2025届高三高考化学一轮复习 物质制备实验的设计与评价

2025届高三高考化学一轮复习 假期作业69　物质制备实验的设计与评价 1.[2024·安徽定远县二模]某化学研究性学习小组为了模拟工业流程从浓缩的海水中提取液溴，查阅资料知：Br2的沸点为59 ℃，微溶于水，有毒性。设计了如下操作步骤及主要实验装置（夹持装置略去）： ①连接A与B，关闭活塞b、d，打开活塞a、c，向A中缓慢通入Cl2至反应结束； ②关闭a、c，打开b、d，向A中鼓入足量热空气； ③进行步骤②的同时，向B中通入足量SO2； ④关闭b，打开a，再通过A向B中缓慢通入足量Cl2； ⑤将B中所得液体进行蒸馏，收集液溴。 请回答： （1）实验室中采用固液加热制备氯气的化学方程式为________________________________________________________________________。 （2）步骤②中鼓入热空气的作用为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （3）步骤③B中发生的主要反应的离子方程式为 ________________________________________________________________________。 （4）此实验中尾气可用　　　　（填选项字母）吸收处理。 A.水 B．浓硫酸 C.NaOH溶液 D．饱和NaCl溶液 （5）步骤⑤中，用如图所示装置进行蒸馏，收集液溴，将装置图中缺少的必要仪器补画出来　　　　。 （6）与B装置相比，采用C装置的优点为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 2.[2024·山东枣庄二模]三氯化铬是常用的媒染剂和催化剂，易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化。实验室可利用下面装置模拟制取三氯化铬（K1、K2为气流控制开关）。 原理：Cr2O3＋3CCl43COCl2＋3CrCl3 已知：COCl2气体有毒，遇水发生水解产生两种酸性气体 （1）实验装置合理的连接顺序为a—　　　　（填仪器接口字母标号）。 （2）步骤如下： ⅰ.连接装置，检查装置气密性，装入药品并通N2； ⅱ.加热反应管至400 ℃； ⅲ.控制开关，加热CCl4，温度保持在50 ℃～60 ℃之间； ⅳ.加热石英管继续升温至650 ℃，直到E中反应基本完成，切断管式炉的电源； ⅴ.停止A装置水浴加热，……； ⅵ.装置冷却后，结束制备实验。 ①步骤ⅰ中，开关K1、K2的状态分别为　　　　　　　　。 ②补全步骤Ⅴ的操作：　　　　　　　　，其目的是　　　　　　　　　　　　。 （3）从安全的角度考虑，整套装置的不足是　　　　　　　　　　　　　　　。 （4）装置D中反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （5）取三氯化铬样品0.300 g，配制成250 mL溶液。移取25.00 mL于碘量瓶中，加热至沸腾后，加适量2 mol·L－1 NaOH溶液，生成绿色沉淀Cr（OH）3。冷却后，加足量30% H2O2，小火加热至绿色沉淀完全溶解。冷却后，加入2 mol·L－1 H2SO4酸化，再加入足量KI溶液，加塞摇匀充分反应后，铬元素只以Cr3＋存在，暗处静置5 min后，加入指示剂，用0.025 0 mol·L－1标准Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗标准Na2S2O3溶液21.00 mL（杂质不参加反应）。 已知：2Cr（OH）3＋3H2O2＋4OH－===2CrO＋8H2O；2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI ①绿色沉淀完全溶解后，继续加热一段时间再进行后续操作，目的是　　　　　　。 ②样品中无水三氯化铬的质量分数为　　　　（结果保留三位有效数字）。 ③若将碘量瓶换为锥形瓶，则样品中无水三氯化铬质量分数的测量结果　　　　（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。 3.[2024·山东日照一模]乙醇酸钠（HOCH2COONa）又称羟基乙酸钠，它是一种有机原料，其相对分子质量为98。羟基乙酸钠易溶于热水，微溶于冷水，不溶于醇、醚等有机溶剂。实验室拟用氯乙酸（ClCH2COOH）和NaOH溶液制备少量羟基乙酸钠，此反应为剧烈的放热反应。具体实验步骤如下： 步骤1：向如图所示装置的三颈烧瓶中，加入132.3 g氯乙酸、50 mL水，搅拌。逐步加入40% NaOH溶液，在95 ℃继续搅拌反应2小时，反应过程控制pH约为9至10之间。 步骤2：蒸出部分水至液面有薄膜，加少量热水，操作1，滤液冷却至15℃，过滤得粗产品。 步骤3：粗产品溶解于适量热水中，加活性炭脱色，操作2，分离掉活性炭。 步骤4：将去除活性炭后的溶液加入适量乙醇中，操作3，过滤，干燥，得到羟基乙酸钠。 请回答下列问题： （1）步骤1中，发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （2）如图所示的装置中仪器B为球形冷凝管，下列说法不正确的是　　　　（填字母）。 A.球形冷凝管与直形冷凝管相比，冷却面积更大，效果更好 B.球形冷凝管既可以作倾斜式蒸馏装置，也可用于垂直回流装置 C.在使用冷凝管进行蒸馏操作时，一般蒸馏物的沸点越高，蒸气越不易冷凝 （3）步骤2中，三颈烧瓶中如果忘加磁转子该如何操作：________________________________________________________________________。 （4）上述步骤中，操作1、2、3的名称分别是　　　　（填字母）。 A.过滤，过滤，冷却结晶 B.趁热过滤，过滤，蒸发结晶 C.趁热过滤，趁热过滤，冷却结晶 （5）步骤4中，得到纯净羟基乙酸钠1.1 mol，则实验产率为　　　　　　%（结果保留1位小数）。 4.对甲基苯胺可用对硝基甲苯作原料在一定条件下制得。主要反应及装置如下： 主要反应物和产物的物理性质见下表： 化合物 溶解性 熔点 （℃） 沸点 （℃） 密度 （g·cm－3） 对硝基 甲苯 不溶于水，溶于乙醇、苯 51.4 237.7 1.286 对甲基苯胺 微溶于水，易溶于乙醇、苯 43～45 200～202 1.046 对甲基苯 胺盐酸盐 易溶于水，不溶于乙醇、苯 243～245 － － 苯 不溶于水， 溶于乙醇 5.5 80.1 0.874 实验步骤如下： ①向三颈烧瓶中加入50 mL稀盐酸、10.7 mL （13.7 g）对硝基甲苯和适量铁粉，维持瓶内温度在80 ℃左右，同时搅拌回流、使其充分反应； ②调节pH＝7～8，再逐滴加入30 mL苯充分混合； ③抽滤得到固体，将滤液静置、分液得液体M； ④向M中滴加盐酸，振荡、静置、分液，向下层液体中加入NaOH溶液，充分振荡、静置； ⑤抽滤得固体，将其洗涤、干燥得6.1 g产品。 回答下列问题： （1）主要反应装置如图，a处缺少的装置是　　　　（填仪器名称），实验步骤③和④的分液操作中使用到下列仪器中的　　　　（填字母）。 a.烧杯 b．长颈漏斗 c.玻璃棒 d．铁架台 （2）步骤②中用5%的碳酸钠溶液调pH＝7～8的目的之一是使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀，另一个目的是　　　　　　　　　　　　。 （3）步骤③中液体M是分液时的　　　　层（填“上”或“下”）液体，步骤④加入盐酸的作用是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （4）步骤④中加入氢氧化钠溶液后发生反应的离子方程式有________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （5）步骤⑤中，以下洗涤剂中最合适的是　　（填字母）。 a.乙醇 b．蒸馏水 c.HCl溶液 d．NaOH溶液 （6）本实验的产率是　　　　%。（计算结果保留一位小数） 5.[2024·河南郑州二模]阿司匹林（乙酰水杨酸）是世界上应用最广泛的解热、镇痛药。乙酰水杨酸在128 ℃～135 ℃受热易分解。以水杨酸与醋酸酐[（CH3CO）2O]为主要原料合成阿司匹林，反应原理如下： 制备流程、实验装置及有关数据如下： 物质 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 （1）装置中仪器b的名称是　　　　。合成阿司匹林时，最合适的加热方法是　　　　。 （2）本实验中副产物的结构简式为　　　　（只写一种）。 （3）装置中仪器a起到冷凝回流的作用，目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 （4）将粗产品转至250 mL圆底烧瓶中，安装好回流装置，向烧瓶内加入100 mL乙酸乙酯和2粒沸石，加热回流、溶解。趁热过滤，冷却至室温，抽滤，用少许乙酸乙酯洗涤，干燥后得乙酰水杨酸1.8 g。 ①烧瓶内加入乙酸乙酯的作用是　　　　　　　　，加热回流时间不宜过长，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②“趁热过滤”的原因是　　　　　。 ③乙酰水杨酸的产率为　　　　。 参考答案 1．解析：连接A与B，关闭活塞b、d，打开活塞a、c，向A中缓慢通入氯气，氯气和溴离子反应生成溴单质和氯离子，反应结束后关闭a、c，打开b、d，向A中鼓入足量热空气，将溴单质吹出到B中与二氧化硫反应；关闭b，打开a，再通过A向B中缓慢通入足量Cl2，将溴离子充分反应生成溴单质，将B中所得液体进行蒸馏，收集液溴。 (1)实验室制备氯气的反应为二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。 (2)溴易挥发，升高温度促进其挥发，所以通入热空气的目的是吹出Br2；故答案为使A中生成的Br2随空气流进入B中。 (3)二氧化硫具有还原性，把单质溴还原为溴离子，反应的离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2Br－＋SO＋4H＋。 (4)氯气不可能完全反应，氯气和溴离子反应生成溴单质，未反应的二氧化硫、氯气和溴都有毒，不能直接排空，且这几种物质都能和碱反应，所以用碱液吸收；故答案为C。 (5)蒸馏需要蒸馏烧瓶、冷凝管、酒精灯、温度计、牛角管和锥形瓶等；达到提纯溴的目的，操作中应控制的关键条件是把温度控制在溴的沸点59℃，并收集该温度下的馏分，步骤⑤中，用图2所示装置进行蒸馏，收集液溴，装置图中缺少的必要仪器是温度计和水浴装置，将装置图中缺少的必要仪器补画出来装置图为。 (6)采用C装置，步骤少，减少了二氧化硫的污染；故答案为操作简单，污染小。 答案：(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O (2)使A中生成的Br2挥发随空气流进入B中 (3)Br2＋SO2＋2H2O===2Br－＋SO＋4H＋　(4)C (5) (6)操作简单，污染小 2．解析：三氯化铬易潮解，易升华，高温下易被氧气氧化，所以实验过程中要确保装置内不能存在氧气和水蒸气。A装置的作用是用N2将CCl4导入装置参与反应，B装置作用是防止水蒸气进入反应装置，C装置作用是收集气体，D装置是处理COCl2尾气，E装置是发生装置。整个反应流程先用干燥的N2排除装置内空气，然后再通入N2将CCl4气体带入装置，与E中的Cr2O3反应，用C装置收集生成的COCl2有毒气体，与D装置中NaOH溶液反应从而进行吸收处理，为防止D装置中水蒸气进入反应装置，还应在C和D装置中间加一个干燥装置B。 (1)根据分析，装置的排序是AECBD。首先用干燥的N2排除装置空气，则反应前C装置内应该充满N2，要收集的气体为COCl2，其密度大于N2，所以COCl2从d进入。因此，实验装置合理的连接顺序为ahi(或ih)debcf(g)。 (2)①K1开，K2关，使得N2能进入装置排尽空气而不会带入CCl4； ②反应结束后还需要持续通入N2一段时间，从而将COCl2完全排入装置D被充分吸收。 (3)三氯化铬容易受热升华，温度降低后容易在导管内凝华，从而堵塞导管。 (4)根据元素分析，COCl2水解生成的两种酸性气体是HCl和CO2，COCl2和NaOH溶液反应的离子方程式应该为COCl2＋4OH－===CO＋2H2O＋2Cl－。 (5)①为避免过量的H2O2和KI反应而对后续的测定产生干扰，应加热除去多余的H2O2； ②被H2O2氧化后的Cr元素全部以CrO形式存在，其再次和酸化的KI反应，离子方程式为2CrO＋6I－＋16H＋===2Cr3＋＋3I2＋8H2O。根据方程式2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI，生成的I2的物质的量为n(I2)＝＝0.000 262 5 mol，则根据Cr元素守恒，可计算出无水三氯化铬质量分数为×100%＝92.5%； ③普通锥形瓶没有密封效果，将碘量瓶换成普通锥形瓶将导致I2升华，从而使得消耗Na2S2O3的量偏小，则样品中无水三氯化铬质量分数的测量结果偏低。 答案：(1)hi(或ih)debcf(g) (2)①K1开，K2关　②继续通入N2一段时间　将COCl2完全排入装置D被充分吸收 (3)升华的三氯化铬易凝华，堵塞导管 (4)COCl2＋4OH－===CO＋2H2O＋2Cl－ (5)①除去多余的H2O2　②92.5%　③偏低 3．解析：(2)球形冷凝管内芯管为球泡状，容易积留蒸馏液，故不适宜作倾斜式蒸馏装置，多用于垂直蒸馏装置，故B错误；在使用冷凝管进行蒸馏操作时，一般蒸馏物的沸点越高，蒸气越易冷凝，故C错误。(4)蒸出部分水至液面有薄膜，说明有固体开始析出，加少量热水趁热过滤；粗产品溶解于适量热水中，加活性炭脱色，需要趁热过滤分离掉活性炭固体；将去除活性炭后的溶液加到适量乙醇中，冷却结晶，过滤，干燥，得到羟基乙酸钠。(5)132.3g氯乙酸(ClCH2COOH)的物质的量为＝1.4 mol，根据ClCH2COOH～HOCH2COONa可知，理论上可以生成1.4 mol羟基乙酸钠，步骤4中，得到纯净羟基乙酸钠1.1 mol，则实验产率为×100%≈78.6%。 答案：(1)ClCH2COOH＋2NaOHHOCH2COONa＋NaCl＋H2O　(2)BC　(3)停止加热，待溶液冷却后补加磁转子　(4)C　(5)78.6 4．解析：首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤静置分液得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，静置分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为不溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。 (1)该反应中反应物沸点较低，加热反应过程中会挥发，需要在a处加装球形冷凝管冷凝回流；分液操作需要烧杯、分液漏斗、铁架台，所以选ad； (2)根据题目所给信息可知，pH值升高会使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，达到分离提纯的目的； (3)根据分析步骤③中液体M为有机层，溶剂为苯，密度比水小，所以在上层；加入盐酸使对甲基苯胺转化为易溶于水的对甲基苯胺盐酸盐，从而实现与对硝基甲苯的分离； (4)下层液体中有未反应的盐酸和生成的对甲基苯胺盐酸盐都与NaOH发生反应，离子方程式为：H＋＋OH－===H2O、； (5)洗涤过程是为了洗去对甲基苯胺可能附着的对甲基苯胺盐酸盐、NaCl和NaOH等可溶于水的杂质，为降低对甲基苯胺洗涤过程的溶解损失，最好的洗涤剂应为蒸馏水，所以选b； (6)原料中有13.7g对硝基甲苯，即＝0.1 mol，所以理论上生成的对甲基苯胺应为0.1 mol，实际得到产品6.1 g，所以产率为×100%≈57.0%。 答案：(1)球形冷凝管　ad (2)使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺 (3)上　使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐进入水层与对硝基甲苯分离 (4)H＋＋OH－===H2O、＋H2O　(5)b　(6)57.0 5．解析：(1)如图所示，装置中仪器b的名称是三颈烧瓶(三口烧瓶)；合成阿司匹林时，温度为85 ℃～90 ℃，最合适的加热方法是水浴加热。 (2)阿司匹林由水杨酸和乙酸酐合成，可能的副产物为。 (3)装置中仪器a为冷凝管，起到冷凝回流的作用，目的是提高原料的利用率。 (4)①反应时加入乙酸乙酯为溶剂；为了避免乙酰水杨酸分解，加热回流时间不宜过长；②为了防止乙酰水杨酸冷却结晶，需要“趁热过滤”； ③加入水杨酸质量为1.6 g，乙酸酐质量为2.4 g；<，所以水杨酸物质的量少，应依次为标准计算；所以乙酰水杨酸的理论产量为；所以产率为×100%＝86.25%。 答案：(1)三颈烧瓶(三口烧瓶)　水浴加热 (2) 或其它符合题意产物 (3)提高原料的利用率 (4)作溶剂　避免乙酰水杨酸分解　防止乙酰水杨酸冷却结晶　86.25% 学科网（北京）股份有限公司 $$