。拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。
【教考銜接】
典例[2023·山東卷，18節選]三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高純硅的重要原料，常溫下為無色液體，沸點為31.8 ℃，熔點為－126.5 ℃，易水解。實驗室根據反應Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)?；卮鹣铝袉栴}：
(1)制備SiHCl3時進行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入HCl，一段時間后接通冷凝裝置，加熱開始反應。操作(ⅰ)為______________________；判斷制備反應結束的實驗現象是__________________________________________________________。
圖示裝置存在的兩處缺陷是
_____________________________________。
(2)已知電負性Cl>H>Si，SiHCl3在濃NaOH溶液中發生反應的化學方程式為______________________________________________________。
檢查裝置氣密性
管式爐中固體消失、燒瓶中無液體滴下
C和D之間缺少吸水裝置，D后沒有處理H2的裝置
SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O
(3)采用如下方法測定溶有少量HCl的SiHCl3純度。
m1 g樣品經水解、干燥等預處理過程得硅酸水合物后，進行如下實驗操作：①______________，②______________(填操作名稱)，③稱量等操作，測得所得固體氧化物質量為m2 g，從下列儀器中選出①、②中需使用的儀器，依次為________(填標號)。測得樣品純度為
____________(用含m1、m2的代數式表示)。
灼燒
冷卻干燥
AC
×100%
【對點演練】
1．三氯化硼是一種重要的化工原料，主要用作半導體硅的摻雜源或有機合成催化劑，還用于高純硼或有機硼的制取。已知：BCl3的沸點為12.5 ℃，熔點為－107.3 ℃，易潮解。實驗室制備三氯化硼的原理為B2O3＋3C＋3Cl22BCl3＋3CO。
(1)甲組同學擬用下列裝置制備干燥純凈的氯氣(不用收集)：
①裝置B的作用是
___________________________________________________________，
裝置C盛放的試劑是________。
②裝置A中發生反應的離子方程式為
____________________________________________________________。
除去Cl2中混有的HCl
濃H2SO4
＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
解析：①用KClO3和濃鹽酸反應制得的Cl2中含有HCl及水蒸氣，因此裝置B中盛放飽和食鹽水，作用是除去Cl2中混有的HCl，裝置C中盛放濃H2SO4，作用是干燥Cl2。
(2)乙組同學選用甲組實驗中的A、B、C和下列裝置(裝置可重復使用)制備BCl3并驗證反應中有CO生成。
①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A→B→C→____→____→____→____→____→F→D→I；其中裝置E的作用是____________________________________________________。
②實驗開始時，先通入干燥的N2的目的是
________________________________。
③能證明反應中有CO生成的現象是
_____________________________________。
④三氯化硼接觸潮濕空氣時會形成腐蝕性濃厚白霧，其與水反應的化學方程式為____________________________。
G
E
H
J
H
將BCl3冷凝為液體收集
排盡裝置中的空氣
F中黑色固體變成紅色且D中澄清石灰水變渾濁
BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl
解析：(2)①首先要注意：剩余的儀器還有4種，而題中留有5個空，這說明有一種裝置要重復使用。弄清各儀器的作用是正確連接裝置的關鍵：D用于檢驗CO2；E用于冷凝BCl3，此儀器中要嚴防水蒸氣進入，因為BCl3易潮解；F用于檢驗CO，且氣體進入F裝置前應干燥，以免引起玻璃管炸裂；G是Cl2和B2O3以及C反應的裝置；H是干燥裝置；I用于收集CO氣體；J用于除去Cl2及CO2。從C中出來的干燥而純凈的Cl2應進入G與B2O3和C反應，生成的BCl3易潮解，應進入E進行冷凝收集，同時在E后連接H以防外界水蒸氣進入E，由于未反應的Cl2及生成的少量的CO2都會干擾后續CO的檢驗，因此H后要連接J，除去Cl2及CO2，然后再連接H，使氣體進入F前得到干燥，至此所給5空填滿，其中裝置H重復使用了一次。
②裝置中的空氣中的O2會與反應物碳反應，空氣中的水蒸氣會引起BCl3的潮解，因此實驗開始時，應先通入干燥的N2以排盡裝置中的空氣。
④根據題中信息可知，BCl3易潮解，所形成的腐蝕性濃厚白霧應為鹽酸的小液滴。BCl3中B為正價，與水中—OH結合形成H3BO3，Cl為負價，與水中—H結合形成HCl，從而寫出反應的化學方程式。
2．二氧化氯常溫下是一種黃綠色具有刺激性氣味的氣體，常用于自來水消毒和果蔬保鮮等方面。氯酸鈉還原法是目前使用較為廣泛的ClO2制備方法，其原理是用NaClO3與CH3OH在催化劑、60℃時，發生反應得到ClO2，用如圖裝置(夾持裝置略)對其制備、吸收、釋放和氧化性進行研究。
已知：ClO2易溶于水但不與水反應，氣體濃度較大時易分解(爆炸)，實驗室用穩定劑吸收ClO2，生成NaClO2，使用時加酸只釋放出ClO2一種氣體。
(1)儀器Ⅰ的名稱為________；實驗中使用儀器Ⅱ的目的是__________________________。
物質 CH3OH HCOOH ClO2
沸點 64.7℃ 100.8℃ 11℃
三頸燒瓶
使ClO2蒸氣中的CH3OH冷凝回流
解析：儀器Ⅰ為三頸燒瓶，儀器Ⅱ為球形冷凝管，使ClO2中的甲醇蒸氣凝結成液體流回燒瓶；
(2)根據實驗原理和目的，上述裝置的連接順序為：ea________(填接口順序)。
bfgcdh
解析：由分析可知，儀器連接順序為eabfgcdh；
(3)工業上常用過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)的水溶液作為ClO2的穩定劑，吸收ClO2的離子方程式為__________________________________，為便于大量運輸和儲存，工業上也選擇硅酸鈣、二氧化硅分子篩等作為穩定劑，其原理是____________________________________。
(4)裝置乙中的主要現象為________________。
(5)不能用排空氣法來收集得到純凈的ClO2的原因是
___________________________________________________________。
(6)ClO2和Cl2都為強氧化劑，在相同條件下，等物質的量時，ClO2的氧化能力是Cl2的________倍。
2+H2O2+2ClO2===2+O2↑＋2
硅酸鹽、二氧化硅分子篩性質穩定，有吸附能力
溶液先變藍后褪色
ClO2與空氣混合，濃度較大時易分解(爆炸)
2.5
解析：(3)由已知，ClO2實驗室制備時用穩定劑吸收，生成NaClO2，過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)中的H2O2為還原劑生成O2，結合H＋形成，故離子反應式為：2+H2O2+2ClO2===2 +O2↑＋2； (4)由分析可知，溶液先變藍后褪色； (5)由已知可知，ClO2濃度較大時易分解(爆炸)，不可以用排空氣法； (6)因為ClO2作氧化劑會變為Cl－，得電子數是氯氣的2.5倍，故為2.5。
考點二
1.有機物制備的注意要點
(1)熟知常用儀器及用途
(2)依據物質性質和反應特點選擇加熱或冷卻方式
①加熱：酒精燈的火焰溫度一般在400～500 ℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸餾等實驗選用酒精燈加熱，若溫度要求更高，可選用酒精噴燈或電爐加熱。除上述加熱方式外還可以根據加熱的溫度要求選擇水浴、油浴、沙浴加熱。
②冷凝回流：有機物易揮發，因此在反應中通常要采用冷凝回流裝置，以減少有機物的揮發，提高原料的利用率和產物的產率。如圖1、圖3中的冷凝管，圖2中的長玻璃管B的作用都是冷凝回流。
③防暴沸：加沸石(或碎瓷片)，防止溶液暴沸；若開始忘加沸石(或碎瓷片)，需冷卻后補加。
2．常見有機物分離提純的方法
(1)分液：用于分離兩種互不相溶(密度也不同)的液體。
(2)蒸餾：用于分離沸點不同的互溶液體。分餾的原理與此相同。
(3)洗氣：用于除去氣體混合物中的雜質，如乙烷中的乙烯可通過溴水洗氣除去。
(4)萃取分液：如分離溴水中的溴和水，可用四氯化碳或苯進行萃取，然后分液。
3．把握制備過程
【教考銜接】
典例[2023·新課標卷，28]實驗室由安息香制備二苯乙二酮的反應式如下：
相關信息列表如下：
物質 性狀 熔點/℃ 沸點/℃ 溶解性
安息香 白色固體 133 344 難溶于冷水，溶于熱水、乙醇、乙酸
二苯乙二酮 淡黃色固體 95 347 不溶于水，溶于乙醇、苯、乙酸
冰乙酸 無色液體 17 118 與水、乙醇互溶
裝置示意圖如下圖所示，實驗步驟為：
①在圓底燒瓶中加入10 mL冰乙酸、5 mL水及9.0 g FeCl3·6H2O，邊攪拌邊加熱，至固體全部溶解。
②停止加熱，待沸騰平息后加入2.0 g安息香，加熱回流45～60 min。
③加入50 mL水，煮沸后冷卻，有黃色固體析出。
④過濾，并用冷水洗滌固體3次，得到粗品。
⑤粗品用75%的乙醇重結晶，干燥后得淡黃色結晶1.6 g。
回答下列問題：
(1)儀器A中應加入________(填“水”或“油”)作為熱傳導介質。
(2)儀器B的名稱是__________；冷卻水應從________(填“a”或“b”)口通入。
(3)實驗步驟②中，安息香必須待沸騰平息后方可加入，其主要目的是________。
(4)在本實驗中，FeCl3為氧化劑且過量，其還原產物為________；某同學嘗試改進本實驗：采用催化量的FeCl3并通入空氣制備二苯乙二酮。該方案是否可行________？簡述判斷理由
____________________________________________________________。
油
球形冷凝管
a
防暴沸
FeCl2
可行
空氣可以將還原產物FeCl2又氧化為FeCl3，FeCl3可循環參與反應
解析：(1)該實驗需要加熱使冰乙酸沸騰，冰乙酸的沸點超過了100℃，應選擇油浴加熱，所以儀器A中應加入油作為熱傳導介質；(2)根據儀器的結構特征可知，B為球形冷凝管，為了充分冷卻，冷卻水應從a口進，b口出；(3)步驟②中，若沸騰時加入安息香(其室溫下為固體)，會暴沸，所以需要沸騰平息后加入；(4)FeCl3為氧化劑，則鐵的化合價降低，還原產物為FeCl2，若采用催化量的FeCl3并通入空氣制備二苯乙二酮，空氣可以將還原產物FeCl2又氧化為FeCl3，FeCl3可循環參與反應；
(5)本實驗步驟①～③在乙酸體系中進行，乙酸除作溶劑外，另一主要作用是防止________。
(6)若粗品中混有少量未氧化的安息香，可用少量________洗滌的方法除去(填標號)。若要得到更高純度的產品，可用重結晶的方法進一步提純。
a．熱水 b．乙酸
c．冷水 d．乙醇
(7)本實驗的產率最接近于________(填標號)。
a．85% b．80%
c．75% d．70%
Fe3＋水解
a
b
解析： (5)FeCl3易水解，乙酸還可以防止Fe3＋水解；(6)根據安息香和二苯乙二酮的溶解特征，安息香溶于熱水，二苯乙二酮不溶于水，所以可以采用熱水洗滌粗品除去安息香；(7)2.0 g安息香(C14H12O2)的物質的量約為0.009 4 mol，理論上可產生二苯乙二酮(C14H10O2)的物質的量約為0.009 4 mol，質量約為1.98 g，產率為×100%＝80.8%，最接近80%。
【師說·延伸】　解答有機物制備類綜合實驗題的思維流程
【對點演練】
1．[2024·上海楊浦統考]環己烯( )是重要的化工原料，
實驗室環己醇( )可在FeCl3·6H2O催化下制備環己烯。
Ⅰ.環己烯的制備
如圖所示，將環己醇加入試管A中，再加入FeCl3·6H2O固體，緩慢加熱，在試管C內收集到環己烯粗品。
密度(g·cm－3) 熔點(℃) 沸點(℃) 溶解性
環己醇 0.96 25 161 能溶于水
環己烯 0.81 －103 83 難溶于水
(1)濃硫酸也可作該反應的催化劑，但此實驗中，選用FeCl3·6H2O，而不用選濃硫酸的可能原因是
____________________________________________________________(寫2點)。
(2)實驗時水浴溫度應高于________ ℃，
原因是____________________________________。
(3)環己烯粗品中含少量環己醇和HCl等物質。產生HCl的原因是
______________________________(用化學方程式表示)。加入飽和食鹽水除去HCl，經振蕩、靜置、分層后，產品在________(填“上”或“下”)層，再蒸餾得到純環己烯。
FeCl3· 6H2O污染小、可循環使用，符合綠色化學理念;
濃硫酸易使原料炭化并生成SO2。
83
環己烯的沸點是83 ℃
FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl
上
解析：可在催化下發生消去反應生成環己烯。由于生成環己烯的沸點為83 ℃，水浴溫度要高于83 ℃，使其蒸出，要得到液態環己烯，導管B除有導氣外還有冷凝作用，便于環己烯冷凝，C中冰水浴的目的是降低環己烯蒸氣的溫度，使其液化。環己烯粗品中含少量環己醇和HCl等物質，加入飽和食鹽水除去，經振蕩、靜置、分層后，環己烯密度比水小，所以產品在上層，再蒸餾得到較純的環己烯。用氧化還原滴定法測定產品純度。
(1)濃硫酸也可作該反應的催化劑，選擇FeCl3· 6H2O而不用濃硫酸，因為濃硫酸具有強脫水性，能使有機物脫水炭化，該過程中放出大量的熱，又可以使生成的炭與濃硫酸發生反應并產生SO2，FeCl3· 6H2O污染小、可循環使用，符合綠色化學理念。
(2)環己烯沸點為83℃，反應過程中，環己烯要蒸出，進入C裝置收集。
(3)FeCl3加熱促進水解產生HCl，環己烯密度比水小，在上層。
Ⅱ.環己烯含量測定
向a g環己烯樣品中加入b mol Br2，充分反應后，剩余的Br2與足量KI溶液反應，用c mol·L－1 Na2S2O3標準溶液滴定，終點時消耗Na2S2O3 V mL。(已知：I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6)
(4)滴定所用指示劑為________，滴定終點現象為
____________________________________________________________。
(5)樣品中環己烯的質量分數為________________(用字母表示)。Na2S2O3標準溶液部分被氧化，會導致測定結果________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
淀粉溶液
當加入最后半滴標準溶液時，溶液藍色褪去，且半分鐘不恢復原色
×100%
偏小
解析：(4)根據反應原理可知，可用淀粉溶液作指示劑，當I2被Na2S2O3消耗完時，達到滴定終點，現象是藍色變為無色，且半分鐘內不恢復原色時達到終點。
(5)由Br2＋2KI===I2＋KBr，I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6可知，n(I2)＝，則和環己烯反應的Br2為(b－) mol，根據反應關系式 ～Br2，環己烯質量為82(b－) g，環己烯的質量分
數為×100%＝×100%，當Na2S2O3部分被氧化時，所用Na2S2O3溶液的體積偏大測得環已烯質量分數偏小。
2．苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸，其反應原理簡示如下：
名稱 相對分子質量 熔點/℃ 沸點/℃ 密度/(g·mL－1) 溶解性
甲苯 92 －95 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇
苯甲酸 122 122.4(100 ℃左右開始升華) 248 — 微溶于冷水，易溶于乙醇、熱水　　　
實驗步驟：
(1)在裝有溫度計、冷凝管和攪拌器的三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(約0.03 mol)高錳酸鉀，慢慢開啟攪拌器，并加熱回流至回流液不再出現油珠。
(2)停止加熱，繼續攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應混合物趁熱過濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產品為1.0 g。
(3)純度測定：稱取0.122 g粗產品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L－1的KOH標準溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH標準溶液。
回答下列問題：
(1)根據上述實驗藥品的用量，三頸燒瓶的最適宜規格為________(填標號)。
A.100 mL B．250 mL
C.500 mL D．1 000 mL
(2)在反應裝置中應選用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，當回流液不再出現油珠即可判斷反應已完成，其判斷理由是
___________________________________________________________。
B
球形
無油珠說明不溶于水的甲苯已經被完全氧化
解析：(1)三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g KMnO4，所加液體體積不能超過三頸燒瓶容積的，即三頸燒瓶的最適宜規格應為250 mL。(2)球形冷凝管冷凝效果更好；由于甲苯是不溶于水的油狀液體，當回流液中不再出現油狀液體時，說明甲苯已經完全被氧化為苯甲酸鉀。
(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是
___________________________________________________________；
該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理，請用反應的離子方程式表達其原理
________________________________________________。
(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是
___________________________________________________________。
(5)干燥苯甲酸晶體時，若溫度過高，可能出現的結果是
___________________________________________________________。
(6)若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中________的方法提純。
除去過量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時，產生氯氣
＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
MnO2
苯甲酸升華而損失
重結晶
解析：(3)取用甲苯質量為1.5 mL×0.867 g·mL－1≈1.3 g，其物質的量約為0.014 mol，實驗中加入的KMnO4過量，NaHSO3具有還原性，可用NaHSO3溶液除去過量的KMnO4，避免在用濃鹽酸酸化時，KMnO4與鹽酸反應生成有毒的Cl2；用草酸在酸性條件下處理過量的KMnO4溶液，發生反應的離子方程式為＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。(4)根據題給制備苯甲酸的第一步反應可知，用少量熱水洗滌的濾渣為MnO2。(5)因苯甲酸在100 ℃左右開始升華，若干燥時溫度過高，可能導致部分苯甲酸升華而損失。(6)由于苯甲酸微溶于冷水，易溶于熱水，若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中重結晶的方法提純。第69講　物質制備實驗的設計與評價
根據化學實驗的目的和要求，能做到：(1)設計實驗方案；(2)正確選用實驗裝置；(3)掌握控制實驗條件的方法；(4)預測或描述實驗現象、分析或處理實驗數據，得出合理結論；(5)評價或改進實驗方案。
考點一　無機物的制備
一、物質制備流程
二、實驗操作流程
三、操作先后流程
1．裝配儀器時：先下后上，先左后右。
2．接口的連接順序：總體上遵循裝置的排列順序，但對于吸收裝置應“長”進“短”出(或“深”入“淺”出)；量氣裝置應“短”進“長”出；洗氣裝置應“長”進“短”出；干燥管應“粗”進“細”出。
3．實驗開始時：先檢查裝置氣密性，再加藥品，后點酒精燈。
4．加熱操作注意事項：主體實驗加熱前一般應先通原料氣趕走空氣后再點燃酒精燈，其目的一是防止爆炸，如H2還原CuO、CO還原Fe2O3；二是保證產品純度，如制備Mg3N2、CuCl2等。反應結束時，應先熄滅酒精燈，繼續通原料氣直到冷卻為止。
5．尾氣處理：有毒氣體常采用溶液(或固體)吸收或將之點燃，無毒氣體直接排放。
6．氣體的純度：點燃或加熱通有可燃性氣體(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的裝置前，必須檢查氣體的純度。
7．倒吸問題：實驗過程用到加熱操作的要防倒吸；氣體易溶于水或其他液體的要防倒吸。
8．冷凝回流問題：有易揮發的液體反應物時，為了避免反應物損耗和充分利用原料，要在發生裝置中設計冷凝回流裝置或在發生裝置中安裝長玻璃管等。
9．拆卸時的安全性和科學性：實驗儀器的拆卸要注意安全性和科學性，有些實驗為防止“爆炸”或“氧化”，應考慮何時停止加熱或停止通氣，如有尾氣吸收裝置的實驗，必須將尾氣導管提出液面后才能熄滅酒精燈，以免造成溶液倒吸；拆卸用排水法收集且需要加熱制取氣體的裝置時，需先把導管從水槽中取出，再熄滅酒精燈，以防止水倒吸。拆下的儀器要清洗、干燥、歸位。
【教考銜接】
典例[2023·山東卷，18節選]三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高純硅的重要原料，常溫下為無色液體，沸點為31.8 ℃，熔點為－126.5 ℃，易水解。實驗室根據反應Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)?；卮鹣铝袉栴}：
(1)制備SiHCl3時進行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入HCl，一段時間后接通冷凝裝置，加熱開始反應。操作(ⅰ)為______________________；判斷制備反應結束的實驗現象是
_______________________________________________________________________。
圖示裝置存在的兩處缺陷是
_______________________________________________________________________。
(2)已知電負性Cl>H>Si，SiHCl3在濃NaOH溶液中發生反應的化學方程式為
_______________________________________________________________________。
(3)采用如下方法測定溶有少量HCl的SiHCl3純度。
m1 g樣品經水解、干燥等預處理過程得硅酸水合物后，進行如下實驗操作：①______________，②______________(填操作名稱)，③稱量等操作，測得所得固體氧化物質量為m2 g，從下列儀器中選出①、②中需使用的儀器，依次為________(填標號)。測得樣品純度為____________(用含m1、m2的代數式表示)。
【對點演練】
1．三氯化硼是一種重要的化工原料，主要用作半導體硅的摻雜源或有機合成催化劑，還用于高純硼或有機硼的制取。已知：BCl3的沸點為12.5 ℃，熔點為－107.3 ℃，易潮解。實驗室制備三氯化硼的原理為B2O3＋3C＋3Cl22BCl3＋3CO。
(1)甲組同學擬用下列裝置制備干燥純凈的氯氣(不用收集)：
①裝置B的作用是
________________________________________________________________________，
裝置C盛放的試劑是________。
②裝置A中發生反應的離子方程式為__________________________________。
(2)乙組同學選用甲組實驗中的A、B、C和下列裝置(裝置可重復使用)制備BCl3并驗證反應中有CO生成。
①乙組同學的實驗裝置中，依次連接的合理順序為A→B→C→____→____→____→____→____→F→D→I；其中裝置E的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②實驗開始時，先通入干燥的N2的目的是________________________________。
③能證明反應中有CO生成的現象是________________。
④三氯化硼接觸潮濕空氣時會形成腐蝕性濃厚白霧，其與水反應的化學方程式為____________________________。
2．二氧化氯常溫下是一種黃綠色具有刺激性氣味的氣體，常用于自來水消毒和果蔬保鮮等方面。氯酸鈉還原法是目前使用較為廣泛的ClO2制備方法，其原理是用NaClO3與CH3OH在催化劑、60℃時，發生反應得到ClO2，用如圖裝置(夾持裝置略)對其制備、吸收、釋放和氧化性進行研究。
已知：ClO2易溶于水但不與水反應，氣體濃度較大時易分解(爆炸)，實驗室用穩定劑吸收ClO2，生成NaClO2，使用時加酸只釋放出ClO2一種氣體。
物質 CH3OH HCOOH ClO2
沸點 64.7℃ 100.8℃ 11℃
(1)儀器Ⅰ的名稱為________；實驗中使用儀器Ⅱ的目的是____________________。
(2)根據實驗原理和目的，上述裝置的連接順序為：ea________(填接口順序)。
(3)工業上常用過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)的水溶液作為ClO2的穩定劑，吸收ClO2的離子方程式為__________________________，為便于大量運輸和儲存，工業上也選擇硅酸鈣、二氧化硅分子篩等作為穩定劑，其原理是____________________________________。
(4)裝置乙中的主要現象為________________。
(5)不能用排空氣法來收集得到純凈的ClO2的原因是
______________________________________________________________________。
(6)ClO2和Cl2都為強氧化劑，在相同條件下，等物質的量時，ClO2的氧化能力是Cl2的________倍。
考點二　有機物的制備
1.有機物制備的注意要點
(1)熟知常用儀器及用途
(2)依據物質性質和反應特點選擇加熱或冷卻方式
①加熱：酒精燈的火焰溫度一般在400～500 ℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸餾等實驗選用酒精燈加熱，若溫度要求更高，可選用酒精噴燈或電爐加熱。除上述加熱方式外還可以根據加熱的溫度要求選擇水浴、油浴、沙浴加熱。
②冷凝回流：有機物易揮發，因此在反應中通常要采用冷凝回流裝置，以減少有機物的揮發，提高原料的利用率和產物的產率。如圖1、圖3中的冷凝管，圖2中的長玻璃管B的作用都是冷凝回流。
③防暴沸：加沸石(或碎瓷片)，防止溶液暴沸；若開始忘加沸石(或碎瓷片)，需冷卻后補加。
2．常見有機物分離提純的方法
(1)分液：用于分離兩種互不相溶(密度也不同)的液體。
(2)蒸餾：用于分離沸點不同的互溶液體。分餾的原理與此相同。
(3)洗氣：用于除去氣體混合物中的雜質，如乙烷中的乙烯可通過溴水洗氣除去。
(4)萃取分液：如分離溴水中的溴和水，可用四氯化碳或苯進行萃取，然后分液。
3．把握制備過程
【教考銜接】
典例[2023·新課標卷，28]實驗室由安息香制備二苯乙二酮的反應式如下：
相關信息列表如下：
物質 性狀 熔點/℃ 沸點/℃ 溶解性
安息香 白色固體 133 344 難溶于冷水，溶于熱水、乙醇、乙酸
二苯乙二酮 淡黃色固體 95 347 不溶于水，溶于乙醇、苯、乙酸
冰乙酸 無色液體 17 118 與水、乙醇互溶
裝置示意圖如下圖所示，實驗步驟為：
①在圓底燒瓶中加入10 mL冰乙酸、5 mL水及9.0 g FeCl3·6H2O，邊攪拌邊加熱，至固體全部溶解。
②停止加熱，待沸騰平息后加入2.0 g安息香，加熱回流45～60 min。
③加入50 mL水，煮沸后冷卻，有黃色固體析出。
④過濾，并用冷水洗滌固體3次，得到粗品。
⑤粗品用75%的乙醇重結晶，干燥后得淡黃色結晶1.6 g。
回答下列問題：
(1)儀器A中應加入________(填“水”或“油”)作為熱傳導介質。
(2)儀器B的名稱是________；冷卻水應從________(填“a”或“b”)口通入。
(3)實驗步驟②中，安息香必須待沸騰平息后方可加入，其主要目的是________。
(4)在本實驗中，FeCl3為氧化劑且過量，其還原產物為________；某同學嘗試改進本實驗：采用催化量的FeCl3并通入空氣制備二苯乙二酮。該方案是否可行________？簡述判斷理由__________________________________________________________。
(5)本實驗步驟①～③在乙酸體系中進行，乙酸除作溶劑外，另一主要作用是防止________。
(6)若粗品中混有少量未氧化的安息香，可用少量________洗滌的方法除去(填標號)。若要得到更高純度的產品，可用重結晶的方法進一步提純。
a．熱水 b．乙酸
c．冷水 d．乙醇
(7)本實驗的產率最接近于________(填標號)。
a．85% b．80%
c．75% d．70%
【師說·延伸】　解答有機物制備類綜合實驗題的思維流程
【對點演練】
1．[2024·上海楊浦統考]環己烯()是重要的化工原料，實驗室環己醇()可在FeCl3·6H2O催化下制備環己烯。
Ⅰ.環己烯的制備
如圖所示，將環己醇加入試管A中，再加入FeCl3·6H2O固體，緩慢加熱，在試管C內收集到環己烯粗品。
密度(g·cm－3) 熔點(℃) 沸點(℃) 溶解性
環己醇 0.96 25 161 能溶于水
環己烯 0.81 －103 83 難溶于水
(1)濃硫酸也可作該反應的催化劑，但此實驗中，選用FeCl3·6H2O，而不用選濃硫酸的可能原因是____________________________________________(寫2點)。
(2)實驗時水浴溫度應高于________ ℃，原因是____________________________________。
(3)環己烯粗品中含少量環己醇和HCl等物質。產生HCl的原因是______________________________(用化學方程式表示)。加入飽和食鹽水除去HCl，經振蕩、靜置、分層后，產品在________(填“上”或“下”)層，再蒸餾得到純環己烯。
Ⅱ.環己烯含量測定
向a g環己烯樣品中加入b mol Br2，充分反應后，剩余的Br2與足量KI溶液反應，用c mol·L－1 Na2S2O3標準溶液滴定，終點時消耗Na2S2O3 V mL。(已知：I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6)
(4)滴定所用指示劑為________，滴定終點現象為______________________________________________________________________。
(5)樣品中環己烯的質量分數為____________(用字母表示)。Na2S2O3標準溶液部分被氧化，會導致測定結果________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
2．苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸，其反應原理簡示如下：
名稱 相對分子質量 熔點/℃ 沸點/℃ 密度/(g·mL－1) 溶解性
甲苯 92 －95 110.6 0.867 不溶于水，易溶于乙醇
苯甲酸 122 122.4(100 ℃左右開始升華) 248 — 微溶于冷水，易溶于乙醇、熱水　　　
實驗步驟：
(1)在裝有溫度計、冷凝管和攪拌器的三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(約0.03 mol)高錳酸鉀，慢慢開啟攪拌器，并加熱回流至回流液不再出現油珠。
(2)停止加熱，繼續攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應混合物趁熱過濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產品為1.0 g。
(3)純度測定：稱取0.122 g粗產品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L－1的KOH標準溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的KOH標準溶液。
回答下列問題：
(1)根據上述實驗藥品的用量，三頸燒瓶的最適宜規格為________(填標號)。
A.100 mL B．250 mL
C.500 mL D．1 000 mL
(2)在反應裝置中應選用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，當回流液不再出現油珠即可判斷反應已完成，其判斷理由是
_______________________________________________________________________。
(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是
_______________________________________________________________________；
該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理，請用反應的離子方程式表達其原理
________________________________________________。
(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是
________________________________________________________________________。
(5)干燥苯甲酸晶體時，若溫度過高，可能出現的結果是
________________________________________________________________________。
(6)若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中________的方法提純。
第69講　物質制備實驗的設計與評價
考點一
突破·關鍵能力
教考銜接
典例　解析：(1)利用Si和HCl(氣體)的反應制備SiHCl3，實驗前要檢查裝置氣密性，故操作(ⅰ)為檢查裝置氣密性。制備反應結束時，Si完全反應，SiHCl3(常溫下為無色液體)不再增加，則實驗現象是管式爐中固體消失、燒瓶中無液體滴下。SiHCl3容易水解，D中水蒸氣容易進入C中，C和D之間應增加吸收水蒸氣的裝置，NaOH溶液能吸收HCl，但不能吸收H2，所以需要在D裝置后面加處理氫氣的裝置。(2)已知電負性Cl>H>Si，則SiHCl3中Cl、H為－1價，Si為＋4價，SiHCl3在濃NaOH溶液中反應生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化學方程式為SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。(3)由后續操作可知，SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩堝中灼燒(得到SiO2)，然后在干燥器中冷卻干燥SiO2，使用的儀器分別為A、C。根據原子守恒可得關系式SiHCl3～SiO2，則m1 g樣品中SiHCl3的質量為m2 g×，故樣品純度為m2 g×÷m1 g×100%＝×100%。
答案：(1)檢查裝置氣密性　管式爐中固體消失、燒瓶中無液體滴下　C和D之間缺少吸水裝置，D后沒有處理H2的裝置
(2)SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O
(3)灼燒　冷卻干燥　AC　×100%
對點演練
1．解析：(1)①用KClO3和濃鹽酸反應制得的Cl2中含有HCl及水蒸氣，因此裝置B中盛放飽和食鹽水，作用是除去Cl2中混有的HCl，裝置C中盛放濃H2SO4，作用是干燥Cl2。
解析：(2)①首先要注意：剩余的儀器還有4種，而題中留有5個空，這說明有一種裝置要重復使用。弄清各儀器的作用是正確連接裝置的關鍵：D用于檢驗CO2；E用于冷凝BCl3，此儀器中要嚴防水蒸氣進入，因為BCl3易潮解；F用于檢驗CO，且氣體進入F裝置前應干燥，以免引起玻璃管炸裂；G是Cl2和B2O3以及C反應的裝置；H是干燥裝置；I用于收集CO氣體；J用于除去Cl2及CO2。從C中出來的干燥而純凈的Cl2應進入G與B2O3和C反應，生成的BCl3易潮解，應進入E進行冷凝收集，同時在E后連接H以防外界水蒸氣進入E，由于未反應的Cl2及生成的少量的CO2都會干擾后續CO的檢驗，因此H后要連接J，除去Cl2及CO2，然后再連接H，使氣體進入F前得到干燥，至此所給5空填滿，其中裝置H重復使用了一次。
②裝置中的空氣中的O2會與反應物碳反應，空氣中的水蒸氣會引起BCl3的潮解，因此實驗開始時，應先通入干燥的N2以排盡裝置中的空氣。
④根據題中信息可知，BCl3易潮解，所形成的腐蝕性濃厚白霧應為鹽酸的小液滴。BCl3中B為正價，與水中—OH結合形成H3BO3，Cl為負價，與水中—H結合形成HCl，從而寫出反應的化學方程式。
答案：(1)①除去Cl2中混有的HCl　濃H2SO4
②＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
(2)①G　E　H　J　H　將BCl3冷凝為液體收集　②排盡裝置中的空氣?、跢中黑色固體變成紅色且D中澄清石灰水變渾濁?、蹷Cl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl
2．解析：(1)儀器Ⅰ為三頸燒瓶，儀器Ⅱ為球形冷凝管，使ClO2中的甲醇蒸氣凝結成液體流回燒瓶；
解析：(2)由分析可知，儀器連接順序為eabfgcdh；
解析：(3)由已知，ClO2實驗室制備時用穩定劑吸收，生成NaClO2，過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)中的H2O2為還原劑生成O2，結合H＋形成，故離子反應式為：2+H2O2+2ClO2===2 +O2↑＋2； (4)由分析可知，溶液先變藍后褪色； (5)由已知可知，ClO2濃度較大時易分解(爆炸)，不可以用排空氣法； (6)因為ClO2作氧化劑會變為Cl－，得電子數是氯氣的2.5倍，故為2.5。
答案：(1)三頸燒瓶　使ClO2蒸氣中的CH3OH冷凝回流
(2)bfgcdh
(3)2+H2O2+2ClO2===2+O2↑＋2　硅酸鹽、二氧化硅分子篩性質穩定，有吸附能力
(4)溶液先變藍后褪色
(5)ClO2與空氣混合，濃度較大時易分解(爆炸)
(6)2.5
考點二
突破·關鍵能力
教考銜接
典例　解析：(1)該實驗需要加熱使冰乙酸沸騰，冰乙酸的沸點超過了100℃，應選擇油浴加熱，所以儀器A中應加入油作為熱傳導介質；(2)根據儀器的結構特征可知，B為球形冷凝管，為了充分冷卻，冷卻水應從a口進，b口出；(3)步驟②中，若沸騰時加入安息香(其室溫下為固體)，會暴沸，所以需要沸騰平息后加入；(4)FeCl3為氧化劑，則鐵的化合價降低，還原產物為FeCl2，若采用催化量的FeCl3并通入空氣制備二苯乙二酮，空氣可以將還原產物FeCl2又氧化為FeCl3，FeCl3可循環參與反應；(5)FeCl3易水解，乙酸還可以防止Fe3＋水解；(6)根據安息香和二苯乙二酮的溶解特征，安息香溶于熱水，二苯乙二酮不溶于水，所以可以采用熱水洗滌粗品除去安息香；(7)2.0 g安息香(C14H12O2)的物質的量約為0.009 4 mol，理論上可產生二苯乙二酮(C14H10O2)的物質的量約為0.009 4 mol，質量約為1.98 g，產率為×100%＝80.8%，最接近80%。
答案：(1)油
(2)球形冷凝管　a
(3)防暴沸
(4)FeCl2　可行　空氣可以將還原產物FeCl2又氧化為FeCl3，FeCl3可循環參與反應
(5)Fe3＋水解
(6)a
(7)b
對點演練
1．解析：可在催化下發生消去反應生成環己烯。由于生成環己烯的沸點為83 ℃，水浴溫度要高于83 ℃，使其蒸出，要得到液態環己烯，導管B除有導氣外還有冷凝作用，便于環己烯冷凝，C中冰水浴的目的是降低環己烯蒸氣的溫度，使其液化。環己烯粗品中含少量環己醇和HCl等物質，加入飽和食鹽水除去，經振蕩、靜置、分層后，環己烯密度比水小，所以產品在上層，再蒸餾得到較純的環己烯。用氧化還原滴定法測定產品純度。
(1)濃硫酸也可作該反應的催化劑，選擇FeCl3· 6H2O而不用濃硫酸，因為濃硫酸具有強脫水性，能使有機物脫水炭化，該過程中放出大量的熱，又可以使生成的炭與濃硫酸發生反應并產生SO2，FeCl3· 6H2O污染小、可循環使用，符合綠色化學理念。
(2)環己烯沸點為83℃，反應過程中，環己烯要蒸出，進入C裝置收集。
(3)FeCl3加熱促進水解產生HCl，環己烯密度比水小，在上層。
解析：(4)根據反應原理可知，可用淀粉溶液作指示劑，當I2被Na2S2O3消耗完時，達到滴定終點，現象是藍色變為無色，且半分鐘內不恢復原色時達到終點。
(5)由Br2＋2KI===I2＋KBr，I2＋2Na2S2O3===2NaI＋Na2S4O6可知，n(I2)＝，則和環己烯反應的Br2為(b－) mol，根據反應關系式～Br2，環己烯質量為82(b－) g，環己烯的質量分數為×100%＝×100%，當Na2S2O3部分被氧化時，所用Na2S2O3溶液的體積偏大測得環已烯質量分數偏小。
答案：(1)FeCl3· 6H2O污染小、可循環使用，符合綠色化學理念　濃硫酸易使原料炭化并生成SO2。
(2)83　環己烯的沸點是83 ℃
(3)FeCl3＋3H2OFe(OH)3＋3HCl　上
(4)淀粉溶液　當加入最后半滴標準溶液時，溶液藍色褪去，且半分鐘不恢復原色
(5)×100%　偏小
2．解析：(1)三頸燒瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g KMnO4，所加液體體積不能超過三頸燒瓶容積的，即三頸燒瓶的最適宜規格應為250 mL。(2)球形冷凝管冷凝效果更好；由于甲苯是不溶于水的油狀液體，當回流液中不再出現油狀液體時，說明甲苯已經完全被氧化為苯甲酸鉀。
解析：(3)取用甲苯質量為1.5 mL×0.867 g·mL－1≈1.3 g，其物質的量約為0.014 mol，實驗中加入的KMnO4過量，NaHSO3具有還原性，可用NaHSO3溶液除去過量的KMnO4，避免在用濃鹽酸酸化時，KMnO4與鹽酸反應生成有毒的Cl2；用草酸在酸性條件下處理過量的KMnO4溶液，發生反應的離子方程式為＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。(4)根據題給制備苯甲酸的第一步反應可知，用少量熱水洗滌的濾渣為MnO2。(5)因苯甲酸在100 ℃左右開始升華，若干燥時溫度過高，可能導致部分苯甲酸升華而損失。(6)由于苯甲酸微溶于冷水，易溶于熱水，若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中重結晶的方法提純。
答案：(1)B　
(2)球形　無油珠說明不溶于水的甲苯已經被完全氧化
(3)除去過量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時，產生氯氣?。?H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
(4)MnO2
(5)苯甲酸升華而損失
(6)重結晶

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