2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第十章第7课时 大题考法（3）——物质制备型综合实验
展开第7课时 大题考法(3)——物质制备型综合实验
化学创造了一个全新的物质世界，制备物质是化学研究的亮点。以新物质制备为背景的实验题，涉及知识面较广，形式灵活多变，思维发散空间大，能够很好地考查考生综合运用化学实验基础知识解决实际问题的能力。命题设计的角度主要有：结合气体的实验室制法进行无机物的制备、典型有机物的制备与提纯。
题型一 无机物制备型
[典例1] 过氧化钙是一种温和的氧化剂，常温下为白色的固体，易溶于酸，难溶于水、乙醇等溶剂。某实验小组拟选用如下装置(部分固定装置略)制备过氧化钙。
(1)请选择必要的装置，按气流方向连接顺序为________(填仪器接口的字母编号，装置可重复使用)。
(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：①检验装置的气密性后，装入试剂；②打开分液漏斗活塞，通入一段时间气体，加热试剂；③反应结束后，__________________(填操作)；④拆除装置，取出产物。
(3)若钙在空气中燃烧生成氮化钙(Ca3N2)，同时可能生成过氧化钙。请利用下列试剂，设计实验检验钙的燃烧产物中是否含有过氧化钙___________________________________
(简要说明实验步骤、现象和结论)。
限选试剂：酸化的FeCl2溶液、NaOH溶液、KSCN溶液、稀硝酸
(4)利用反应Ca2＋＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH，在碱性环境下制取CaO2的装置如下：
C中发生反应时常用冰水浴控制温度在0 ℃左右，其可能的原因分析：该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO2·8H2O产率；________________________________________。
(5)测定产品中CaO2含量的实验步骤如下：
步骤一：准确称取a g产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的b g KI晶体，再滴入少量2 mol·L－1的硫酸，充分反应。
步骤二：向上述锥形瓶中加入几滴________(作指示剂)。
步骤三：逐滴加入浓度为c mol·L－1的Na2S2O3溶液至反应完全，滴定至终点，记录数据，再重复上述操作2次，得出三次平均消耗Na2S2O3溶液的体积为V mL。
CaO2的质量分数为________(用字母表示)。(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)
[解析] (1)制备过氧化钙时，用双氧水制备氧气，钙属于极活泼的金属，极易与水反应生成氢氧化钙和氢气，而制备的氧气中会混有水蒸气，所以在与钙化合之前需要干燥，选用试剂是浓硫酸；同时为防止空气中水蒸气进入，最后还需要连接浓硫酸的洗气瓶，所以正确的顺序：dfebcf或dfecbf。
(2)实验结束时为防止空气进入装置，还要继续通氧气直到装置冷却，所以实验结束时的操作为熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通入氧气，并关闭分液漏斗的活塞。
(3)结合题中提供的试剂可知，通过利用过氧化钙能氧化亚铁离子的方法可判断燃烧产物中是否含有过氧化钙，设计实验为取样品少许于试管中，加入酸化的FeCl2溶液溶解后，滴加KSCN溶液，若溶液变红色，则说明样品中含有过氧化钙；若溶液不变红色，则说明样品中不含有过氧化钙。
(4)该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO2·8H2O的产率，减少过氧化氢的分解，提高过氧化氢的利用率，因此C中发生反应时常用冰水浴控制温度在0 ℃左右。
(5)步骤二：碘单质能够使淀粉溶液变蓝色，因此该滴定实验中，可以向锥形瓶中加入几滴淀粉溶液作指示剂；步骤三：根据电子转移守恒及题中反应方程式，可得关系式：CaO2～I2～2S2O，设样品中CaO2的质量分数为x，则：
CaO2 ～ I2 ～ 2S2O
72 g 2 mol
ax g V×10－3 L×c mol·L－1
所以＝，解得x＝%。
[答案] (1)dfebcf(或dfecbf)
(2)熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通入氧气，并关闭分液漏斗的活塞
(3)取样品少许于试管中，加入酸化的FeCl2溶液溶解后，滴加KSCN溶液，若溶液变红色，则说明样品中含有过氧化钙；若溶液不变红色，则说明样品中不含有过氧化钙
(4)温度低可减少过氧化氢的分解，提高过氧化氢的利用率
(5)淀粉溶液 %
[备考方略] 制备无机物的思维流程
[对点练1] (2018·全国卷Ⅰ)醋酸亚铬[(CH3COO)2Cr·2H2O]为砖红色晶体，难溶于冷水，易溶于酸，在气体分析中用作氧气吸收剂。一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂，将三价铬还原为二价铬；二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示。回答下列问题：
(1)实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却，目的是________。仪器a的名称是________。
(2)将过量锌粒和氯化铬固体置于c中，加入少量蒸馏水，按图连接好装置。打开K1、K2，关闭K3。
①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
②同时c中有气体产生，该气体的作用是____________________________________。
(3)打开K3，关闭K1和K2。c中亮蓝色溶液流入d，其原因是________________________________________________________________________；
d中析出砖红色沉淀。为使沉淀充分析出并分离，需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。
(4)指出装置d可能存在的缺点_____________________________________________。
解析：(1)由题给信息，[(CH3COO)2Cr·2H2O]在气体分析中用作O2吸收剂，说明Cr2＋具有强还原性，易被O2氧化，故所用蒸馏水需经煮沸除去其中的O2，以免影响[(CH3COO)2Cr·2H2O]的制备。由仪器的结构特点可知，a为分液(或滴液)漏斗。
(2)①Zn将Cr3＋还原为Cr2＋，离子方程式为Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋。②Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，H2起到排除c中空气的作用，以防Cr2＋被氧化。
(3)过量的Zn与盐酸反应放出大量的H2，使装置c中压强增大，关闭K1和K2，打开K3时，溶液被压入装置d。由题给信息知，[(CH3COO)2Cr·2H2O]难溶于冷水，因此应用冰浴冷却，以便于[(CH3COO)2Cr·2H2O]析出，再将沉淀过滤、洗涤、干燥即可。
(4)装置d的缺点是该装置与大气直接相通，空气中的O2易将[(CH3COO)2Cr·2H2O]氧化。
答案：(1)去除水中溶解氧 分液(或滴液)漏斗
(2)①Zn＋2Cr3＋===Zn2＋＋2Cr2＋ ②排除c中空气
(3)c中产生H2使压强大于大气压 (冰浴)冷却 过滤 (4)敞开体系，可能使醋酸亚铬与空气接触
题型二 有机物制备型
[典例2] 实验室以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛(实验装置如图所示，相关物质的物理性质见下表)。
| 相对分子质量 | 密度/(g·cm－3) | 沸点/℃ |
溴 | 160 | 3.119 | 58.8 |
苯甲醛 | 106 | 1.04 | 179 |
1,2二氯乙烷 | 99 | 1.235 1 | 83.5 |
间溴苯甲醛 | 185 | 1.587 | 229 |
其实验步骤为
步骤1：将三颈瓶中的一定配比的无水AlCl3、1,2二氯乙烷和苯甲醛(5.3 g)充分混合后，升温至60 ℃，缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴，保温反应一段时间，冷却。
步骤2：将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中，搅拌、静置、分液。有机相用10% NaHCO3溶液洗涤。
步骤3：经洗涤的有机相加入适量无水硫酸钙固体，放置一段时间后过滤。
步骤4：为了防止间溴苯甲醛因温度过高被氧化，把步骤3处理得到的间溴苯甲醛加入少量锌粉，同时采用某种技术，收集相应馏分，其中收集到间溴苯甲醛为3.7 g 。
(1)实验装置中采用的加热方式为________，冷凝管的作用为________，锥形瓶中的试剂应为________。
(2)步骤1所加入的无水AlCl3的作用为________。
(3)步骤2中用10% NaHCO3溶液洗涤有机相，是为了除去溶于有机相的__________________(填化学式)。
(4)步骤3中加入的无水硫酸钙固体的目的是__________________________________。
(5)步骤4中，某种技术为__________________________________________________。
(6)本实验所得到的间溴苯甲醛产率是_______________________________________。
[解析] (1)由于温度低于100 ℃，因此为便于控制温度，应该采用水浴加热；因溴易挥发，为使溴充分反应，应进行冷凝回流，以增大产率，因此冷凝管的作用为导气、冷凝回流；反应发生取代反应，生成间溴苯甲醛的同时生成HBr，用NaOH溶液吸收，防止污染空气；(2)将三颈瓶中的一定配比的无水AlCl3、1,2二氯乙烷和苯甲醛充分混合，三种物质中无水AlCl3为催化剂，1,2二氯乙烷为溶剂，苯甲醛为反应物；(3)将反应混合物含有溴，缓慢加入一定量的稀盐酸中，加入碳酸氢钠，可与Br2、HCl反应，因此是为了除去溶于有机相的Br2、HCl(盐酸)；(4)经洗涤的有机相含有水，加入适量无水硫酸钙固体，可起到除去有机相中水的作用；(5)减压蒸馏，可降低沸点，避免温度过高，导致间溴苯甲醛被氧化，因此该技术是减压蒸馏；(6)5.3 g苯甲醛理论上可生成产品的质量是×185 g＝9.25 g，所以产率是×100%＝40.0%。
[答案] (1)水浴加热 导气、冷凝回流 NaOH溶液
(2)催化剂 (3)Br2、HCl
(4)除去有机相的水(或干燥或除水)
(5)减压蒸馏 (6)40.0%
[备考方略] 有机制备实验题的解题模板
(1)分析制备流程
(2)熟悉重要仪器
(3)找准答题思路
根据题给信息，初步判定物质性质 | 有机物制备中一般会给出相应的信息，通常会以表格的形式给出，表格中的数据主要是有机化合物的密度、沸点和在水中的溶解性，在分析这些数据时要多进行横向和纵向地比较，密度主要是与水比较，沸点主要是表中各物质的比较，溶解性主要是判断溶还是不溶。主要是根据这些数据选择分离、提纯的方法 |
注意仪器名称和作用 | 所给的装置图中有一些不常见的仪器，要明确这些仪器的作用，特别是无机制备实验中不常见的三颈圆底烧瓶、球形冷凝管等 |
关注有机反应条件 | 大多数有机反应副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实验方案时，要注意控制反应条件，尽可能选择步骤少、副产物少的反应；由于副产物多，所以需要进行除杂、净化。另外，若为两种有机物参加的可逆反应，应考虑多加一些价廉的有机物，以提高另一种有机物的转化率和生成物的产率 |
[对点练2] 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：
已知：氯苯为无色液体，沸点132.2 ℃。
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40～60 ℃为宜，温度过高会生成二氯苯。
①对C加热的方法是________(填字母)。
a．酒精灯加热 b．油浴加热 c．水浴加热
②D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，需要增添一个U形管，其内置物质是____________。
(5)工业生产中苯的流失情况如下：
项目 | 二氯苯 | 尾气 | 不确定苯耗 | 流失总量 |
苯流失量/(kg·t－1) | 13 | 24.9 | 51.3 | 89.2 |
则1 t苯可制得成品为________t(只要求列式)。
解析：(1)玻璃管B伸入液面下，装置内压强过大时，可以用于平衡气压；采取逆流原理通入冷凝水，使冷凝管充满冷凝水，充分冷却，即冷凝水由a口流入，由b口流出。(2)①反应器C加热控制反应温度在40～60 ℃，应利用水浴加热。②由于苯易挥发，反应产生的HCl，且有未反应的氯气，D出口气体中含有HCl、苯蒸气、氯气。(3)催化剂氯化铁与NaOH反应，生成的HCl会与NaOH反应，溶解的氯气也会与NaOH反应，反应方程式分别为HCl＋NaOH===NaCl＋H2O、FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl、Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。(4)A、C反应器之间需要增添U形管，干燥生成的氯气，可以用五氧化二磷或氯化钙等。(5)苯的总流失量为89.2 kg·t－1，故1 t苯中参加反应的苯的质量为(1 t－0.089 2 t)，由苯与氯苯质量之比为78∶112.5，可知生成氯苯质量为 t。
答案：(1)平衡气压 a (2)①c ②Cl2 苯蒸气
(3)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O
FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
(4)五氧化二磷(或氯化钙)
(5)
