高考化学三轮冲刺热点题型特训 第26题　综合实验题

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第26题　综合实验题
题组一　有机物制备实验过程分析专练
[解题指导]
1．审清反应原理(试剂要求、反应条件、产物性质)。
2．审清装置的设计问题
(1)球形冷凝管中的水流方向(下口进水，上口出水)。
(2)温度计的位置。
(3)烧瓶、三颈瓶的容量大小。
(4)尾气处理、加热方式(水浴、油浴等)。
3．审清实验步骤
(1)加试剂顺序。
(2)反应制备。
(3)除杂分离提纯试剂和方法。
4．审清反应物的量，确定过量反应物，用少量反应物计算产品的理论量，再算产率。
[挑战满分](限时30分钟)
1．已知用P2O5作催化剂，加热乙醇可制备乙烯，反应温度为80～210 ℃。某研究性小组设计了如下的装置制备并检验产生的乙烯气体(夹持和加热仪器略去)。

(1)仪器a的名称为________。
(2)用化学方程式表示上述制备乙烯的原理_____________________________
________________________________________________________________________。
(3)已知P2O5是一种酸性干燥剂，吸水放出大量热，在实验过程中P2O5与乙醇能发生作用，因反应用量的不同，会生成不同的磷酸酯，它们均为易溶于水的物质，沸点较低。写出乙醇和磷酸反应生成磷酸二乙酯的化学方程式(磷酸用结构式表示为)_________ _____________________________________________________________________________。
(4)该装置中还缺一种必备仪器，该仪器为________________。某同学认为即使添加了该仪器，上述装置验证产生了乙烯也不够严密，仍需在酸性高锰酸钾溶液之前添加洗气装置，其理由为________________________________________________________________________。
答案　(1)球形冷凝管或冷凝管
(2)C2H5OHC2H4↑＋H2O
(3) ＋2C2H5OH
＋2H2O
(4)温度计　没有排除乙醇的干扰(或在通过酸性高锰酸钾溶液之前，应该除乙醇)(只要答出乙醇就可以，有没有磷酸酯都行)
解析　(1)仪器a为球形冷凝管。(2)乙醇消去制备乙烯的方程式：C2H5OHC2H4↑＋H2O。(3)根据酯化反应规律为醇羟基去氢，酸去羟基，剩余部分连在一起，故乙醇和磷酸反应生成磷酸二乙酯的化学方程式为＋2C2H5OH
＋2H2O。(4)乙醇容易挥发，所以本实验需要控制温度，故还缺少温度计，由于乙醇也可使酸性高锰酸钾溶液褪色，故在通过酸性高锰酸钾溶液之前，应该除乙醇。
2．阿司匹林(乙酰水杨酸，)是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药。乙酰水杨酸受热易分解，分解温度为128～135 ℃。某学习小组在实验室以水杨酸(邻羟基苯甲酸)与乙酸酐[(CH3CO)2O]为主要原料合成阿司匹林，制备基本操作流程如下：

主要试剂和产品的物理参数如下：
名称
相对分子质量
熔点或沸点/℃
水
水杨酸
138
158(熔点)
微溶
醋酸酐
102
139.4(沸点)
反应
乙酰水杨酸
180
135(熔点)
微溶
请根据以上信息回答下列问题：
(1)①合成阿司匹林时，最合适的加热方式是__________________________________。
②抽滤所得粗产品要用少量冰水洗涤，则洗涤的具体操作是____________________________。
(2)提纯粗产物时加入饱和NaHCO3溶液至没有CO2产生为止，再抽滤，则加饱和NaHCO3溶液的目的是_____________________________________________________。
另一种改进的提纯方法，称为重结晶提纯法。方法如下：

(3)改进的提纯方法中加热回流的装置如图所示：

①用温度计的目的是_________________________________________________；
冷凝水从________(填“b”或“c”)口流入。
②重结晶提纯法所得产品的有机杂质要比原方案少的原因是__________________
________________________________________________________________________。
(4)检验产品中是否含有水杨酸的化学方法是______________________________
________________________________________________________________________。
(5)该学习小组在实验中原料用量：2.0 g水杨酸、5.0 mL醋酸酐(ρ＝1.08 g·cm－3)，最终称得产品m＝2.2 g，则所得到乙酰水杨酸的产率为________。
答案　(1)①水浴加热
②关小水龙头，向布氏漏斗中加冰水至浸没沉淀物，待洗液完全滤出，洗涤2～3次
(2)使乙酰水杨酸与NaHCO3溶液反应转化为易溶于水的乙酰水杨酸钠，与不溶性杂质分离
(3)①控制反应温度，防止乙酰水杨酸受热分解　b
②水杨酸等有机杂质易溶于乙酸乙酯，冷却结晶时溶解在乙酸乙酯中很少结晶出来
(4)取少量结晶于试管中，加蒸馏水溶解，滴加FeCl3溶液，若溶液呈紫色，则含水杨酸
(5)84.3%
解析　(1)①合成阿司匹林时，需要控制温度在85～90 ℃，所以最合适的加热方式是水浴加热。②水杨酸微溶于水，温度越高，溶解度越大，所以为了要得到纯净的阿司匹林，抽滤所得粗产品要用少量冰水来洗涤。洗涤的具体操作是关小水龙头，向布氏漏斗中加冰水至浸没沉淀物，待洗液完全滤出，洗涤2～3次。
(2)由于酸性：乙酰水杨酸＞H2CO3，所以加饱和NaHCO3溶液可以与乙酰水杨酸发生反应得到易溶于水的乙酰水杨酸钠，便于与不溶性的杂质分离。
(3)①使用温度计的目的是控制反应温度，防止温度过高，乙酰水杨酸受热分解；为了使冷凝效果提高，要使冷却水充满整个冷凝管，所以冷凝水从b口流入。②重结晶提纯法所得产品中的有机杂质要比原方案少，是因为水杨酸等有机杂质易溶于乙酸乙酯，冷却结晶时溶解在乙酸乙酯中很少结晶出来。
(4)检验水杨酸(邻羟基苯甲酸)可利用酚羟基的性质。取少量结晶于试管中，加蒸馏水溶解，滴加FeCl3溶液，若溶液呈紫色，则含水杨酸，否则就不含水杨酸。
(5) 的相对分子质量为138，n(C7H6O3)＝≈0.014 5 mol；n(醋酸酐)＝
≈0.052 9 mol，由于醋酸酐的物质的量大于水杨酸，所以得到的乙酰水杨酸应该按照水杨酸来计算。理论上得到乙酸水杨酸的质量为0.014 5 mol×180 g·mol－1＝2.61 g，所以乙酰水杨酸的产率为×100%≈84.3%。
3．溴苯是一种化工原料，可以用溴和苯反应合成，反应原理：

实验室合成溴苯的装置示意图如下：

下表为苯、溴和溴苯的相关数据：

苯
溴
溴苯
密度/g·cm－3
0.88
3.10
1.50
沸点/℃
80
59
156
水中溶解性
微溶
微溶
微溶
回答下列问题：
在A中加入30.0 mL无水苯和少量铁屑。在B中小心加入10.0 mL液态溴。向A中滴加液溴，反应一段时间后，点燃酒精灯加热蒸馏。
(1)A的容积最适合的是________(填字母)。
a．25 mL b．50 mL
c．100 mL d．250 mL
(2)收集溴苯时，应根据________(填“C1”或“C2”)所显示的温度，其温度应为________。
(3)在反应开始后到收集溴苯之前，应先将F装置连接在D装置后，F中可能发生的反应的化学方程式为___________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)制得的粗溴苯经碱洗、水洗、干燥得纯净的溴苯16 g，则溴苯的产率为________。
(5)某化学小组设计如下实验方案，证明苯和溴发生的是取代反应而不是加成反应。
第一步：取少量反应后F装置中的溶液于试管中；
第二步：向其中加入过量的稀硝酸；
第三步：继续滴加少量的硝酸银溶液，如果有浅黄色沉淀生成则证明苯和溴发生的是取代反应。
该实验方案________(填“合理”或“不合理”)，理由是__________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)c　(2)C2　156 ℃
(3)Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O、HBr＋NaOH===NaBr＋H2O
(4)52.6%
(5)不合理　Br2可以和NaOH溶液反应生成Br－，也能产生浅黄色沉淀，无法确定是否生成HBr，即无法确定两者发生的是取代反应
解析　(2)要在锥形瓶中收集到溴苯，就需要将溴苯蒸馏出去，所以蒸气温度要达到156 ℃，故应使温度计C2测得的温度达到156 ℃。
(3)挥发出来的Br2以及产物HBr都可被NaOH溶液吸收。
(4)苯的质量为0.88 g·cm－3×30 mL＝26.4 g，溴的质量为31 g，根据过量计算知苯过量，按溴计算理论产量。

　　　　　 160　　　 157
　　　　　 31 g　　　 x
x＝×31 g≈30.4 g
故产率：×100%≈52.6%。
4．冬青油是一种无色液体，某实验小组利用如图所示的装置制备冬青油。
化学反应原理和实验装置如下所示：

　水杨酸　　　　　　　　　　 冬青油

产物的有关数据如表所示：

相对分子质量
密度/g·cm－3
沸点/℃
溶解性
冬青油
152
1.180
222.2
微溶于水
实验步骤如下所示：
①向三颈瓶中加入6.9 g(0.05 mol)水杨酸和24 g(0.75 mol)甲醇，再小心地加入6 mL浓硫酸，摇匀。
②加入2粒沸石(或碎瓷片)，装上仪器a，在石棉网上保持温度在85～95 ℃，回流1.5 h。
③反应完毕，将烧瓶冷却，加入50 mL蒸馏水，然后转移至分液漏斗，弃去水层，将有机层再倒入分液漏斗中，依次用50 mL 5%碳酸氢钠溶液和30 mL水洗涤。
④将产物移至干燥的锥形瓶中，加入0.5 g无水氯化钙。
⑤最后将粗产品进行蒸馏，收集221～224 ℃的馏分，其质量为6.8 g。
请回答下列问题：
(1)本实验中浓硫酸的作用是____________________。
(2)装置中仪器a的名称是________________，进水口为________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。温度计的适宜规格为__________(填代号)。
①50 ℃　②100 ℃　③300 ℃
(3)用碳酸氢钠溶液洗涤的目的是__________________；用水洗涤时，产品在________(填“上”或“下”)层。
(4)加入无水氯化钙的目的是__________________。
(5)本次实验中冬青油的产率为________。
答案　(1)催化剂、吸水剂　(2)球形冷凝管　Ⅰ　②
(3)除去水杨酸和硫酸　下　(4)除去粗产品中的水分
(5)89.5%
解析　(1)本实验的反应原理是酯化反应，浓硫酸是酯化反应的催化剂，同时，利用浓硫酸吸收生成的水，促进平衡向右移动，提高产率。
(2)仪器a叫球形冷凝管，水从下口流入，上口流出，可提
高水的利用率。实验温度控制在85～95 ℃，应选择量程为100 ℃的温度计。
(3)用碳酸氢钠溶液洗涤除去粗产品中未反应的水杨酸和硫酸。根据密度的数据知冬青油的密度大于水的密度，故产品在下层，水溶液在上层。
(4)用无水氯化钙吸收粗产品中的水分，避免蒸馏时水分进入产品中。
(5)理论上甲醇过量是使水杨酸完全反应，可生成冬青油0.05 mol，m＝0.05 mol×152 g·mol－1＝7.6 g，则冬青油的实验产率为×100%≈89.5%。
题组二　陌生无机物的制备过程分解专练
[解题指导]
制备类实验题的解题策略
1．明确原理
根据制备物质目标，选择合适的药品在实验室条件下完成反应，写出制备目标产物的方程式。
2．确定装置
(1)根据反应物的状态及反应条件，选择制备装置。
(2)根据产品的性质和除杂顺序选择装置的连接顺序。
3．分析杂质种类选择产品的净化方法
(1)根据制备原理中涉及物质的性质(挥发性、稳定性等)和副反应可能产生的杂质，确定目标产物中的杂质种类。
(2)根据杂质和目标产品的性质可采用不同的分离提纯方法(沉淀、气化、洗气、蒸馏、分液、结晶等)。
4．实验过程中的现象描述
5．目标产物性质探究
一般是对氧化性、还原性、酸性、碱性等性质探究。
6．尾气处理：根据气体性质特点，选择合适的尾气处理方法。
7．纯度测定
常用滴定法测定产品纯度，注意滴定终点的判断和关系式法计算的应用。
[挑战满分](限时30分钟)
1．(2016·四川理综，9)CuCl广泛应用于化工和印染等行业。某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。
【资料查阅】

【实验探究】该小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器略)。

请回答下列问题：
(1)仪器X的名称是________。
(2)实验操作的先后顺序是a→________→e(填操作的编号)。
a．检查装置的气密性后加入药品
b．熄灭酒精灯，冷却
c．在“气体入口”处通入干燥HCl
d．点燃酒精灯，加热
e．停止通入HCl，然后通入N2
(3)在实验过程中，观察到B中物质由白色变为蓝色，C中试纸的颜色变化是________________________________________________________________________。
(4)装置D中发生的氧化还原反应的离子方程式是____________________________________
________________________________________________________________________。
【探究反思】
(5)反应结束后，取出CuCl产品进行实验，发现其中含有少量的CuCl2或CuO杂质。根据资料信息分析：
①若杂质是CuCl2，则产生的原因是____________________________________________
________________________________________________________________________。
②若杂质是CuO，则产生的原因是____________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)干燥管
(2)cdb
(3)先变红，后褪色
(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(5)①加热时间不足或温度偏低　②通入HCl的量不足
解析　(1)X盛放固体无水CuSO4，为干燥管。(2)先通HCl，再加热[防止加热时生成Cu2(OH)2Cl2]，结束时应先停止加热，冷却，再停止通HCl。顺序为a→c→d→b→e。(3)CuCl2分解生成的Cl2，遇湿润的蓝色石蕊试纸，先变红后褪色(Cl2＋H2OHCl＋HClO，变红是因为生成HCl，褪色是因为生成具有强氧化性的HClO)。(4)D装置的作用是吸收Cl2，防止排入空气而污染大气，发生反应：Cl2＋2OH－===Cl－＋ ClO－＋H2O。(5)①若有CuCl2剩余，说明没有完全分解，由题给信息可知，温度高于300 ℃时CuCl2才分解生成CuCl和Cl2，说明温度不够高或加热时间不足。②由题给信息，CuO是Cu2(OH)2Cl2分解生成的，说明CuCl2·2H2O分解生成部分Cu2(OH)2Cl2，说明通入HCl的量不足。
2．醋酸亚铬水合物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O是一种氧气吸收剂，为红棕色晶体，易被氧化，微溶于乙醇，不溶于水和乙醚(易挥发的有机溶剂)。其制备装置及步骤如下：

①检查装置气密性后，往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl3溶液。
②关闭k2打开k1，旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速。
③待三颈烧瓶内的溶液由深绿色(Cr3＋)变为亮蓝色(Cr2＋)时，把溶液转移到装置乙中，当出现大量红棕色晶体时，关闭分液漏斗的旋塞。
④将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥、称量。
(1)三颈烧瓶中的Zn除了与盐酸生成H2外，发生的另一个反应的离子方程式为__________________________________________。
(2)实验步骤③中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为___________________。
(3)装置丙中导管口水封的目的是______________________________________。
(4)为洗涤[Cr(CH3COO)2]2·2H2O产品，下列方法中最合适的是________。
A．先用盐酸洗，后用冷水洗
B．先用冷水洗，后用乙醇洗
C．先用冷水洗，后用乙醚洗
D．先用乙醇洗，后用乙醚洗
(5)已知其它反应物足量，实验时取用的CrCl3溶液中含溶质9.51 g，取用的醋酸钠溶液为1.5 L 0.1 mol·L－1；实验后得干燥纯净的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O 9.4 g，则该实验所得产品的产率为________(不考虑溶解的醋酸亚铬水合物)。
(6)铬的离子会污染水，常温下要除去上述实验中多余的Cr2＋，最好往废液中通入足量的空气，再加入碱液，调节pH至少为________才能使铬的离子沉淀完全。[已知Cr(OH)3的溶度积为6.3×10－31，≈4，lg 2.5≈0.4]
(7)一定条件下，[Cr(CH3COO)2]2·2H2O受热得到CO和CO2的混合气体，请设计实验检验这两种气体的存在
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)Zn＋2Cr3＋===2Cr2＋＋Zn2＋
(2)关闭k1、打开k2
(3)防止空气进入装置乙中氧化Cr2＋
(4)C
(5)83.3%
(6)5.6
(7)①混合气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，说明混合气体中含有CO2；
②混合气体通入灼热的CuO，固体颜色由黑色变为红色，说明混合气体中含有CO(其他合理答案均可)
解析　(1)装置甲中分液漏斗盛装的是稀盐酸，在圆底烧瓶中和锌反应生成氯化锌和氢气，同时发生锌与氯化铬的反应，该反应的离子方程式：Zn＋2Cr3＋===2Cr2＋＋Zn2＋。(2)实验开始生成氢气后，为使生成的CrCl2溶液与醋酸钠溶液顺利混合，打开k2关闭k1，把生成的CrCl2溶液压入装置乙中反应。(3)二价的铬离子不稳定，极易被氧气氧化，装置丙中导管口水封的目的是防止空气进入装置乙中氧化Cr2＋。(4)醋酸亚铬水合物不溶于水和乙醚，微溶于乙醇，易溶于盐酸，所以可以选用冷水和乙醚洗涤，选C。(5)氯化铬为9.51/158.5＝0.06 mol，得到的氯化亚铬为0.06 mol，而醋酸钠为0.15 mol，由方程式可知，醋酸钠足量，则得到的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O质量为0.06/2×376＝11.28 g，所得产品的产率为9.4/11.28×100%≈83.3%。(6)向废液中通入足量的空气或氧气，将亚铬离子氧化为铬离子，铬的离子沉淀完全时，浓度应小于10－5 mol·L－1，根据溶度积计算，此时溶液中氢氧根离子浓度为4×10－9mol·L－1，pH≈5.6。(7)①一定条件下，[Cr(CH3COO)2]2·2H2O受热得到二氧化碳和一氧化碳的混合气体，二氧化碳和澄清的石灰水反应生成碳酸钙沉淀，一氧化碳能够在加热条件下还原氧化铜，据此可检验二者，具体方法：混合气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，说明混合气体中含有CO2。②混合气体通入灼热的CuO，固体颜色由黑色变为红色，说明混合气体中含有CO。
3．氨基甲酸铵(NH2COONH4)是一种白色固体，易分解、易水解，可用作肥料、灭火剂、洗涤剂等。某化学兴趣小组制备氨基甲酸铵，反应的化学方程式如下：
2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH