2025年高考化学大一轮大单元六　第十六章　第72讲　以物质制备为主的综合实验（课件+讲义+练习）

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以物质制备为主的综合实验
2025年高考化学大一轮复习
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。
类型一　　无机物的制备
类型二　　有机物的制备
1.无机物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，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：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)防止实验中反应物或产物变质或损失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)选择仪器及连接顺序
2.常见的气体发生装置辨认下列常见的气体发生装置，完成下列问题：
(1)①用氯化铵与消石灰制取氨气，化学方程式为_______________________________________________，选用装置：______(填字母，下同)。
2NH4Cl＋Ca(OH)2　　　CaCl2＋
②用浓氨水与碱石灰制取氨气，选用装置：______。
(2)①用碳酸钠与稀硫酸制取二氧化碳，选用装置：_____。②用石灰石与稀盐酸制取二氧化碳，选用装置：________。
(3)①用浓盐酸与二氧化锰制取氯气，化学方程式为___________________________________________，选用装置：______。②用漂白粉与浓盐酸制取少量氯气，化学方程式为____________________________________________，选用装置：______。
Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋
(4)铜与浓硝酸反应制取二氧化氮，选用装置：_____。(5)实验室制取乙烯的装置，可以通过选用上面哪个装置进行改进？若橡皮塞最多只允许打两个孔，应如何改进所选实验装置：________________________________________________________________________。(6)上述B装置还能制取的气体有__________。
D，将分液漏斗换成温度计(或将烧瓶
换成蒸馏烧瓶，将导气管换成温度计)
3.气体的净化装置(1)基本类型
(2)吸收剂的选择选择吸收剂应根据被提纯气体的性质和杂质的性质来确定，一般情况如下：①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水为杂质时，可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质发生反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。
4.尾气处理装置的选择
a装置用于吸收或溶解反应速率不是很快的气体，如用NaOH溶液吸收Cl2、CO2等。b装置用于收集少量气体。c、d装置用于吸收极易溶且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH3等；其中d装置吸收量较少。e装置用于处理难以吸收的可燃性气体，如H2、CO等。
5.实验条件的控制(1)排气方法为了防止空气中的O2、CO2、水蒸气等干扰实验，常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中的空气；有时也可充分利用反应产物气体(如氨气、氯气、二氧化硫)等排尽装置中的空气。
(2)控制气体的流速及用量
①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。②观察气泡，控制气流速度，如图甲，可观察气泡得到N2、H2的体积比约为1∶3的混合气体。③平衡气压，如图乙，用长玻璃管平衡气压，防堵塞。
(3)压送液体根据装置的密封性，让反应生成气体或消耗气体，产生压强差，将液体压入或倒流入另一反应容器。(4)温度控制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a.水浴加热：均匀加热，反应温度在100 ℃以下。b.油浴加热：均匀加热，反应温度在100～260 ℃之间。c.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。d.保温：如真空双层玻璃容器等。
1.(2023·全国甲卷，27)钴配合物[C(NH3)6]Cl3溶于热水，在冷水中微溶，可通过如下反应制备：2CCl2＋2NH4Cl＋10NH3＋H2O2 　　　2[C(NH3)6]Cl3＋2H2O。具体步骤如下：Ⅰ.称取2.0 g NH4Cl，用5 mL水溶解。Ⅱ.分批加入3.0 g CCl2·6H2O后，将溶液温度降至10 ℃以下，加入1 g活性炭、7 mL浓氨水，搅拌下逐滴加入10 mL 6%的双氧水。Ⅲ.加热至55～60 ℃反应20 min。冷却，过滤。Ⅳ.将滤得的固体转入含有少量盐酸的25 mL沸水中，趁热过滤。Ⅴ.滤液转入烧杯，加入4 mL浓盐酸，冷却、过滤、干燥，得到橙黄色晶体。
回答下列问题：(1)步骤Ⅰ中使用的部分仪器如下。
仪器a的名称是__________。加快NH4Cl溶解的操作有_______________。
(2)步骤Ⅱ中，将温度降至10 ℃以下以避免____________、____________；可选用_________降低溶液温度。
步骤Ⅱ中使用了浓氨水和双氧水，它们在高温下易挥发、易分解，所以控制温度在10 ℃以下，通常采用冰水浴。
(3)指出如图过滤操作中不规范之处：___________________________________________________________________。
玻璃棒末端没有紧靠三层滤纸处，漏斗末端尖嘴部分没有紧靠烧杯内壁
(4)步骤Ⅳ中，趁热过滤，除掉的不溶物主要为__________。
(5)步骤Ⅴ中加入浓盐酸的目的是____________________________。
促进[C(NH3)6]Cl3尽快析出
钴配合物[C(NH3)6]Cl3溶于热水，活性炭不溶于热水，所以趁热过滤可除去活性炭。
可利用同离子效应，促进钴配合物[C(NH3)6]Cl3尽快析出。
2.(2023·唐山一模)Na2S2O3是重要的化学试剂，遇高温分解，与酸发生反应。实验室可通过如图所示装置制备Na2S2O3。回答下列问题：(1)仪器A的名称为___________。
(2)下列关于装置B的作用叙述错误的是_____(填字母)。a.通过观察气泡可控制SO2气流速率b.防止发生倒吸c.通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是　否堵塞
装置B可控制二氧化硫的气流速率，可通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞，但不能起防倒吸的作用，故选b。
(3)C中生成产品的化学方程式为____________________________________________。
C中二氧化硫与硫化钠和碳酸钠混合溶液共热反应生成硫代硫酸钠和二氧化碳。
(4)为保证硫代硫酸钠的产率和纯度，实验中通入的SO2不能过量，原因是___________________________________________。
硫代硫酸钠在酸性溶液中不稳定，若二氧化硫过量，会与水反应生成亚硫酸使溶液呈酸性导致硫代硫酸钠在溶液中发生歧化反应。
反应，过量SO2会使溶液呈酸性
(5)为测定所得产品纯度，取m g所得产品溶于蒸馏水中配制成250 mL溶液，取25.00 mL置于锥形瓶中，加入2滴淀粉试剂，用c ml·L－1碘的标准溶液滴定，消耗标准溶液V mL。
①滴定终点现象为_________________________________________________________。②产品纯度为__________(用m、c、V表示)。
滴入最后半滴碘的标准溶液，溶液变为蓝色，且半分钟内不褪色
(6)下列装置和试剂不能代替E的是_____(填字母)。
装置E中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳和未反应的二氧化硫，防止污染空气，则盛有碱石灰的干燥管和盛有氢氧化钠的U形管能代替E，而浓硫酸、氯化钙溶液不能与二氧化碳和二氧化硫反应，则盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有氯化钙溶液的试管不能代替E。
解答无机物制备综合实验题的思维流程
1.熟悉有机物制备实验的常用仪器
2.常见操作(1)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。(2)蒸馏：利用有机物沸点的不同，用蒸馏方法可以实现分离。
(3)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，图2中的长玻璃管B的作用都是冷凝回流。
(4)防暴沸：加沸石(或碎瓷片)，防止溶液暴沸；若开始忘加沸石(或碎瓷片)，需_____________。
3.提纯有机物的常见流程
例如，精制溴苯(含Br2、HBr、FeBr3、　　杂质)的工艺流程：
1.(2023·陕西渭南统考一模)乙酰苯胺是磺胺类药物的原料，可用作止痛剂、退热剂、防腐剂和染料中间体。相关信息如表：
实验步骤：在如图装置A中加入5.0 mL苯胺、7.5 mL冰醋酸及少许锌粉，装上刺形分馏柱(图中仪器B，用于沸点差别不太大的混合物的分离)和温度计，支管通过蒸馏装置与接收瓶相连。用小火加热A，使反应物保持微沸约15 min。逐渐升高温度，当温度计读数达到100 ℃左右时，有液体馏出。维持温度在100～110 ℃之间反应约1小时。温度计读数下降，表示反应已经完成。在搅拌下趁热将反应物倒入冰水中，冷却后抽滤所析出的固体，用冷水洗涤，烘干。
请回答：(1)仪器C的名称是_____________。(2)加入Zn粉的作用是___________________________。锌粉几乎不与纯乙酸反应，但随着上述制备反应的进行而会消耗乙酸，原因是______________________________________________________________________________________。
作还原剂，防止苯胺被氧化
程有水生成，形成乙酸溶液，乙酸电离出氢离子，导致锌和乙酸反应
(3)温度高于110 ℃，可能引起的不良后果有________(填序号)。①产生大量副产物②乙酸大量挥发，降低产率③乙酰苯胺熔化
温度高于110 ℃，可能发生副反应导致生成副产物；乙酸沸点为118.1 ℃，温度过高导致乙酸挥发，降低生成物产率；乙酰苯胺能溶于热水，温度升高后乙酰苯胺以分子形式溶解。
(4)设计“边加热边蒸馏”的目的是及时移走生成的______(填物质名称)，以提高产率。而实际收集的液体远多于理论量，可能的原因是_________________。
水的沸点为100 ℃，维持温度在100～110 ℃之间反应，目的是及时移走生成的水，促使反应正向移动，以提高产率。乙酸具有挥发性，蒸出的馏分中含有部分乙酸，导致实际收集的液体远多于理论量。
(5)将反应液倒入冰水的作用是_______________________。
乙酰苯胺微溶于冷水，溶于热水，将反应液倒入冰水的作用是降低乙酰苯胺的溶解度。
(6)判断白色片状晶体烘干完全的实验方法是___________________________。
两次称量的质量差小于0.1 g
(7)经过重结晶、干燥，得到乙酰苯胺产品5.0 g，实验的产率是________(保留3位有效数字)。
2.(2023·新课标卷，28)实验室由安息香制备二苯乙二酮的反应式如下：相关信息列表如下：
装置示意图如图所示，实验步骤为：①在圆底烧瓶中加入10 mL冰乙酸、5 mL水及9.0 g FeCl3·6H2O，边搅拌边加热，至固体全部溶解。②停止加热，待沸腾平息后加入2.0 g安息香，加热回流45～60 min。③加入50 mL水，煮沸后冷却，有黄色固体析出。④过滤，并用冷水洗涤固体3次，得到粗品。⑤粗品用75%的乙醇重结晶，干燥后得淡黄色结晶1.6 g。
回答下列问题：(1)仪器A中应加入____(填“水”或“油”)作为热传导介质。
该实验需要加热使冰乙酸沸腾，冰乙酸的沸点超过了100 ℃，应选择油浴加热。
(2)仪器B的名称是______________；冷却水应从____(填“a”或“b”)口通入。
根据仪器的结构特征可知，B为球形冷凝管；为了充分冷却，冷却水应从a口进，b口出。
(3)实验步骤②中，安息香必须待沸腾平息后方可加入，其主要目的是_________。(4)在本实验中，FeCl3为氧化剂且过量，其还原产物为________；某同学尝试改进本实验：采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮。该方案是否可行？______，简述判断理由__________________________________________________________。
将还原产物FeCl2又氧化为FeCl3，FeCl3可循环参与反应
FeCl3为氧化剂，则铁元素的化合价降低，还原产物为FeCl2。
(5)本实验步骤①～③在乙酸体系中进行，乙酸除作溶剂外，另一主要作用是防止______________。
氯化铁易水解，所以步骤①～③中，乙酸除作溶剂外，另一主要作用是防止氯化铁水解。
(6)若粗品中混有少量未氧化的安息香，可用少量_____洗涤的方法除去(填字母)。若要得到更高纯度的产品，可用重结晶的方法进一步提纯。a.热水 b.乙酸 c.冷水 d.乙醇
根据安息香和二苯乙二酮的溶解特征，安息香溶于热水，二苯乙二酮不溶于水，所以可以用热水洗涤粗品除去安息香。
(7)本实验的产率最接近于____(填字母)。a.85% b.80% c.75% d.70%
解答有机物制备实验题的思维流程
1.(2022·湖北，16)高技术领域常使用高纯试剂。纯磷酸(熔点为42 ℃，易吸潮)可通过市售85%磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于21 ℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30 ℃)，高于100 ℃则发生分子间脱水生成焦磷酸等。某兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实验装置如下(夹持装置略)：
回答下列问题：(1)A的名称是__________。B的进水口为____(填“a”或“b”)。
由仪器构造可知，仪器A为圆底烧瓶，仪器B为直形冷凝管，冷凝水应从b口进、a口出，形成逆流冷却，使冷却效果更好。
(2)P2O5的作用是___________。
纯磷酸制备过程中要严格控制温度和水分，因此五氧化二磷的作用为干燥气体。
(3)空气流入毛细管的主要作用是防止________，还具有搅拌和加速水逸出的作用。(4)升高温度能提高除水速度，实验选用水浴加热的目的是______________________________。(5)磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入___________促进其结晶。
过饱和溶液暂时处于亚稳态，当加入一些固体的晶体或晃动时可使此状态失去平衡，过多的溶质就会结晶，因此可向磷酸的过饱和溶液中加入磷酸晶种促进其结晶。
(6)过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为_____(填标号)。A.<20 ℃ 　B.30～35 ℃ 　C.42～100 ℃
纯化过程中，温度低于21 ℃易形成2H3PO4·H2O(熔点为30 ℃)，高于100 ℃则发生分子间脱水生成焦磷酸，纯磷酸的熔点为42 ℃，因此过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为30～42 ℃。
(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是____________________________。
磷酸可与水分子间形成氢键
2.实验室以2-丁醇(CH3CHOHCH2CH3)为原料制备2-氯丁烷(CH3CHClCH2CH3)，实验装置如图所示(夹持、加热装置已略去)：
[实验步骤]步骤1：在甲装置中的圆底烧瓶内加入无水ZnCl2和100 mL 12 ml·L－1浓盐酸，充分溶解、冷却，再加入45.68 mL 2-丁醇，加热一段时间。步骤2：将反应混合物移至乙装置的蒸馏烧瓶内，蒸馏并收集115 ℃以下的馏分。步骤3：从馏分中分离出有机相，进行系列操作，放置一段时间后过滤。步骤4：滤液经进一步精制得产品。
回答下列问题：(1)Ⅰ中应放置的仪器是_____(填“A”或“B”，下同),Ⅱ中应放置的仪器是_____。
A为球形冷凝管，一般竖直放置，用于冷凝回流；B为直形冷凝管，倾斜放置，用于冷凝馏分。
(2)步骤1中加入的无水ZnCl2的作用是___________。
甲装置中圆底烧瓶中发生的反应是CH3CHOHCH2CH3＋HCl―→CH3CHClCH2CH3＋H2O，步骤1中加入的无水ZnCl2不作反应物，故其作催化剂，加快化学反应速率。
(3)步骤3进行系列操作的顺序是____________(填序号，可重复使用)。①10%Na2CO3溶液洗涤　②加入CaCl2固体　③蒸馏水洗涤用Na2CO3溶液洗涤时操作要迅速，其原因是_________________________________________。
防止2-氯丁烷水解，减少2-氯丁烷
步骤3进行系列操作的顺序是用蒸馏水洗去产品中含有的HCl、ZnCl2―→用10%Na2CO3溶液洗去少量的HCl―→用蒸馏水洗去少量的Na2CO3―→用CaCl2固体干燥产品，放置一段时间后过滤；因为2-氯丁烷在碱性溶液中水解，为了防止2-氯丁烷水解，同时减少2-氯丁烷(沸点较低)挥发，故用Na2CO3溶液洗涤时操作要迅速。
(4)步骤4中滤液进一步精制得产品所采用的操作方法是_______(填名称)。
蒸馏可分离互溶的、有一定沸点差异的液体混合物，故步骤4进一步精制得产品所采用的操作方法是蒸馏。
(5)测定实验中生成2-氯丁烷的产率。将全部产品加入足量NaOH溶液中，加热，冷却后，滴入稀硝酸至溶液呈酸性，再滴入足量的硝酸银溶液，得到57.40 g沉淀，则2-氯丁烷的产率是_______。
3.(2023·辽宁，17)2-噻吩乙醇(Mr＝128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体，其制备方法如右：Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300 mL液体A和4.60 g金属钠，加热至钠熔化后，盖紧塞子，振荡至大量微小钠珠出现。
Ⅱ.制噻吩钠。降温至10 ℃，加入25 mL噻吩，反应至钠砂消失。Ⅲ.制噻吩乙醇钠。降温至－10 ℃，加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液，反应30 min。Ⅳ.水解。恢复室温，加入70 mL水，搅拌30 min；加盐酸调pH至4～6，继续反应2 h，分液；用水洗涤有机相，二次分液。Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4，静置，过滤，对滤液进行蒸馏，蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后，得到产品17.92 g。
回答下列问题：(1)步骤Ⅰ中液体A可以选择___。a.乙醇 b.水c.甲苯 d.液氨
步骤Ⅰ制钠砂过程中，液体A不能和Na反应，而乙醇、水和液氨都能和金属Na反应，故选c。
(2)噻吩沸点低于吡咯( 　　 )的原因是__________________________________________。
(3)步骤Ⅱ的化学方程式为___________________________。
(4)步骤Ⅲ中反应放热，为防止温度过高引发副反应，加入环氧乙烷溶液的方法是____________________________________________________。
有—NH—，可以形成分子间氢键
将环氧乙烷溶液沿烧杯壁缓缓加入，并不断用玻璃棒搅拌
(5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是______________________________________。
的OH－反应，使水解更彻底
2-噻吩乙醇钠水解生成2-噻吩乙醇的过程中有NaOH生成，用盐酸调节pH的目的是将NaOH中和，使平衡正向移动，增大反应物的转化率。
(6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是_________________________(填名称)；无水MgSO4的作用为_________。
步骤Ⅴ中的操作有过滤、蒸馏，蒸馏的过程中需要直形冷凝管、温度计、牛角管等，无需使用的是球形冷凝管和分液漏斗。
(7)产品的产率为_________(用Na计算，精确至0.1%)。
4.(2023·天津河东区一模)实验室利用红磷(P)与Cl2反应可制取少量PCl3或PCl5。
Ⅰ.利用如图所示装置制取少量PCl3(部分夹持装置已略去)。(1)组装好装置，在放入试剂前应先____________________。
(2)A中发生反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)B中所装试剂为_____(填字母)。A.饱和碳酸氢钠溶液 B.饱和氯化钠溶液C.氢氧化钠溶液 D.浓硫酸
装置B的作用是除去氯气中混有的水蒸气，所以B中所装试剂为浓硫酸，故选D。
(4)实验开始前，打开K1通入一段时间氮气来除去装置中的空气，除去空气的目的是__________________________________；除去装置A、B中空气的具体方法是______________________________________________________________________________________________________。
防止PCl3与空气中的氧气和水蒸气反应
关闭K2、打开K3，打开分液漏斗的旋塞和活塞，当看到B装置中液面上方充满黄绿色气体时，打开K2、关闭K3
由题给信息知，PCl3易水解、易被空气中氧气氧化，所以实验开始前，打开K1通入一段时间氮气来除去装置中的空气，防止PCl3与空气中的氧气和水蒸气反应；除去装置A、B中空气，应通入Cl2，具
体方法是关闭K2、打开K3，打开分液漏斗的旋塞和活塞，当看到B装置中液面上方充满黄绿色气体时，打开K2、关闭K3。
(5)除去产物中PCl5杂质的化学方程式是______________________。
Ⅱ.测定产品中PCl3的质量分数实验步骤：①迅速称取m g产品，加水反应后配成100 mL溶液。②取上述溶液10.00 mL，向其中加入V1 mL c1 ml·L－1碘水(足量)，充分反应。③向②所得溶液中加入几滴淀粉溶液，逐滴滴加c2 ml·L－1的Na2S2O3溶液并振荡，当溶液恰好由蓝色变为无色时，记录所消耗Na2S2O3溶液的体积。④重复②、③操作3次，平均消耗Na2S2O3溶液V2 mL。(6)第①步溶于水反应的化学方程式是____________________________。
PCl3＋3H2O===H3PO3＋3HCl
(7)逐滴滴加Na2S2O3溶液使用的仪器是_____________(已知：H2S2O3是弱酸)。
H2S2O3是弱酸，则Na2S2O3溶液呈碱性，使用的仪器是碱式滴定管。