05 有机实验题常考知识汇总——由一道高考有机化学试题引发的思考-《中学生数理化》高考理化2024年12月刊

有机实验题常考知识汇总 ———由一道高考有机化学试题引发的思考 ■河南省开封市教育科学研究院 周继敏 ■河南省开封高级中学 高玉香 一、试题分析 例题 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(实验装置如图1所示)。 图1 Ⅰ.向50 mL烧瓶中分别加入5.7 mL 乙酸(100 mmol)、8.8 mL乙醇(150 mmol)、 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 标号)。 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(如图2)中,分离有机相和 洗涤有机相时均需使用的是 (填名称)。 图2 (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)。 解析:本题以考生熟悉的乙酸乙酯的制备 为母体,进行拓展延伸,有效地将元素化合物 模块和化学反应原理模块进行了有机融合,同 时考查实验过程中反应物的选取与替代的相 关问题,真正体现出学以致用的目的与价值。 试题着重考查考生独立思考和运用所学知识 分析问题、解决问题的能力,突出对信息素养 的考查。涉及制备原理、影响化学平衡的因 素、产率的计算、常用仪器的使用和选择、质谱 法在有机物分子结构的确定中的应用等知识 点的考查。 (1)考查催化剂的判断及不同催化剂优 缺点的分析。课本上乙酸乙酯的制备选择浓 硫酸做催化剂和吸水剂,所以NaHSO4 在反 应中起催化剂作用;浓硫酸还具有强氧化性 和脱水性,用浓硫酸加热条件下反应时,可能 发生副反应,且浓硫酸的还原产物二氧化硫 为有毒气体,所以用NaHSO4 代替浓硫酸的 优点是副产物少,可绿色制备乙酸乙酯,无有 毒气体二氧化硫产生。 (2)考查影响化学平衡的因素。浓硫酸 的吸水作用被变色硅胶代替,所以变色硅胶 除指示反应进程外,还可吸收加热时生成的 51 知识篇 实验探究与展望 高考理化 2024年12月 水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。 (3)考查分析与推测、探究与创新能力。 将变色硅胶使用小孔冷凝柱承载,而不是直 接加入反应液中,这样就无需分离,但是并不 能起到沸石作用。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。 (4)考查常见仪器的用途及名称。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)考查产率的计算。由反应CH3COOH +CH3CH2OH △ NaHSO4 􀜩 􀜨􀜑􀜑􀜑􀜑 CH3COOC2H5+H2O 可知,100 mmol乙酸与150 mmol乙醇反应 时,理 论 上 可 获 得 的 乙 酸 乙 酯 的 质 量 为 0.1 mol×88 g·mol-1=8.8 g,则该实验乙 酸乙酯的产率为 6.6 g×98.0% 8.8 g ×100%= 73.5%。 (6)考查质荷比的确定方法。若改用 C2H518OH 作 为 反 应 物 进 行 反 应, CH3COOH + CH3CH218OH △ NaHSO4 􀜩 􀜨􀜑􀜑􀜑􀜑 CH3CO18OC2H5+H2O,生成的乙酸乙酯的 摩尔质量为90 g·mol-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。 二、有机制备类实验题解题模型 教材上的有机实验相对简单,类型较单一, 但是有机实验相对无机实验也有独特之处,如 特殊的处理方式和特殊仪器使用与考查。高考 主要考点就是制备合成和分离纯化,有机制备 类实验的一般过程为:准备→加料→反应→分 离→洗涤→干燥→产率(纯度)计算,总结如下: 1.准备阶段。 (1)常见的仪器(如图3)。 图3 (2)气密性的检查。 ①分液漏斗、容量瓶、酸碱式滴定管的 检漏。 ②装置气密性的检查:常用方法为微热 法,即装置形成封闭体系→操作(微热、手捂、 热毛巾捂、加水等)→描述现象→得出结论。 (3)防水防氧化。 易水解的物质,要在装置前后设置干燥 装置(如有乙酸酐参与的反应);易氧化的物 质,要有通气体排装置中空气的装置(含有酚 羟基、醛基的反应物时)。 2.加料。 注意添加顺序,一般为密度大的液体向 密度小的液体里添加,如乙酸乙酯的制备、硝 基苯的制备等实验。 3.反应。 (1)加热方式的选择。 根据反应温度可以选择水浴加热(低于 100 ℃)、油浴加热(100~260 ℃)等加热方 式,也可以用电热套加热。 (2)冷凝回流装置:冷凝管。常用的冷凝 管有直形冷凝管、球形冷凝管和空气冷凝管。 (3)反应速率的控制。 ①加快反应速率:加热、搅拌、加快滴加 速度。 ②减缓反应速率:利用恒压滴液漏斗控 制滴加某反应物的速度,搅拌,冷水浴或者冰 水浴等。 4.分离、提纯。 (1)过滤:用于固液分离。 ①普通过滤:过滤时要注意一贴、二低、 61 知识篇 实验探究与展望 高考理化 2024年12月 三靠。 ②减压过滤(抽滤): a.装置如图4所示。 图4 b.适用范围:不宜过滤的胶状沉淀和颗 粒太小的沉淀。 c.优点:过滤的速度快,得到的固体比较 干燥。 ③热过滤: a.装置如图5所示。 图5 b.优点:防止温度下降的过 程中,目标溶质提前结晶析出。 (2)萃取分液。 ①萃取剂的选择:a.与原溶剂 互不相溶;b.与原溶剂及溶质都不 反应;c.溶质在萃取剂中的溶解度 要远大于其在原溶剂中的溶解度。 ②操作:注意振荡过程中放气;下层液体 下口放出来,上层液体上口倒出来。 ③萃取剂的分离:蒸馏、反萃取。 (3)蒸馏。 ①常压蒸馏。 a.装置如图6。 图6 b.操作的顺序:安装蒸馏装置→加入待蒸 馏的物质和沸石→通冷凝水→加热→弃去前 馏分→收集馏分→停止加热→停止通冷凝水。 c.几种防暴沸措施:外加沸石(如果加热 后发现未加沸石,应停止加热,待冷却后补 加);毛细管连通大气(在减压蒸馏中,毛细管 吸入少量空气形成小气泡,防止液体暴沸,同 时还具有搅拌等作用)。 ②减压蒸馏。 a.装置如图 7。 图7 b.适用范围:一些有机物加热到其正常 沸点附近时,会由于温度过高而发生氧化、分 解或聚合等反应,使其无法在常压下蒸馏。 减压蒸馏是分离和提纯有机化合物的常用方 法之一,可在较低温度下得到高沸点物质。 c.克氏蒸馏头作用:主要用途是作减压 蒸馏的蒸馏头,便于同时安装提供微量气体 (汽化中心)的毛细管和温度计,并防止减压 蒸馏过程中液体因剧烈沸腾而冲入冷凝管。 d.毛细管作用:毛细管的上端加一节带 螺旋夹的橡皮管,用以调节进气量,使抽真空 时极少量的空气进入液体呈微小气泡,起到 搅拌和汽化中心的作用,防止液体暴沸,使蒸 馏平稳发生。 (4)重结晶。 ①适用范围:固态物质的提纯。 ②实验步骤:粗晶体溶于热水→趁热过 滤→冷却结晶→过滤→冰水洗涤→干燥。 ③促进晶体析出的方法:可以采用加晶 种、搅拌、玻璃棒摩擦试管内壁等。 ④晶体颗粒大小控制条件: a.欲得较大颗粒:缓慢降温、降低浓度、 降低生成速率等。 b.欲得较小颗粒:快速降温、增大浓度、 加快生成速率等。 5.洗涤。 (1)洗涤的目的。 ①除去杂质:除去晶体表面的可溶性 杂质。 71 知识篇 实验探究与展望 高考理化 2024年12月 􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍􀥍 ②防止污染环境:如果滤渣表面有一些 对环境有害的物质,如重金属离子或CN-等, 为了防止污染环境,往往对残渣进行洗涤。 (2)洗涤液的选择。 ①原则:让晶体表面吸附的杂质离子尽 可能多的溶于洗涤液,而晶体要难溶于洗涤 液或在洗涤液中的溶解度尽可能小。 ②常用的洗涤剂:蒸馏水、冷水、有机溶 剂(如酒精、丙酮等)、该物质的饱和溶液。 ③洗涤剂的用量及洗涤次数:用量一般 刚浸没晶体;洗涤2~3次。 ④温度:根据晶体和杂质的溶解性具体 分析。 6.产率计算。 产率计算抓三项:关系、单位和用量。 注:本文系2022年度河南省基础教育教学 研究项目“基于中学化学常见气体的实验教学 评价研究”( 立项编号:JCJYB2207020023)阶段 性研究成果。 (责任编辑 谢启刚) 2024年广东省普通高中学业水平选择性考试 化学试题及考查目标解读 ■广东省佛山市高级中学 肖 红 刘 洁 黄天浩 李凤怡 [试题部分] 可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 O 16 Na 23 S 32 Cl 35.5 Ca 40 Fe 56 一、选择题:本题共16小题,共 44分。 第1~10小题,每小题 2分;第11~16小题, 每小题 4分。在每小题给出的四个选项中, 只有一项是符合题目要求的。 1.龙是中华民族重要的精神象征和文化 符号。下列与龙有关的历史文物中,主要材 质为有机高分子的是( )。 2.“极地破冰”“太空养鱼”等彰显了我国 科技 发 展 的 巨 大 成 就。下 列 说 法 正 确 的 是( )。 A.“雪龙2”号破冰船极地科考:破冰过 程中水发生了化学变化 B.大型液化天然气运输船成功建造:天 然气液化过程中形成了新的化学键 C.嫦娥六号的运载火箭助推器采用液氧 煤油发动机:燃烧时存在化学能转化为热能 D.神舟十八号乘组带着水和斑马鱼进入 空间站进行科学实验:水的电子式为H∶O∶H 3.嘀嗒嘀嗒,时间都去哪儿了! 计时器 的发展史铭刻着化学的贡献。下列说法不正 确的是( )。 A.制作日晷圆盘的石材,属于无机非金 属材料 B.机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成 的发条,其材质属于合金 C.基于石英晶体振荡特性计时的石英 表,其中石英的成分为SiC D.目前“北京时间”授时以铯原子钟为 基准,133255Cs的质子数为55 4.我国饮食注重营养均衡,讲究“色香味 形”。下列说法不正确的是( )。 A.烹饪糖醋排骨用蔗糖炒出焦糖色,蔗 糖属于二糖 B.新鲜榨得的花生油具有独特油香,油 脂属于芳香烃 C.凉拌黄瓜加醋使其具有可口酸味,食 醋中含有极性分子 D.端午时节用粽叶将糯米包裹成形,糯 米中的淀粉可水解 5.我国自主设计建造的浮式生产储卸油 装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用, 其钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理 延缓 外 壳 的 腐 蚀。下 列 有 关 说 法 正 确 的 是( )。 81 解题篇 高考命题新动向 高考理化 2024年12月