板块6 专题13 化学综合实验(Word教师用书)-【创新方案】2025年高考化学二轮复习专题辅导与测试(Ⅰ)

专题十三　化学综合实验 　　化学实验综合试题是各地高考试题必考题型。命题类型有无机物的制备与性质探究、定量测定实验探究、有机物的制备与分离提纯探究等。此类试题难度往往较大。主要以化学实验基础知识、元素及其化合物性质为载体,考查实验仪器的使用、实验基本操作、物质的分离提纯和检验方法、实验方案的设计与评价、实验条件的控制、实验数据的分析处理等。 　本专题共设计3个教学主题,建议用时1课时  主题一　物质制备类实验 类型(一)　无机物制备实验探究 深化学习·提素养 仪器或接口的连接顺序 1.仪器的连接 (1)制备物质为液态时,装置一般按制备(蒸馏烧瓶)→蒸馏(温度计控温)→冷凝(冷凝管)→接收(牛角管、锥形瓶)进行装配; (2)制备物质为气体时,装置可根据气体的流动方向: 制气→除杂→性质验证→尾气处理进行装配。 2.接口的连接——总体原则:“自下而上,从左到右” 洗气瓶 贮气瓶 量气装置 干燥管 “长”进“短”出 贮存密度比空气大的气体(如Cl2)时,A管进气,B管出气;贮存密度比空气小的气体(如H2)时,B管进气,A管出气 “短”进 “长”出 “粗”进 “细”出 3.两类连接模型 (1)易水解或潮解的物质制备模型 (2)易被氧化的物质制备模型 　　[典例]　三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体K3[Fe(C2O4)3]·3H2O可用于摄影和印刷,在110 ℃可完全失去结晶水,继续升高温度可发生分解反应。某化学研究小组对K3[Fe(C2O4)3]·3H2O受热分解生成的气体产物和固体产物进行探究。 (1)实验所需的装置如图所示,A装置烧瓶中盛有饱和NH4Cl和饱和NaNO2的混合溶液,常用于实验室制N2,该反应的化学方程式为　　　　　　　　  　　　　　　　　　。  (2)各装置接口的连接顺序为a接　　、　　接　　、　　接　　、　　接　　、　　接　　、　　接　　。(装置可重复使用)  (3)装置检查气密性后,先通一段时间N2,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,结束实验时先熄灭C处酒精灯再继续通入N2至常温,其目的是　　　　　　　　　。  (4)D装置中澄清石灰水的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  [解析]　(2)验证气体产物时,需先验证水蒸气,再验证CO2气体,最后验证CO气体。(4)检验气体产物中是否含有CO须先除尽CO2,故D装置中澄清石灰水的作用是检验CO2是否已除尽。 [答案]　 (1)NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O (2)b(c)　c(b)　h　i　f　g　d(e)　e(d)　h　i　j (3)排除装置中的空气,防止空气中的CO2等物质干扰实验结果　防止D、E装置中的溶液倒吸 (4)检验CO2是否已除尽 [易错警示] (1)用溶液除杂气体,需干燥时,要先除杂气体再干燥除水蒸气。 (2)若有空气中的成分干扰实验,实验操作时应先将有关气体排出,再进行反应。 (3)气密性检查应该在装试剂之前进行。 多维训练·融会通 1.亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂,熔点为-64.5 ℃,沸点为-5.5 ℃,气态时呈黄色,液态时呈红褐色,NOCl遇水易分解生成一种氢化物和两种氮的常见氧化物。NOCl可由NO与干燥纯净的Cl2在常温常压下反应得到,相关实验装置如图所示: (1)装置导管口的连接顺序为a→　　　　→h,实验时先打开分液漏斗活塞滴入稀硝酸,当观察到装置F中　　　　(填实验现象)时,开始向装置F中通入干燥纯净的Cl2。  (2)装置D的作用:通过观察气泡来判断气体流速、　　　　、　　　　。  解析:装置A中铜与稀硝酸发生反应生成NO,用于制备NO;由于硝酸具有挥发性,且装置A蒸馏烧瓶上部含有空气,产生的NO会部分被氧化为NO2,则装置B用于除去NO气体中的硝酸蒸气及NO2杂质;由于NOCl遇水易分解,则装置D中用浓硫酸干燥NO气体;装置F中NO与干燥纯净的Cl2在冰水浴中合成NOCl,为防止NOCl遇水分解,应连接装置C用于吸收空气中的水蒸气;最后连接装置E用于处理尾气NO。(1)NO是无色气体,而NO与O2反应生成的NO2是红棕色气体,因此实验时先打开分液漏斗活塞滴入稀硝酸,当观察到装置F中红棕色完全消失时,说明装置F中充满了NO气体,此时开始向装置F中通入干燥纯净的Cl2。 答案:(1)b→c→f→g→j→i→d→e　红棕色完全消失　(2)平衡压强,避免装置中压强过大　干燥NO气体 2.(2024·福建泉州三模·节选)某研究小组利用如图所示装置模拟高炉煤气(主要成分CO、N2、H2、H2S和少量COS)和金属冶炼厂尾气(含SO2)联合制备Na2S2O3·5H2O。 步骤一:打开K3,关闭K1、K2,通入高炉煤气。 发生的反应:丁中COS+H2CO+H2S;乙中H2S+Na2CO3NaHCO3+NaHS。 (1)丙装置的主要作用为　　　　　　　　　。  (2)当润湿的Pb试纸　　　　　(填现象),关闭K3,停止通入高炉煤气。  (3)导管b接盛有醋酸亚铜氨溶液的洗气瓶用于吸收CO气体:CH3COOCu+COCH3COOCu·CO　ΔH<0。 ①过量H2S导致吸收CO的能力下降的原因是　　　　　　　　　。  ②将吸收液通过　　　　　　　(写一种)的方法实现吸收液的再生,同时释放CO,达到资源化利用。  步骤二:打开K1、K2,通入SO2气体。 (4)试剂a为　　　　　　　　　(填化学式)。  (5)装置乙中生成Na2S2O3的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。  (6)导管b接盛有　　　　　(填化学式)溶液的洗气瓶用于尾气处理。  解析:(2)H2S和(CH3COO)2Pb反应生成黑色的PbS,当润湿的(CH3COO)2Pb试纸变黑,说明H2S过量,关闭K3,停止通入高炉煤气。(3)①过量H2S会与Cu+反应生成沉淀,导致吸收CO的能力下降,故原因是H2S能与配合物发生反应。②该反应放热,升高温度,平衡逆向移动,故通过加热吸收液的方法实现吸收液的再生,同时释放CO,达到资源化利用。(4)装置甲中用浓H2SO4和Na2SO3反应制取SO2气体。 答案:(1)冷却气体　(2)变黑　 (3)①H2S能与配合物发生反应　②加热　 (4)Na2SO3　(5)2NaHS+4NaHCO3+4SO2===3Na2S2O3+4CO2+3H2O　(6)NaOH(或其他合理答案)　 类型(二)　有机物制备实验探究 深化学习·提素养 1.有机物制备实验思维模型 2.有机物分离提纯的三种方法 (1)萃取分液 ①萃取 ②分液:适用于分离两种互不相溶的液体混合物。 ③主要仪器:分液漏斗。 (2)蒸馏 ①原理:根据沸点的不同将互溶的两种液体分开。 其变化过程为液体蒸气液体。 ②主要玻璃仪器:酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶。 (3)重结晶 ①原理 重结晶是将晶体用溶剂(如蒸馏水)溶解,经过滤、蒸发、冷却等步骤后再次使之析出,以得到更加纯净的晶体的方法。 ②适用条件——常用于提纯固态化合物 a.杂质在所选溶剂中溶解度很小(使杂质析出)或很大(使杂质留在母液中),易于除去。 b.被提纯的物质在所选溶剂中的溶解度受温度影响较大,升温时溶解度增大,降温时溶解度减小,冷却后易结晶析出。 多维训练·融会通 (2024·安徽黄山二模)2⁃溴戊二酸二甲酯(相对分子质量为239)是某抗癌药物的重要中间体,其制备的反应原理如图所示: 制备装置如图所示(夹持装置已略去)。 实验步骤如下: 步骤一:制备 将10.0 g戊二酸(相对分子质量为132)加入三颈烧瓶中,再向其中加入25 mL三氯甲烷,搅拌均匀,保持78 ℃条件下,依次缓慢滴加12 mL氯化亚砜(SOCl2)、3滴催化剂、液溴,随后回流;回流完毕后,将三颈烧瓶置于冰盐浴中,将溶液温度降到-10 ℃后,缓慢滴加25 mL甲醇(沸点64.7 ℃),保持滴加过程中温度不超过0 ℃。 步骤二:除杂 向三颈烧瓶中加入25 mL饱和碳酸氢钠溶液进行洗涤,分液除去上层水相,下层有机相再用25 mL饱和氯化钠溶液洗涤3次,洗涤完毕,用无水硫酸镁干燥,过滤。 步骤三:提纯 将过滤后的液体置于热浴容器中(外温170 ℃),接上精馏装置,进行减压蒸馏。 步骤四:收集 收集100~110 ℃的馏分,得到10.86 g无色透明油状液体。 (1)使用装置A的优点是　　　　　　　　　。  (2)步骤一中采取“温度降到-10 ℃”“缓慢滴加”这些措施的可能原因有　　　　 　。  a.减缓反应速率 b.防止高温下发生复杂的有机副反应 c.避免原料挥发,使反应物充分反应 (3)步骤二中用饱和氯化钠溶液洗涤的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)步骤三中使用减压蒸馏的目的是　　　　　　　　 　　　　　　　　。  (5)中间产物Ⅰ比戊二酸的沸点低很多的原因是　　　　　　　　　　　　　　　,  反应中生成戊二酰氯的同时得到两种有刺激性气味的气体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　  　　　　　　　　　。  (6)从环保角度分析,该实验装置存在明显不足之处,解决的办法是　　　　　　　　　。  (7)本实验的产率是　　　　　 　。  A.30%　　B.50%　　C.60%　　D.80% 解析:(7)由题意可知,10.0 g戊二酸制得10.86 g 2⁃溴戊二酸二甲酯,由碳原子守恒可知,实验的产率为×100%≈60%,故选C。 答案:(1)平衡气压,便于液体顺利流下　(2)abc　(3)除去有机相中残留的NaHCO3　(4)降低有机物沸点,减少挥发　(5)戊二酸分子间存在氢键,中间产物Ⅰ分子间不存在氢键　 +2SOCl2 +2SO2↑+2HCl　(6)在冷凝管上端尾部连接装有碱石灰的球形干燥管　(7)C 主题二　定量分析类实验 　　　　　　　　　　　　　　　　　深化学习·提素养 定量实验数据的测量方法 1.沉淀法:先将待测定离子转化为沉淀,然后称量沉淀(经洗涤、干燥)的质量,再通过原子守恒计算。 2.测定气体法 (1)测定气体的体积:把待测定元素转化为气体,通过排液量气装置测定气体的体积,转化为标准状况下体积并进行计算。如图: 　　[微提醒]　①量气时应保证气体处于室温状态; ②读数时要特别注意消除“压强差”。保持液面相平,还要注意视线与液面最低处相切。 (2)用于测量气体质量的装置 3.滴定法:通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定等方式获得相应数据后再进行相关计算。 (1)直接滴定:将两种物质按化学方程式中化学计量数之比的浓度比进行滴定的直接反应,是最常用的滴定方法。根据待测液和标准溶液滴定顺序的不同,可以分为正滴定和反滴定。 (2)间接滴定:当被测物质不能直接与标准溶液作用,却能和另一种可与标准溶液作用的物质反应时,可用间接滴定。例如,Ca2+不能直接与高锰酸钾标准溶液作用,但能和与高锰酸钾标准溶液作用的C2定量反应生成CaC2O4,通过间接测定C2的量,从而测定Ca2+的含量。 (3)反滴定:加入过量的标准溶液与被测物反应,过量部分再用另一种标准溶液滴定。例如固体CaCO3的测定,可先加入过量的盐酸标准溶液,待其与试样完全反应后,再用氢氧化钠标准溶液反滴定剩余盐酸。 　　[典例]　某草酸亚铁样品中含有少量硫酸亚铁,设计用滴定法测定该样品中FeC2O4的含量,滴定反应如下: 5C2+5Fe2++3Mn+24H+===5Fe3++10CO2↑+3Mn2++12H2O 实验方案设计如下: ①将准确称量的a g草酸亚铁样品置于250 mL锥形瓶内,加入适量2 mol·L-1的H2SO4溶解,加热至70 ℃左右,立即用浓度为0.200 0 mol·L-1的高锰酸钾标准溶液滴定至终点,重复2~3次,平均消耗高锰酸钾溶液b mL。 ②向上述滴定混合液中加入适量的Zn粉和过量的2 mol·L-1的H2SO4溶液,煮沸(不含Fe3+),继续用0.200 0 mol·L-1的高锰酸钾标准溶液滴定至终点,平均消耗高锰酸钾溶液c mL。 步骤②中检验溶液不含Fe3+的操作为取1滴煮沸后的溶液滴入盛有　　　　　　溶液的试管中,若　　　　　　　　　　　　,则说明溶液不含Fe3+。计算FeC2O4的质量分数为　　　%(用含a、b、c的式子表示)。  [解析]　实验②中无Fe3+,则实验①是C2和Fe2+共同与Mn反应,反应②是Fe2+与Mn反应,根据题意,C2消耗的n(Mn)=(0.2b-0.2c)×10-3 mol,则n(C2)=(0.2b-0.2c)×10-3× mol,故FeC2O4的质量分数=×100%=%。 [答案]　KSCN　溶液无明显现象(或溶液不变红)　 多维训练·融会通 1.(2024·山东卷)利用“燃烧⁃碘酸钾滴定法”测定钢铁中硫含量的实验装置如下图所示(夹持装置略)。 实验过程如下: ①加样:将a mg样品加入管式炉内瓷舟中(瓷舟两端带有气孔且有盖),聚四氟乙烯活塞滴定管G内预装c(KIO3)∶c(KI)略小于1∶5的KIO3碱性标准溶液,吸收管F内盛有盐酸酸化的淀粉水溶液。向F内滴入适量KIO3碱性标准溶液,发生反应:KIO3+5KI+6HCl===3I2+6KCl+3H2O,使溶液显浅蓝色。 ②燃烧:按一定流速通入O2,一段时间后,加热并使样品燃烧。 ③滴定:当F内溶液浅蓝色消退时(发生反应:SO2+I2+2H2O===H2SO4+2HI),立即用KIO3碱性标准溶液滴定至浅蓝色复现。随SO2不断进入F,滴定过程中溶液颜色“消退—变蓝”不断变换,直至终点。 回答下列问题: (1)取20.00 mL 0.100 0 mol·L-1KIO3的碱性溶液和一定量的KI固体,配制1 000 mL KIO3碱性标准溶液,下列仪器必须用到的是　　(填标号)。  A.玻璃棒 B.1 000 mL锥形瓶 C.500 mL容量瓶 D.胶头滴管 (2)装置B和C的作用是充分干燥O2,B中的试剂为　　　　　　　　。装置F中通气管末端多孔玻璃泡内置一密度小于水的磨砂浮子(见放大图),目的是　　　　　　　　　　　　。  (3)该滴定实验达终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　;  滴定消耗KIO3碱性标准溶液V mL,样品中硫的质量分数是　　　　(用代数式表示)。  (4)若装置D中瓷舟未加盖,会因燃烧时产生粉尘而促进SO3的生成,粉尘在该过程中的作用是　　　　;若装置E冷却气体不充分,可能导致测定结果偏大,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　;  若滴定过程中,有少量I不经I2直接将SO2氧化成H2SO4,测定结果会　　　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  解析:由题中信息可知,利用“燃烧⁃碘酸钾滴定法”测定钢铁中硫含量的实验中,将氧气经干燥、净化后通入管式炉中将钢铁中硫氧化为SO2,然后将生成的SO2导入碘液中吸收,通过消耗KIO3碱性标准溶液的体积来测定钢铁中硫的含量。(1)取20.00 mL 0.100 0 mol·L-1KIO3的碱性溶液和一定量的KI固体,配制1 000 mL KIO3碱性标准溶液(稀释了50倍后KIO3的浓度为0.002 000 0 mol·L-1),需要用碱式滴定管或移液管量取20.00 mL 0.100 0 mol·L-1KIO3的碱性溶液,需要用一定精确度的天平称量一定质量的KI固体,需要在烧杯中溶解KI固体,溶解时要用到玻璃棒搅拌,需要用1 000 mL容量瓶配制标准溶液,需要用胶头滴管定容,因此,必须用到的仪器是A、D。(2)装置B和C的作用是充分干燥O2,浓硫酸具有吸水性,常用于干燥某些气体,因此B中的试剂为浓硫酸。装置F中通气管末端多孔玻璃泡内置一密度小于水的磨砂浮子,其目的是防止倒吸,因为磨砂浮子的密度小于水,若球泡内水面上升,磨砂浮子也随之上升,磨砂浮子可以作为一个磨砂玻璃塞将导气管的出气口堵塞上,从而防止倒吸。(3)该滴定实验是利用半滴标准溶液来指示滴定终点,因此,该滴定实验达终点的现象是当加入最后半滴KIO3碱性标准溶液后,溶液由无色突变为浅蓝色且30 s内不变色;由S元素守恒及SO2+I2+2H2O===H2SO4+2HI、KIO3+5KI+6HCl===3I2+6KCl+3H2O可得关系式3S~3SO2~3I2~KIO3,若滴定消耗KIO3碱性标准溶液V mL,则n(KIO3)=V×10-3L×0.002 000 0 mol·L-1=2.000 0×10-6V mol,n(S)=3n(KIO3)=3×2.000 0×10-6V mol=6.000 0×10-6V mol,样品中硫的质量分数是×100%=%。(4)若装置D中瓷舟未加盖,燃烧时产生粉尘中含有铁的氧化物,铁的氧化物能催化SO2的氧化反应从而生成SO3,因此,粉尘在该过程中的作用是催化剂;若装置E冷却气体不充分,则通入F的气体温度过高,可能导致部分I2升华,这样就要消耗更多KIO3碱性标准溶液,从而可能导致测定结果偏大;若滴定过程中,有少量I不经I2直接将SO2氧化成H2SO4,从电子转移守恒的角度分析,I得到6e-被还原为I-,仍能得到关系式3S~3SO2~KIO3,测定结果会不变。 答案:(1)AD　(2)浓硫酸　防止倒吸 (3)当加入最后半滴KIO3碱性标准溶液后,溶液由无色突变为蓝色且30 s内不变色　% (4)催化剂　通入F的气体温度过高,导致部分I2升华,从而消耗更多的KIO3碱性标准溶液　不变 2.(2023·重庆卷)煤的化学活性是评价煤气化或燃烧性能的一项重要指标,可用与焦炭(由煤样制得)反应的CO2的转化率α来表示。研究小组设计测定α的实验装置如图。 (1)装置Ⅰ中,仪器a的名称是　　　　;b中除去的物质是　　　　(填化学式)。  (2)①将煤样隔绝空气在900 ℃加热1小时得焦炭,该过程称为　　　　。  ②装置Ⅱ中,高温下发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)装置Ⅲ中,先通入适量的气体X,再通入足量Ar气。若气体X被完全吸收,则可依据d和e中分别生成的固体质量计算α。 ①d中的现象是　　　　　　　　　。  ②e中生成的固体为Ag,反应的化学方程式为　　　　　　　　　。  ③d和e的连接顺序颠倒后将造成α　　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  (4)在工业上按照国家标准测定α:将干燥后的CO2(含杂质N2的体积分数为n)以一定流量通入装置Ⅱ反应,用奥氏气体分析仪测出反应后某时段气体中CO2的体积分数为m,此时α的表达式为　　　　　　　　　　　　。  解析:(1)稀盐酸与CaCO3反应生成CO2、CaCl2和H2O,由于盐酸易挥发,故制得的CO2中含有HCl气体,NaHCO3能与HCl反应,故b中除去的物质是HCl。(3)①气体X中含有CO和CO2,则d中CO2和Ba(OH)2反应生成BaCO3沉淀和水,反应的现象是有白色沉淀生成。③CO2是酸性气体,能与银氨溶液反应,从而使BaCO3的生成量减少,计算得到的与焦炭反应后剩余CO2的量偏小,则测得的α偏大。(4)设起始通入x mol气体,则CO2为(1-n)x mol,N2为xn mol, 　　　　　　CO2(g)+C(s)2CO(g) 起始/mol (1-n)x 0 转化/mol (1-n)αx 2(1-n)αx 某时段/mol (1-n)(1-α)x 2(1-n)αx 由某时段气体CO2的体积分数为m,有m=×100%,解得α=×100%。 答案:(1)分液漏斗　HCl (2)①干馏　②C+CO22CO (3)①有白色沉淀生成　②CO+2[Ag(NH3)2]OH=== (NH4)2CO3+2Ag↓+2NH3　③偏大 (4)×100% 主题三　综合探究类实验 深化学习·提素养 1.探究实验思维模型 2.综合实验中简答题答题模板 (1)装置用途与检验答题模板 规范书写装置中试剂的用途 ①除杂装置:除去(或吸收)××杂质,防止干扰(影响);除去××中的杂质,以免影响测量结果; ②尾气吸收装置:吸收××气体,防止污染空气 物质检验、鉴别题的描述 取样,加入××试剂,若有××现象,则有××物质,否则,没有××物质 (2)不同状态下实验现象表述的“三个规范” 颜色由……色变成……色,液面上升或下降(形成液面差),溶液变浑浊,生成(产生)……色沉淀,溶液发生倒吸,产生大量气泡(或有气体从溶液中逸出),有液体溢出等 表面产生大量气泡,逐渐溶解,体积逐渐变小(变细或变粗),颜色由……色变成……色等 生成……色(味)气体,气体由……色变成……色,先变……后……(加深、变浅、褪色)等 (3)原因或理由的答题规范 “有理”——化学原理,“有据”——事实依据 可采取以下两种方式: ①“正说”——“直接原因+根本目的”。 ②“反说”——“如果……就……”。 多维训练·融会通 (2024·重庆江北区二模)芳香化合物在一定条件下可与卤代烃发生取代反应。某科研小组以、ClC(CH3)为反应物、无水AlCl3为催化剂制备(叔丁基苯)。反应原理如下: +ClC(CH3)3 +HCl 已知: 物质 相对分 子质量 密度/ (g·cm-3) 沸点/℃ 溶解性 AlCl3 133.5 2.41 181 极易潮解并产生白色烟雾,微溶于苯 78 0.88 80.1 难溶于水 ClC(CH3)3 92.5 0.85 51.6 难溶于水, 可溶于苯 134 0.87 169 难溶于水, 易溶于苯 Ⅰ.实验室模拟制备无水AlCl3的实验装置如图所示: (1)写出装置A中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  (2)装置B中的试剂为　　　　。若缺少装置C,装置D中AlCl3发生的副反应为　　　　　　　　　  　　　　　　　　　。  (3)加热顺序:应先点燃　　　　　　(填“A”或“D”)处酒精灯。  Ⅱ.实验室制取叔丁基苯的装置如图: ①将35 mL苯和足量的无水AlCl3加入三颈烧瓶中; ②滴加氯代叔丁烷[ClC(CH3)3]10 mL; ③打开恒温磁力搅拌器反应一段时间; ④洗涤,将反应后混合物依次用稀盐酸、Na2CO3溶液、H2O洗涤分离; ⑤在所得产物中加入少量无水MgSO4固体,静置,过滤,蒸馏; ⑥称量,得到叔丁基苯10.0 g。 (4)图中弯管C的作用为　　　　　　　　　。  (5)用稀盐酸洗涤的目的是　　　　　　　　　,“洗涤”后“分离”的操作名称是　　　　。  (6)加无水MgSO4固体的作用是　　　　　。  (7)叔丁基苯的产率为　　　　 　%(保留至小数点后1位)。  解析:实验室制备无水AlCl3,需要干燥的氯气与铝在加热条件下反应,题中装置A用于制备氯气,用浓盐酸与二氧化锰反应制备的氯气中有氯化氢、水等杂质,先用饱和食盐水除氯化氢,再用浓硫酸干燥,用装置D制备氯化铝,氯化铝遇水极易潮解并产生白色烟雾,用装置E防止装置H中的水蒸气进入装置F中,装置F用于收集氯化铝,反应的尾气中有氯气,防止污染空气,需用NaOH溶液吸收,最后连接装置H进行尾气处理。(7)根据反应原理可得关系式:ClC(CH3)3~,产率为×100%≈81.2%。 答案:(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O　(2)饱和食盐水　AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl　(3)A　(4)平衡气压,有利于液体滴下　(5)除去AlCl3并防止其水解　分液　(6)干燥(或除水)　(7)81.2 [专题十三　课时作业] (本检测满分80分) 1.(20分)硫酰氯(SO2Cl2)是有机化学中常用的氯化剂,熔点为-54.1 ℃,沸点为69.1 ℃,在潮湿空气中易水解产生白雾。实验室可用如图所示装置制备硫酰氯,反应原理为Cl2+SO2SO2Cl2　ΔH<0,容器中活性炭为催化剂。 (1)仪器C的名称为　　　　。  (2)仪器B中盛放的试剂为Cl2,则仪器A中盛放的液体为　　　　。  (3)装置E的作用为干燥气体、　　　　　。  (4)实验所需的少量SO2可通过如下反应制得: 方法Ⅰ.Cu与浓硫酸反应; 方法Ⅱ.Na2SO3固体与浓硫酸反应。 ①方法Ⅱ中选用硫酸浓度小于方法Ⅰ中选用硫酸浓度的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②方法Ⅱ中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)U形管中盛放碱石灰的作用为　　　　　　　　　　;若未安装该U形管,收集器中主要发生的副反应的化学方程式为　　　　　　　　　。  (6)实验中选用仪器C并将收集器放入冰水浴的目的是　　　　　　　　　。  解析:(2)仪器B中盛放的试剂为Cl2,Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小,通过加入饱和食盐水将气体压入仪器C中发生反应,故仪器A中盛放的液体为饱和食盐水。 答案:(1)球形冷凝管　(2)饱和食盐水　(3)观察气体通入速率　(4)①Na2SO3固体是与硫酸中的H+发生反应产生SO2,而浓硫酸中水的含量较少,硫酸的电离程度较小,H+浓度较小　②S+2H+===SO2↑+H2O　(5)吸收尾气SO2和Cl2;防止空气中的水蒸气进入收集器中导致SO2Cl2水解　SO2Cl2+2H2O===H2SO4+2HCl　(6)冷凝收集产物,同时促进反应Cl2+SO2SO2Cl2平衡正向移动,提高产率 2.(20分)(2024·安徽黄山一模)实验室制备硝基苯的反应原理为+HO—NO2 +H2O　ΔH<0,其实验装置如图所示。存在的主要副反应是在温度稍高的情况下会生成间二硝基苯。 有关物质的性质如表所示: 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/ (g·cm-3) 溶解性 苯 5.5 80.1 0.88 不溶于水 硝基苯 5.7 210.9 1.204 几乎不 溶于水 间二 硝基苯 86 301 1.57 微溶于水 浓硝酸 83 1.4 易溶于水 浓硫酸 338 1.84 易溶于水 实验步骤:①在100 mL烧杯中,用20 mL浓硫酸与18 mL浓硝酸配制混合酸,将混合酸小心加入仪器B中;②将18 mL(15.84 g)苯加入仪器A中;③在室温下,向苯中逐滴加入混合酸,边滴边搅拌,使反应物混合均匀,在50~60 ℃下发生反应,直到反应结束;④将反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中,依次用少量水、5%NaOH溶液、水洗涤并分液;⑤向分出的产物中加入无水CaCl2颗粒,静置片刻,然后倒入蒸馏烧瓶,弃去CaCl2,进行蒸馏纯化,收集205~210 ℃馏分,得到纯硝基苯18 g。 (1)图中仪器C的作用是　　　　　　　　　。  (2)配制混合酸时,　　　(填“能”或“不能”)将浓硝酸加入浓硫酸中,说明理由:　　　　　　　　　  　　　　　　　　　。  (3)为了使反应在50~60 ℃下进行,常用的方法是　　　　　。反应结束并冷却至室温后,仪器A中液体呈黄色的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)在洗涤操作中,第二次水洗的作用是　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  (5)在蒸馏纯化过程中,因硝基苯的沸点高于140 ℃,应选用空气冷凝管,不选用直形冷凝管的原因是 　　　　　　　　　。  (6)本实验所得到的硝基苯的产率是　　　　(结果保留四位有效数字)。  解析:(2)浓硝酸与浓硫酸混合会释放大量的热,结合题表数据可得,浓硝酸的密度小于浓硫酸的密度,若将浓硝酸加入浓硫酸中,会导致液体飞溅。(3)该反应温度低于水的沸点,可以采用水浴加热。反应后仪器A中的粗硝基苯中溶有浓硝酸分解产生的NO2,可能是粗硝基苯呈黄色的原因。(4)先用少量水洗涤除去浓硫酸和浓硝酸,再用5% NaOH溶液洗涤除去溶解的少量的酸,最后用水洗涤除去反应生成的钠盐以及未反应的NaOH。(5)硝基苯的沸点高于140 ℃,用空气冷凝与水冷凝效果几乎无差异,但直形冷凝管通水冷却时可能会因温度差过大发生炸裂,所以选用空气冷凝管。(6)理论上,15.84 g苯完全反应生成硝基苯的质量为×123 g·mol-1≈24.98 g,所以硝基苯的产率为×100%≈72.06%。 答案:(1)冷凝回流　(2)不能　容易导致液体飞溅　(3)水浴加热　溶有浓硝酸分解产生的NO2(或其他合理答案)　(4)洗去未反应的NaOH及生成的钠盐　(5)防止直形冷凝管冷却时可能因温度差过大发生炸裂　(6)72.06% 3.(20分)(2024·广东湛江一模)糠酸(熔点为133 ℃,沸点为231 ℃,在热水中的溶解度较大,微溶于冷水)和糠醇(熔点为-29 ℃,沸点为171 ℃)均为重要的化工中间体,工业上可利用糠醛(沸点为161.7 ℃,易被氧化)发生歧化反应制取这两种物质(该反应为强放热反应),实验装置如图所示,反应原理如下: 实验步骤: 步骤1　向三颈烧瓶中加入8.2 mL(约0.2 mol)新蒸馏的糠醛通过仪器A向三颈烧瓶中缓慢滴加8 mL质量分数为33%的NaOH溶液。搅拌并保持反应温度为8~12 ℃,回流20 min,得到粗产品。 步骤2　将粗产品倒入盛有10 mL水的烧杯中,然后将液体转移至分液漏斗中,用乙醚萃取4次,分液得到水层和醚层。 步骤3　向水层中分批滴加质量分数为25%的盐酸,调至溶液的pH=3,冷却、结晶、抽滤、冷水洗涤,得到糠酸粗品;向醚层中加入无水碳酸钾干燥,过滤除掉碳酸钾后,分离乙醚(沸点为34.6 ℃)和糠醇。 (1)仪器A的名称为　　　　,与直形冷凝管相比,使用仪器B的优点是　　　　　　　　　　　　　　。  (2)该反应必须严格控制反应温度为8~12 ℃,请写出实验中采用了哪些保障措施:　　　　　　　　  　　　　　　　　　。  (3)步骤3中分离乙醚和糠醇的实验操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)步骤3中用冷水洗涤的原因是　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  进一步将糠酸粗品提纯,应采用的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)取1.120 g提纯后的糠酸样品,配成100 mL溶液,准确量取20.00 mL于锥形瓶中,加入几滴酚酞溶液,用0.080 0 mol·L-1 NaOH标准溶液滴定,平行滴定三次,平均消耗NaOH标准溶液24.80 mL。糠酸的纯度为　　　　%。  解析:(5)根据~NaOH,则n()=n(NaOH)=0.080 0 mol·L-1×24.80×10-3 L=1.984×10-3 mol,糠酸的纯度为×100%=99.2%。 答案:(1)恒压滴液漏斗　球形冷凝管的内管与冷凝水的接触面积更大,冷凝效果更好　(2)缓慢滴加NaOH溶液,使用冰水浴给反应装置降温并使用温度计对体系进行监测　(3)蒸馏　(4)减少产品因溶解而造成的损失　重结晶　(5)99.2 4.(20分)(2024·湖南卷)亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备[Cu(CH3CN)4]ClO4的反应原理如下:Cu(ClO4)2·6H2O+Cu+8CH3CN===2[Cu(CH3CN)4]ClO4+6H2O。 实验步骤如下: 分别称取3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O和0.76 g Cu粉置于100 mL乙腈(CH3CN)中,回流装置图和蒸馏装置图(加热、夹持等装置略)如下: 已知:①乙腈是一种易挥发的强极性配位溶剂; ②相关物质的信息如下: 化合物 [Cu(CH3CN)4]ClO4 Cu(ClO4)2·6H2O 相对分子质量 327.5 371 在乙腈中颜色 无色 蓝色 (1)下列与实验有关的图标表示排风的是　　　　　。  A. B. C. D. E. (2)装置Ⅰ中仪器M的名称为　　　　　。  (3)装置Ⅰ中反应完全的现象是　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  (4)装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  (5)[Cu(CH3CN)4]ClO4不能由步骤c直接获得,而是先蒸馏至接近饱和,再经步骤d冷却结晶获得。这样处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (6)为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4结晶,步骤e中向母液中加入的最佳溶剂是　　　。  A.水　　　B.乙醇　　　C.乙醚 (7)合并步骤d和e所得的产物,总质量为5.32 g,则总收率为　　　　(用百分数表示,保留一位小数)。  解析:将Cu(ClO4)2·6H2O和Cu粉以及乙腈(CH3CN)加入两颈烧瓶中,经水浴加热并回流进行充分反应,反应结束后过滤除去未反应完全的Cu,然后利用乙腈的挥发性进行蒸馏除去乙腈,将剩余溶液进行冷却结晶分离出[Cu(CH3CN)4]ClO4。(1)表示需佩戴护目镜,表示当心明火,表示注意热烫,表示排风,表示必须洗手,故答案为D。(2)装置Ⅰ中仪器M的名称为球形冷凝管。(3)Cu(ClO4)2·6H2O在乙腈中为蓝色,[Cu(CH3CN)4]ClO4在乙腈中为无色,因此装置Ⅰ中反应完全的现象是溶液蓝色褪去变为无色,可证明Cu(ClO4)2·6H2O已反应完全。(4)由于制备的[Cu(CH3CN)4]ClO4中Cu元素为+1价,具有较强的还原性,容易被空气中氧气氧化,因此装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是排出装置内空气,防止制备的产品被氧化。(5)[Cu(CH3CN)4]ClO4为离子化合物,具有强极性,在水中溶解度较大,在温度较高的环境下蒸馏难以分离,若直接将水蒸干难以获得晶体状固体,因此需先蒸馏至接近饱和,再经步骤d冷却结晶,从而获得晶体。(6)为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4结晶,可向母液中加入极性较小的溶剂,与水混溶的同时扩大与[Cu(CH3CN)4]ClO4的极性差,进而使[Cu(CH3CN)4]ClO4析出,因此可选用的溶剂为乙醇,故答案为B。(7)3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O的物质的量为=0.01 mol,理论制得[Cu(CH3CN)4]ClO4的质量为0.01 mol×2×327.5 g·mol-1=6.55 g,总收率为×100%≈81.2%。 答案:(1)D　(2)球形冷凝管 (3)溶液蓝色褪去变为无色 (4)排出装置内空气,防止制备的产品被氧化 (5)冷却过程中降低[Cu(CH3CN)4]ClO4在水中的溶解度　(6)B　(7)81.2% 学科网（北京）股份有限公司 $$