2027届鲁科版高三化学一轮复习试题规范练56以物质制备为主的综合实验（Word版附解析）

这是一份2027届鲁科版高三化学一轮复习试题规范练56以物质制备为主的综合实验（Word版附解析），共14页。试卷主要包含了H2S可用于合成光电材料，7 mL乙酸、8，60 g,色谱检测纯度为98，0%的乙酸乙酯6等内容，欢迎下载使用。
命题角度1 以无机物制备为主的综合实验
1.(15分)(2024·河北卷)市售的溴(纯度99%)中含有少量的Cl2和I2,某化学兴趣小组利用氧化还原反应原理,设计实验制备高纯度的溴。回答下列问题:
(1)装置如图(夹持装置等略),将市售的溴滴入盛有浓CaBr2溶液的B中,水浴加热至不再有红棕色液体馏出。仪器C的名称为 ;CaBr2溶液的作用为 ;
D中发生的主要反应的化学方程式为 。
(2)将D中溶液转移至 (填仪器名称)中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体,继续加热将溶液蒸干得固体R。该过程中生成I2的离子方程式为 。
(3)利用图示相同装置,将R和K2Cr2O7固体混合均匀放入B中,D中加入冷的蒸馏水。由A向B中滴加适量浓硫酸,水浴加热蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏,得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为 和 。
(4)为保证溴的纯度,步骤(3)中K2Cr2O7固体的用量按理论所需量的34计算,若固体R的质量为m g(以KBr计),则需称取 g K2Cr2O7(M=294 g· ml-1)(用含m的代数式表示)。
(5)本实验所用钾盐试剂均经重结晶的方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,转移溶液时用 ,滤液沿烧杯壁流下。
2.(10分)(2024·浙江选考1月卷)H2S可用于合成光电材料。某兴趣小组用CaS与MgCl2反应制备液态H2S,实验装置如图,反应方程式为CaS+MgCl2+2H2OCaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。
已知:①H2S的沸点是-61 ℃,有毒;
②装置A内产生的H2S气体中含有酸性气体杂质。
请回答:
(1)仪器X的名称是 。
(2)完善虚框内的装置排序:A→B→( )→( )→( )→F→G
(3)下列干燥剂,可用于装置C中的是 。
A.氢氧化钾B.五氧化二磷C.氯化钙D.碱石灰
(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;② 。
(5)下列说法正确的是 。
A.该实验操作须在通风橱中进行
B.装置D的主要作用是预冷却H2S
C.加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S
D.该实验产生的尾气可用硝酸吸收
(6)取0.680 g H2S产品,与足量CuSO4溶液充分反应后,将生成的CuS置于已恒重、质量为31.230 g的坩埚中,煅烧生成CuO,恒重后总质量为32.814 g。产品的纯度为 。
命题角度2 有机化合物的制备及分离提纯实验
3.(14分)(2024·黑吉辽卷)某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下:
Ⅰ.向50 mL烧瓶中分别加入5.7 mL乙酸(100 mml)、8.8 mL乙醇(150 mml)、1.4 g NaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。
Ⅱ.加热回流50 min后,反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。
Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。
Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。
Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得无色液体6.60 g,色谱检测纯度为98.0%。
回答下列问题:
(1)NaHSO4在反应中起 作用,用其代替浓硫酸的优点是 (答出一条即可)。
(2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可 。
(3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是 (填字母)。
A.无需分离B.增大该反应平衡常数
C.起到沸石作用,防止暴沸D.不影响甲基紫指示反应进程
(4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是 (填名称)。
(5)该实验乙酸乙酯的产率为 (精确至0.1%)。
(6)若改用C2H518OH作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为 (精确至1)。
B级素能提升练
4.(13分)(2025·黑吉辽蒙卷)某实验小组采用如下方案实现了对甲基苯甲酸的绿色制备。
反应:
步骤:
Ⅰ.向反应管中加入0.12 g对甲基苯甲醛和1.0 mL丙酮,光照,连续监测反应进程。
Ⅱ.5 h时,监测结果显示反应基本结束,蒸去溶剂丙酮,加入过量稀NaOH溶液,充分反应后,用乙酸乙酯洗涤,弃去有机层。
Ⅲ.用稀盐酸调节水层pH=1后,再用乙酸乙酯萃取。
Ⅳ.用饱和食盐水洗涤有机层,无水Na2SO4干燥,过滤,蒸去溶剂,得目标产物。
回答下列问题:
(1)相比KMnO4作氧化剂,该制备反应的优点为 、
(答出2条即可)。
(2)根据反应液的核磁共振氢谱(已去除溶剂H的吸收峰,谱图中无羧基H的吸收峰)监测反应进程如下图。已知峰面积比a∶b∶c∶d=1∶2∶2∶3,a∶a'=2∶1。反应2 h时,对甲基苯甲醛转化率约为 %。
(3)步骤Ⅱ中使用乙酸乙酯洗涤的目的是 。
(4)步骤Ⅲ中反应的离子方程式为 、
。
(5)用同位素示踪法确定产物羧基O的来源。丙酮易挥发,为保证18O2气氛,通18O2前,需先使用“循环冷冻脱气法”排出装置中(空气中和溶剂中)的16O2,操作顺序为:①→②→ → → (填序号),重复后四步操作数次。
同位素示踪结果如下表所示,则目标产物中羧基O来源于醛基和 。
5.(15分)(2024·新课标卷)吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下:
实验装置如图所示,将100 mml己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mml 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入①中,搅拌。
待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20 min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。
回答下列问题:
(1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为 (填名称)。
(2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是 ;仪器②的名称是 。
(3)“搅拌”的作用是 。
(4)“加热”方式为 。
(5)使用的“脱色剂”是 。
(6)“趁热过滤”的目的是 ;用 洗涤白色固体。
(7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是 。
6.(14分)(2023·湖南卷)金属Ni对H2有强吸附作用,被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应。将块状Ni转化成多孔型雷尼Ni后,其催化活性显著提高。
已知:①雷尼Ni暴露在空气中可以自燃,在制备和使用时,需用水或有机溶剂保持其表面“湿润”;
②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。
某实验小组制备雷尼Ni并探究其催化氢化性能的实验如下。
步骤1:雷尼Ni的制备
步骤2:邻硝基苯胺的催化氢化反应
反应的原理和实验装置图如下(夹持装置和搅拌装置略)。装置Ⅰ用于储存H2和监测反应过程。
回答下列问题。
(1)操作(a)中,反应的离子方程式是 。
(2)操作(d)中,判断雷尼Ni被水洗净的方法是 。
(3)操作(e)中,下列溶剂中最有利于步骤2中氢化反应的是 (填字母)。
A.丙酮B.四氯化碳
C.乙醇D.正己烷
(4)向集气管中充入H2时,三通阀的孔路位置如下图所示。发生氢化反应时,集气管向装置Ⅱ供气,此时孔路位置需调节为 。
(5)仪器M的名称是 。
(6)反应前应向装置Ⅱ中通入N2一段时间,目的是 。
(7)如果将三颈烧瓶N中的导气管口插入液面以下,可能导致的后果是 。
(8)判断氢化反应完全的现象是 。
参考答案
1.答案 (1)直形冷凝管 除去市售的溴中少量的Cl2 Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑
(2)蒸发皿 2MnO4-+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O
(3)液封 降低温度 (4)0.31m
(5)玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处
解析 市售的溴(纯度99%)中含有少量的Cl2和I2,利用氧化还原反应原理制备高纯度的溴,将市售的溴滴入浓CaBr2溶液中,Cl2可与CaBr2发生氧化还原反应而除去,I2与Br2一起被蒸馏进入草酸钾溶液中,并被草酸钾还原为I-、Br-,向溶液中滴加高锰酸钾溶液氧化I-,加热蒸干得到KBr固体,将KBr固体和K2Cr2O7固体混合均匀加入冷的蒸馏水,同时滴加适量浓硫酸,水浴加热蒸馏,将得到的液体分液、干燥、蒸馏,可得高纯度的溴。
(1)仪器C为直形冷凝管,用于冷凝蒸气;市售的溴中含有少量的Cl2,Cl2可与CaBr2发生氧化还原反应而除去;水浴加热时,Br2、I2蒸发进入装置D中,分别与K2C2O4发生氧化还原反应,Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑、I2+K2C2O42KI+2CO2↑,由于Br2为进入D的主要物质,故主要反应的化学方程式为Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑。
(2)将D中溶液转移至蒸发皿中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体(Br2),即说明KMnO4已将KI全部氧化,发生反应的离子方程式为2MnO4-+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O;KBr几乎未被氧化,继续加热将溶液蒸干所得固体R的主要成分为KBr。
(3)密度Br2>H2O,D中冷的蒸馏水起到液封的作用,同时冷的蒸馏水温度较低,可减少溴的挥发。
(4)m g KBr固体的物质的量为m119 ml,根据转移电子相等可得关系式6KBr~6e-~K2Cr2O7,则理论上需要K2Cr2O7的物质的量为16×m119 ml,实际所需称取K2Cr2O7的质量为16×m119 ml×34×294 g·ml-1≈0.31m g。
(5)趁热过滤的具体操作:漏斗下端管口紧靠烧杯内壁,转移溶液时用玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处,滤液沿烧杯壁流下。
2.答案 (1)圆底烧瓶 (2)E C D (3)BC (4)液封 (5)ABC (6)99%
解析 A作为H2S的发生装置,由于不能骤冷,所以D、E都是冷却H2S的装置,C装置干燥H2S,F冷却并收集H2S,G作为平衡气压和液封装置。
(1)仪器X的名称是圆底烧瓶。
(2)制备气体的装置包括发生装置、除杂装置、收集装置和尾气处理装置,由于不能骤冷,要逐步冷却,所以B连E,E连C,C连D,D连F。
(3)H2S是酸性气体,不可以用碱性干燥剂,所以不可以用氢氧化钾和碱石灰,故选BC。
(4)装置G中汞的两个作用是:①平衡气压;②液封。
(5)A项,H2S有毒,该实验操作须在通风橱中进行,故A正确;B项,气体不能骤冷,装置D的主要作用是预冷却H2S,故B正确;C项,加入的MgCl2固体,可使MgCl2溶液保持饱和,有利于平稳持续产生H2S,故C正确;D项,该实验产生的尾气不可用硝酸吸收,硝酸的氧化性虽然可以把H2S氧化为S单质,但是稀硝酸产生的NO或者浓硝酸产生的NO2会污染空气,故D错误;故选ABC。
(6)根据铜守恒,氧化铜的质量为32.814 g-31.230 g=1.584 g,则氧化铜的物质的量为0.019 8 ml,则硫化铜的物质的量为0.019 8 ml,H2S的物质的量为0.019 8 ml,H2S的质量为0.673 2 g,产品纯度为0.673 2 g0.680 g×100%=99%。
3.答案 (1)催化剂和吸水剂 不会使反应物脱水而发生副反应
(2)吸收生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率
(3)AD (4)分液漏斗 (5)73.5% (6)90
解析 乙酸与过量乙醇在一定温度下、硫酸氢钠作催化剂、甲基紫的乙醇溶液和变色硅胶作指示剂的条件下反应制取乙酸乙酯,用饱和碳酸钠溶液除去其中的乙酸至无二氧化碳逸出,分离出有机相、洗涤、加无水硫酸镁后过滤,滤液蒸馏时收集73~78 ℃的馏分,得纯度为98.0%的乙酸乙酯6.60 g。
(1)该实验可实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,用浓硫酸时,浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂,所以NaHSO4在反应中起催化剂和吸水剂的作用;浓硫酸还具有强氧化性和脱水性,用浓硫酸在加热条件下反应时,可能发生副反应。
(2)变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可吸收加热时生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。
(3)A项,若向反应液中直接加入变色硅胶,则反应后需要过滤出硅胶,而使用小孔冷凝柱承载则无需分离,A正确;B项,反应的平衡常数只与温度有关,使用小孔冷凝柱承载不能增大该反应平衡常数,B错误;C项,小孔冷凝柱承载并没有投入溶液中,不能起到沸石的作用,不能防止暴沸,C错误;D项,由题中“反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热”可知,若向反应液中直接加入变色硅胶,则变色硅胶由蓝色变为粉红色,会影响观察反应液由蓝色变为紫色,所以使用小孔冷凝柱承载不影响甲基紫指示反应进程,D正确;故选AD。
(4)容量瓶用于配制一定物质的量浓度的溶液,分离有机相和洗涤有机相不需要容量瓶;漏斗用于固液分离,分离有机相和洗涤有机相不需要漏斗;分离液态有机相和洗涤液态有机相也不需要洗气瓶;分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是分液漏斗。
(5)由反应CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O可知,100 mml乙酸与150 mml乙醇反应时,理论上可获得的乙酸乙酯的质量为0.1 ml×88 g·ml-1=8.8 g,则该实验乙酸乙酯的产率为6.60 g×98.0%8.8 g×100%=73.5%。
(6)若改用C2H518OH作为反应物进行反应:CH3COOH+CH3CH218OHCH3CO18OCH2CH3+H2O,生成的乙酸乙酯的摩尔质量为90 g·ml-1,所以质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为90。
4.答案 (1)不产生副产物对苯二甲酸
() 原料易得,无污染
(2)50 (3)将未被氧化的对甲基苯甲醛萃取分离
(4)H++OH-H2O +H+
(5)③ ① ④ 空气中的氧气
解析 (1)KMnO4的氧化性强,不但氧化苯环上的醛基,还可将甲基氧化为—COOH,使产物不纯;本实验使用空气作氧化剂,原料易得且无污染,而KMnO4在反应前后易产生含锰元素的废液等。
(2)在反应未开始时(0 h),核磁共振氢谱峰面积比a∶b∶c∶d=1∶2∶2∶3,恰好对应中的关系;在反应时间为2 h时,a∶a'=2∶1,说明正好有50%的对甲基苯甲醛转化为对甲基苯甲酸。
(3)步骤Ⅱ中,先蒸去丙酮,再加入过量NaOH溶液将转化为,故使用乙酸乙酯洗涤的目的是将未被氧化的对甲基苯甲醛萃取分离。
(4)步骤Ⅲ中,加稀盐酸,先中和过量NaOH,再将转化为。故离子方程式分别为H++OH-H2O、+H+。
(5)依据题意“丙酮易挥发”,故需先关闭阀门,再用液氮冷冻反应液,排走一部分溶解的16O2,再打开阀门抽气,当装置中空气抽净后又关闭阀门,再将反应液恢复室温。故操作顺序为①→②→③→①→④。对甲基苯甲酸()的相对分子质量为136,由表格数据可知反应条件为18O2和CH3COCH3时得到产物的相对分子质量为138,即1分子产物中含有1个18O,而反应条件为空气和CH3C18OCH3时得到产物的相对分子质量为136,即产物中没有18O,所以目标产物中羧基O来源于醛基和空气中的O2。
5.答案 (1)量筒 (2)铁架台 球形冷凝管 (3)使固液充分接触,加快反应速率 (4)水浴加热 (5)活性炭 (6)防止产品结晶损失,提高产率 50%的乙醇溶液 (7)重结晶
解析 将100 mml己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mml 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入两颈烧瓶中,利用球形冷凝管进行冷凝回流提高原料利用率,通过搅拌来提高反应速率,反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品),加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂(脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,如:活性炭),回流20 min,趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出,经过滤、洗涤、干燥得到产品。
(1)己-2,5-二酮的摩尔质量为114 g·ml-1,根据题中所给数据可知,所需己-2,5-二酮的体积为100×10-3ml×114 g·ml-10.737 g·cm-3≈15.5 cm3=15.5 mL,又因为该实验是不需要精确结果的合成实验,所以选用量筒。
(2)③为铁架台;仪器②用于冷凝回流,为球形冷凝管。
(3)己-2,5-二酮的熔点为-5.5 ℃,常温下为液体,4-甲氧基苯胺的熔点为57 ℃,常温下为固体,搅拌可使固液反应物充分接触,加快反应速率。
(4)由题给信息“加热至65 ℃”可知,应用水浴加热,这样便于控制温度,且受热更均匀。
(5)“脱色剂”的作用是吸附反应过程中产生的有色物质,结合题中信息,加入脱色剂后回流,趁热过滤,保留滤液,即脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,所以可以选用活性炭作脱色剂。
(6)由题给信息可知,产品吡咯X为白色固体,加热至65 ℃可溶解在50%的乙醇溶液中,所以需趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,防止产品结晶损失,提高产率;由加入50%的乙醇溶液后析出浅棕色固体(即含杂质的产品)可知,常温下产品不溶于50%的乙醇溶液,所以为减少损失,洗涤时可用50%的乙醇溶液。
(7)由产品的分离提纯过程可知,若需进一步提纯,可采用的方法为重结晶。
6.答案 (1)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)取最后一次洗涤液,用pH计(或pH试纸)测定其pH,若pH=7,说明雷尼Ni已经被水洗净
(3)C (4)B (5)恒压滴液漏斗
(6)排尽装置中的空气,防止雷尼Ni在空气中自燃
(7)发生倒吸
(8)装置Ⅰ中集气管液面不再上升(或水准瓶液面不再下降)
解析 (1)Ni-Al合金与NaOH溶液混合后,Al与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],与Ni分离而被除去。
(2)除Al操作及雷尼Ni在水洗前的碱洗过程中,溶液呈碱性,故判断雷尼Ni被水洗净就是测定溶液中c(H+)=c(OH-),可用pH计精确测定(或用pH试纸粗略测定)最后一次洗涤液的pH是否为7,若测得pH=7,说明雷尼Ni已经被水洗净。
(3)A项中丙酮分子中含有羰基,会干扰邻硝基苯胺的催化氢化反应,依据信息“邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行”,在题给B、C、D项中的三种有机溶剂中,乙醇分子的极性最大,故选C。
(4)向集气管中充入H2时,应将三通阀旋转180°,使三通阀的孔路位置如B所示,故选B。
(6)依据信息①可知,雷尼Ni在空气中会自燃,故通入N2的作用为排尽装置中的空气,防止雷尼Ni在空气中自燃。
(7)由反应原理可知,反应物中有气体而生成物中无气体,因此将导气管口插入液面以下可能会发生倒吸。
(8)当氢化反应完全时,装置Ⅱ中H2不再参加反应即不再消耗H2,则装置Ⅰ中集气管液面不再变化(或水准瓶中液面不再变化)。反应条件
质谱检测目标产物相对分子质量
太阳光,18O2,室温,CH3COCH3,5 h
138
太阳光,空气,室温,CH3C18OCH3,5 h
136