新高考化学一轮总复习练33第十章第33讲物质的制备实验方案的设计与评价含解析

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第33讲　物质的制备　实验方案的设计与评价A组　基础必做题1．(2021·山东烟台一模，8)苯胺为无色油状液体，沸点184 ℃，易被氧化。实验室以硝基苯为原料通过反应制备苯胺，实验装置(夹持及加热装置略)如图：下列说法正确的是(　C　)A．长颈漏斗内的药品最好是盐酸B．蒸馏时，冷凝水应该a进b出C．为防止苯胺被氧化，加热前应先通一段时间H2D．为除去反应生成的水，蒸馏前需关闭K并向三颈烧瓶中加入浓硫酸[解析]　因为苯胺为无色液体，与酸反应生成盐，锌与盐酸反应制得的氢气中有氯化氢，通入三颈烧瓶之前应该除去，而装置中缺少一个除杂装置，则不能用稀盐酸，应选择稀硫酸，故A错误。为提升冷却效果，冷凝管内冷却水流向与气流方向相反，则装置中冷凝水应该b进a出，故B错误。苯胺还原性强，易被氧化，所以制备苯胺前用氢气排尽装置中空气，同时氢气是可燃性气体，点燃时易发生爆炸，则点燃酒精灯之前，先打开K，通入一段时间的氢气，排尽装置中的空气，故C正确。苯胺还原性强，易被氧化；显碱性，与酸反应生成盐，而浓硫酸具有酸性和强氧化性，苯胺能与浓硫酸反应，则不能选用浓硫酸，三颈烧瓶内的反应结束后，关闭K，先在三颈烧瓶中加入生石灰后蒸馏，故D错误。【知识拓展】　苯胺显碱性，能与盐酸化合生成盐酸盐，与硫酸化合成硫酸盐，其碱性来自氨基。2．(2020·山东等级考模拟，9)锡为ⅣA族元素，四碘化锡是常用的有机合成试剂(SnI4，熔点144.5 ℃，沸点364.5 ℃，易水解)。实验室以过量锡箔为原料通过反应Sn＋2I2SnI4制备SnI4。下列说法错误的是(　D　)A．加入碎瓷片的目的是防止暴沸B．SnI4可溶于CCl4中C．装置Ⅰ中a为冷凝水进水口D．装置Ⅱ的主要作用是吸收挥发的I2[解析]　液体加热时加入碎瓷片的目的是防止暴沸，A正确；根据题干中SnI4的熔、沸点可知其为共价化合物，从化学组成上分析知SnI4与CCl4为等电子体，分子结构相似，SnI4为非极性分子，依据“相似相溶规律”可知SnI4可溶于CCl4中，B正确；冷凝管中的冷凝水为“下进上出”，所以装置Ⅰ中a为冷凝水进水口，C正确；SnI4易水解，所以装置Ⅱ的主要作用是防止水蒸气进入装置使SnI4水解，D错误。3．(2022·湖北孝感模拟)(双选)用如图所示装置测定水中氢、氧元素的质量比，其方法是分别测定通氢气前后玻璃管的质量差和U形管的质量差。下列有关说法不正确的是(　AC　)A．装置Ⅰ(启普发生器)用于制备H2，还可用于大理石与稀硫酸制CO2B．“点燃酒精灯”和“打开活塞K”这两步操作中间应该进行的操作是检验H2的纯度C．若Ⅱ装置中玻璃管内有水冷凝，则实验测得的m(H)︰m(O)<1︰8D．该装置存在的缺陷有：Ⅰ、Ⅱ装置之间以及Ⅲ装置之后缺少干燥装置[解析]　启普发生器适用于颗粒状或块状固体与液体不加热反应制气，大理石与稀盐酸制CO2可以用启普发生器，与稀硫酸反应生成CaSO4微溶，影响反应进行，A说法错误；实验时应先打开活塞K一段时间，待检验H2的纯度后再点燃酒精灯，故二者之间的操作是检验H2的纯度，B说法正确；装置Ⅱ中玻璃管内有水冷凝，即玻璃管内增加了氢元素，导致玻璃管内的质量差减小，故实验测得的m(H)︰m(O)应大于1︰8，C说法错误；装置Ⅰ、Ⅱ之间加干燥装置可防止H2中混有的水蒸气对实验的干扰，装置Ⅲ之后加干燥装置，可防止外界空气中的水蒸气对实验造成干扰，D说法正确。4．(2022·河北衡水高三检测)下列有关物质的制备装置、制备时使用的原料与收集方法均正确的是(　C　)选项ABCD物质O2NOCl2CH2===CH2制备装置制备时使用的原料H2O2溶液和二氧化锰粉末浓硝酸和铜粉浓盐酸与高锰酸钾固体乙醇和3 mol/L的H2SO4溶液收集方法排水法排空气法排饱和食盐水法排水法[解析]　制取氧气时如果选用A中装置，选用的药品应该是氯酸钾与二氧化锰，A项错误；制取NO时应选用稀硝酸和铜粉，收集方法应为排水法，B项错误；因为C中无加热装置，所以可以选用具有强氧化性的高锰酸钾与具有强还原性的浓盐酸反应制取氯气，C项正确；制取乙烯时应选用浓硫酸，D项错误。5．(2022·山东济南二模)H2O2可降解废水中的有机物，活性炭(AC)能促进H2O2分解产生羟基自由基(·OH)，提高对水中有机化合物的降解率。实验表明，AC表面的酸碱性会影响H2O2的分解反应。实验室中，将纯化的AC在氮气(60 mL·min)和氨(20 mL·min－1)气氛中于650 ℃热处理2 h可制得氨气改性活性炭(ACN)。回答下列问题：(1)纯化AC：将AC研磨后置于10%盐酸中浸泡6 h除去灰分，用蒸馏水洗涤至中性。研磨的目的是__增大接触面积，提高酸洗涤效率__。为了防止放置过程中再次吸水，烘干后的AC应置于__干燥器__(填仪器名称)中备用。(2)制备ACN如图1所示：检查装置气密性并加入药品后，加热前应进行的操作是__通入氮气__，其目的是__将装置内的空气赶走，以免干扰实验__；一段时间后，打开电炉并加热反应管，此时活塞K1、K2、K3的状态为__关闭K1，打开K2、K3__。U型管b内试剂B的作用是__防止烧杯中的水蒸气进入管式炉__。(3)通过氨气改性处理后，得到的ACN表面仍有少量羧基和酚羟基，其含量可采用滴定法测定。测定羧基含量的方法：在锥形瓶中加入ACN 0.5 g，加入0.05 mol·L－1的X溶液a mL。上恒温摇床，吸附平衡。以甲基橙作指示剂，用0.1 mol·L－1的标准盐酸反滴定剩余的X溶液，标准盐酸的平均用量为b mL，则X为__NaHCO3__(填“NaOH”“Na2CO3”或“NaHCO3”)，计算所得活性炭表面的羧基含量为__0.1a－0.2b__ mol·kg－1(已知：ACN中，羧基的Ka＝1.0×10－4、酚羟基的Ka＝5.0×10－9、碳酸的Ka1＝4.2×10－7、Ka2＝5.6×10－11；用含a、b的代数式表示)。(4)某课题组以2 500 mg·L－1苯酚溶液为模型废水，研究AC和ACN表面的酸碱性对H2O2降解苯酚的影响，得到如图2所示：由图像可知，__ACN__(填“AC”或“ACN”)更有利于H2O2降解苯酚，原因是__ACN表面呈碱性，有利于双氧水分解产生羟基自由基__。[解析]　(1)研磨的目的是增大接触面积，提高酸洗涤效率；为了防止放置过程中再次吸水，烘干后的AC应置于干燥器中备用；(2)加热前应通入氮气，将装置内的空气赶走，以免干扰实验；关闭K1，打开K2、K3，打开电炉并加热反应管；U型管b内试剂B的作用是防止烧杯中的水蒸气进入管式炉；(3)能和酚羟基反应的有：Na2CO3，NaOH；能和羧酸反应的有：Na2CO3，NaOH，NaHCO3，所以测定羧基含量用NaHCO3标准溶液；根据NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O可知，剩余的n(NaHCO3)＝n(HCl)＝0.1×b×10－3 mol，根据RCOOH＋NaHCO3===CO2↑＋H2O＋RCOONa，n(RCOOH)＝(0.05×a×10－3－0.1×b×10－3) mol，羧基含量为 mol·kg－1＝(0.1a－0.2b) mol·kg－1；(4)根据图像可知，ACN降解苯酚，剩余苯酚更少，降解的更多，因为ACN与AC的pH相比，ACN表面显碱性，有利于双氧水分解产生羟基。6．(2022·海南海口模拟)氯苯在染料、医药工业中常用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基苯酚等有机中间体。实验室中制备氯苯的装置如图所示(其中夹持仪器已略去)。请回答下列问题：(1)仪器a中盛有KMnO4晶体，仪器b中盛有浓盐酸。打开仪器b中的活塞，使浓盐酸缓缓滴下，可观察到仪器a内的现象是__有黄绿色气体生成__。(2)仪器b外侧的细玻璃导管的作用是__使浓盐酸能顺利滴下(或平衡仪器a、b内的压强)__。(3)仪器d中盛有苯、FeCl3粉末，仪器a中生成的Cl2经过仪器e进入仪器d中。①仪器e的名称是__洗气瓶__，其中盛装的试剂名称是__浓硫酸__。②仪器d中的反应进行过程中，应保持温度在40～60 ℃之间，以减少副反应的发生。仪器d的加热方式最好采用__水浴__加热。(4)仪器c的作用__冷凝回流__。(5)该方法制备的氯苯中含有很多杂质。在工业生产中，先通过水洗除去FeCl3、HCl及部分Cl2，然后通过碱洗除去其余Cl2，碱洗后通过分液得到含氯苯的有机混合物，混合物成分及各成分的沸点如表所示：有机物苯氯苯邻二氯苯间二氯苯对二氯苯沸点/℃80.0132.2180.4172.0173.4①碱洗前先进行水洗的目的是__减少后续碱洗操作时碱的用量，节约成本__。②从该有机混合物中提取氯苯时，采用蒸馏方法，收集__132.2__ ℃左右的馏分。(6)实验工业生产中，苯的流失量如表所示：损失项目蒸气挥发二氯苯其他合计苯流失量/(kg·t－1)20.811.756.789.2某一次投产，加入13 t苯，则制得的氯苯为__17.1__t(保留一位小数)。[解析]　(1)仪器a中发生的反应是KMnO4在酸性条件下氧化Cl－生成Cl2。(2)仪器b外侧的细玻璃导管能使仪器a与仪器b中的压强保持相同，从而使浓盐酸能顺利滴下。(3)①仪器a中制备的Cl2中含有水蒸气和HCl杂质，而后续氯苯的制备中也产生HCl，故HCl对氯苯的制备无影响，因此洗气瓶中应盛有浓硫酸，对气体进行干燥。②制备氯苯的反应温度为40～60 ℃，低于100 ℃，故最好采用平缓易控的水浴加热方式。(4)仪器c为球形冷凝管，起冷凝回流的作用。(6)制得氯苯的质量为13 t××≈17.1 t。B组　能力提升题7．(2022·山东高三专题练习)(双选)工业上常用水蒸气蒸馏的方法(蒸馏装置如图)从植物组织中获取挥发性成分。这些挥发性成分的混合物统称精油，大都具有令人愉快的香味。从柠檬、橙子和柚子等水果的果皮中提取的精油90%以上是柠檬烯。柠檬烯不溶于水，密度比水小。提取柠檬烯的实验操作步骤如下：①将1～2个橙子皮剪成细碎的碎片，投入乙装置中，加入约30 mL水，②松开活塞K。加热水蒸气发生器至水沸腾，活塞K的支管口有大量水蒸气冒出时旋紧，打开冷凝水，水蒸气蒸馏即开始进行，可观察到在馏出液的水面上有一层很薄的油层。下列说法不正确的是(　BC　)A．当馏出液无明显油珠，澄清透明时，说明蒸馏完成B．为达到实验目的，应将甲中的长导管换成温度计C．蒸馏结束后，先停止加热再把乙中的导气管从溶液中移出D．要得到纯精油，还需要用到以下分离提纯方法：分馏、蒸馏[解析]　柠檬烯不溶于水，密度比水的密度小，则当馏出液无明显油珠，澄清透明时，说明蒸馏完成，A正确；长导管可作安全管，平衡气压，防止由于导管堵塞引起爆炸，而温度计在甲装置中不能代替长导管，且甲为水蒸气发生器，不需要温度计控制温度，B错误；蒸馏结束后，为防止倒吸，先把乙中的导气管从溶液中移出，再停止加热，C错误；精油中90%以上是柠檬烯，可利用其中各组分的沸点的差别进行分离，故还需要用到以下分离提纯方法：分馏、蒸馏，D正确。8．(2022·北京朝阳区等级考试练习二)用如图所示的装置进行实验(夹持及尾气处理仪器略去)，能达到实验目的的是(　D　)选项a中试剂b中试剂c中试剂实验目的装置A氨水CaO无制取并收集氨气B浓盐酸MnO2饱和NaCl溶液制备纯净的Cl2C浓盐酸Na2CO3Na2SiO3溶液比较酸性强弱：H2CO3>H2SiO3D浓硫酸Na2SO3KMnO4酸性溶液验证SO2具有还原性[解析]　氨水中的水可以和氧化钙反应，反应过程放热，使氨气在水中的溶解度降低，可以用来制取氨气，但是由于氨气的密度小于空气，故在收集氨气时需要短导管进气长导管出气，A错误；浓盐酸与二氧化锰反应制取氯气的过程需要加热，图中没有画出加热装置，故不能达到实验目的，B错误；浓盐酸有挥发性，与碳酸钠反应时除了有二氧化碳生成，还有氯化氢逸出，两种气体溶于硅酸钠溶液均能使硅酸根沉淀，故不能判断碳酸与硅酸酸性的强弱，C错误；浓硫酸与亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体，将二氧化硫气体导入酸性高锰酸钾溶液中，二氧化硫与高锰酸钾反应，可以验证二氧化硫的还原性，D正确。9．(2022·山东济宁三模)碳酸镧[La2(CO3)3]可用于治疗高磷酸盐血症。某化学小组用如图装置模拟制备碳酸镧，反应的化学方程式为2LaCl3＋6NH4HCO3===La2(CO3)3↓＋6NH4Cl＋3CO2↑＋3H2O，下列说法不正确的是(　C　)A．从左向右接口的连接顺序：F→B，A→D，E←CB．装置X中盛放的试剂为饱和NaHCO3溶液C．装置Z中用干燥管的主要目的是增大接触面积，加快气体溶解D．实验开始时应先打开Y中分液漏斗的旋转活塞[解析]　氨气极易溶于水，则采用防倒吸装置，E←C；制取的二氧化碳需除去HCl杂质，则F→B，A→D，A正确；装置X为除去HCl杂质，盛放的试剂为饱和NaHCO3溶液，B正确；装置Z中用干燥管的主要目的是防止氨气溶于水时发生倒吸，C错误；实验开始时应先打开Y中分液漏斗的旋转活塞，使溶液呈碱性以吸收更多的二氧化碳，D正确。10．(2022·山东日照一模，8)用“H2SO4浸出—萃取”法从铅铟灰(主要含有In2O3，还含有PbO和SiO2杂质)中回收铟(In)的生产工艺流程如下图所示：已知：Ⅰ.萃取时发生反应：In2(SO4)3＋6(HA)2(有机液)2In(HA2)3(有机液)＋3H2SO4。Ⅱ.反萃取时发生反应：In(HA2)3(有机液)＋4HCl3(HA)2(有机液)＋HInCl4。下列说法错误的是(　A　)A．“高温酸浸”时，为了加快酸浸的速率可以用浓盐酸代替稀硫酸B．“萃取”时，可向溶液中加入适量的NaOH以提高浸取率C．“反萃取”时，适当增加盐酸的浓度可提高铟的反萃取率D．“置换”时发生反应的化学方程式为3Zn＋2HInCl4===2In＋3ZnCl2＋2HCl[解析]　“高温酸浸”时，不能用浓盐酸代替稀硫酸，否则浓盐酸在高温条件下与二氧化锰反应生成氯气，影响“萃取”等工艺，选项A错误；“萃取”时，可向溶液中加入适量的NaOH，消耗硫酸，使萃取反应平衡正向移动，可提高浸取率，选项B正确；“反萃取”时，适当增加盐酸的浓度，反萃取反应平衡正向移动，可提高铟的反萃取率，选项C正确；“置换”时锌与HInCl4反应产生In，发生反应的化学方程式为3Zn＋2HInCl===2In＋3ZnCl2＋2HCl，选项D正确。11．(2022·甘肃武威模拟)有资料显示过量的氨气和氯气在常温下可合成岩脑砂(主要成分为NH4Cl)，某小组对岩脑砂进行以下探究。Ⅰ.岩脑砂的实验室制备。(1)C装置中盛放碱石灰的仪器名称为__球形干燥管__。(2)为使氨气和氯气在D中充分混合并反应，上述装置的连接顺序为a→d→c→__e__、__f__←j←i←h←g←b。(3)装置D处除易堵塞导管外，还有的不足之处为__无尾气处理装置__。(4)检验氨气和氯气反应有岩脑砂生成时，除了蒸馏水、稀硝酸、AgNO3溶液、红色石蕊试纸外，还需要的试剂为__氢氧化钠浓溶液__。Ⅱ.天然岩脑砂中NH4Cl纯度的测定(杂质不影响NH4Cl纯度测定)。已知：2NH4Cl＋3CuO3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O。步骤：①准确称取1.19 g岩脑砂；②将岩脑砂与足量的氧化铜混合加热(装置如下)。(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先在H和K中装入蒸馏水，然后加热G，__导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱__，则气密性良好。(6)装置H的作用是__吸收反应产生的水蒸气，防止对HCl测定造成干扰__。(7)实验结束后，装置Ⅰ增重0.73 g，则天然岩脑砂中NH4Cl的质量分数为__89.9%__。(8)若用K中气体体积测定NH4Cl纯度，当量气管内液面低于量筒内液面时，所测纯度__偏低__(填“偏高”“无影响”或“偏低”)。[解析]　(1)C装置中盛放碱石灰的仪器名称为球形干燥管。(2)制取氨气的气流顺序为adc，制取氯气的气流顺序为bghij，考虑到氯气的密度比空气大，氨气的密度比空气小，所以氨气从e口进，氯气从f口进，氨气和氯气形成逆向流动，更有利于二者充分混合，同时注意确定连接顺序时，氯气气流是从右向左的，合理的连接顺序为a→d→c→e、f←j←i←h←g←b。(3)装置D处发生反应生成了氯化铵，氯化铵为固体小颗粒，导管太细，固体颗粒容易堵塞导管；因为氯气有毒，需要有尾气处理装置，所以不足之处为无尾气处理装置。(4)检验固体氯化铵中的铵根离子需要氢氧化钠浓溶液和红色石蕊试纸，检验氯离子需要蒸馏水、硝酸银溶液和稀硝酸，所以还需要的试剂为氢氧化钠浓溶液。(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将H和K中装入蒸馏水，然后加热G，导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱，则气密性良好。(6)产生的气体通过装置H中的浓硫酸，能够吸收混合气体中的水蒸气，防止对HCl测定造成干扰，减小实验误差。(7)装置I增重为氯化氢气体的质量，0.73 g氯化氢的物质的量为0.02 mol，根据反应2NH4Cl＋3CuO3Cu＋2HCl↑＋N2↑＋3H2O可知，消耗氯化铵的物质的量为0.02 mol，其质量为0.02 mol×53.5 g·mol－1＝1.07 g，则天然岩脑砂中NH4Cl的质量分数为×100%≈89.9%。(8)当量气管内液面低于量筒内液面时，氮气的压强偏大，所测定的体积偏小，求得氯化铵的质量偏小，所测纯度偏低。12．无水FeCl3是常用的芳香烃取代反应催化剂，它具有易水解、易升华的性质。铁粉与氯气反应制备无水FeCl3的实验装置如图所示：E和G用来收集产物。回答下列问题：(1)通入氯气后，A中观察到有酸雾产生，C中P2O5的作用是__除去酸雾和Cl2中混有的水蒸气__。(2)在E、G处收集产物是利用了FeCl3__易升华__的性质。(3)实验过程中若F处出现堵塞，则在B处可观察到的现象是__B处有气泡产生__。可通过__适当加热F处__(填简单操作)，使实验能继续进行。(4)Ⅰ中反应的离子方程式为__Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O__。(5)某同学用5.60 g干燥铁粉制得无水FeCl3样品13.00 g，该次实验的产率是__80.00%__。(6)实验室中还常用SOCl2与FeCl3·6H2O晶体共热制备无水FeCl3，其化学反应方程式为__FeCl3·6H2O＋6SOCl2===FeCl3＋12HCl＋6SO2__。检验水合三氯化铁原料中是否存在FeCl2的试剂是__K3[Fe(CN)6]溶液__。[解析]　(1)FeCl3易水解，需注意防水。C中P2O5的作用是作干燥剂，除去酸雾和Cl2中混有的水蒸气。(2)在E、G处收集产物是利用了FeCl3易升华的性质。(3)实验过程中若F处出现堵塞，则氯气将到达B处，看到有气泡产生，然后进入NaOH溶液中与NaOH反应；氯化铁易升华，则可通过适当加热F处，使实验能继续进行。(4)Ⅰ中未反应完的氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。(5)由2Fe＋3Cl22FeCl3可知，每2 mol Fe反应生成2 mol FeCl3，则5.60 g(0.1 mol)干燥铁粉理论上可制得0.1 mol FeCl3，质量为0.1 mol×162.5 g/mol＝16.25 g，因此该次实验的产率是×100%＝80.00%。(6)若直接加热FeCl3·6H2O，氯化铁会水解得氢氧化铁和HCl，HCl易挥发，促进氯化铁水解，最终得到氢氧化铁，实验室中常用SOCl2与FeCl3·6H2O晶体共热制备无水FeCl3，说明该过程产生了HCl，抑制了氯化铁水解，结合原子守恒可知该反应的化学方程式为FeCl3·6H2O＋6SOCl2===FeCl3＋12HCl＋6SO2；亚铁离子与铁氰化钾相遇产生蓝色沉淀，因此检验水合三氯化铁原料中是否存在FeCl2的试剂是铁氰化钾溶液。