08 无机制备类实验题解答策略-《中学生数理化》高考理化2025年2月刊

􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢􀥢 考查有机物合成路线的设计。对比原料 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CCH3 O 􀪅􀪅 Br 和 目 标 产 物 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CHCH2 􀪅 C CF3 CF3 OH 结构,左侧结构 需要先将酮羰基还原为羟基,再通过消去反 应得到碳碳双键;右侧结构则仿照已知ⅰ,与 Mg在无水醚中反应生成中间产物,再加入不 超过3个碳的有机原料 CF3COCF3 进行转 化,最终得到目标化合物。注意要先转化左 侧 结 构,后 转 化 右 侧 结 构,否 则 原 料 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CCH3 O 􀪅􀪅 Br结构中的酮羰基也会发生 已知ⅰ的反应。 (责任编辑 谢启刚) 无机制备类实验题解答策略 ■河南省开封市教育科学研究院 周继敏(正高级教师) ■河南省开封市第二十五中学 侯艳华 一、考查特点 无机制备类实验题通常考查点有“操作、 装置和解释”三个方面,具体特点如下: 二、解题思路模型 解决无机制备类实验题的思路模型如下: 三、解题策略 解决无机制备类实验题常用策略:一是 关注“两条核心主线”,二是树立“三防”意识, 三是遵循“最佳”原则。 1.关注两条“核心主线”。 ①核心物质的反应线:对比反应物、生成 物的化学式→找核心元素→分析价态、形态 变化。 ②实验流程操作线:前置准备(装置、原 料与情景信息)→反应主体(核心反应、制备 分析过程)→后续处理(产品分离提纯、目标 产物的结果分析)。 2.树立“三防”意识。 3.遵循“最佳”原则。 ①原料最佳:选择合适的原料来制备目 标产物。要考虑原料的成本、纯度、反应活性 等因素,即原料廉价易得、用料最省,原料利 用率高。 ②操作最佳:包括仪器选择与组装合理、 实验前的检查装置气密性、试剂添加顺序得 当、实验中的控制反应条件和观察现象、实验 后的产物处理和仪器清洗等。实验操作简便 安全,对环境不造成污染或污染小。 ③途径最佳:设计最佳的实验途径来制 63 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年2月 备产物。从可行性、绿色化、安全性等方面综 合评价最优。例如要制备硝酸铜,可以有多 种途径,一是用铜和浓硝酸反应,二是用铜和 稀硝酸反应,三是用氧化铜和硝酸反应。从 环保和产物纯度等角度考虑,用氧化铜和硝 酸反应的途径最佳。 四、典型例题解析 例 1 市售的溴(纯度99%)中含有少 量的Cl2 和I2,某化学兴趣小组利用氧化还 原反应原理,设计实验制备高纯度的溴。回 答下列问题: 图1 (1)装置如图 1(夹 持 装 置 等 略),将市售的溴 滴 入 盛 有 浓 CaBr2 溶 液 的 B 中,水浴加热至不 再有红棕色液体 馏出。仪器 C的 名称为 ;CaBr2 溶液的作用为 ;D中 发生的主要反应的化学方程式为 。 (2)将 D中溶液转移至 (填仪器名 称)中,边加热边向其中滴加酸化的 KMnO4 溶液至出现红棕色气体,继续加热将溶液蒸 干得固体R。该过程中生成I2 的离子方程式 为 。 (3)利用图示相同装置,将R和K2Cr2O7 固体混合均匀放入B中,D中加入冷的蒸馏 水。由A向B中滴加适量浓硫酸,水浴加热 蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏, 得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为 和 。 (4)为 保 证 溴 的 纯 度,步 骤 (3)中 K2Cr2O7 固体的用量按理论所需量的 3 4 计 算,若固体R质量为 m g(以 KBr计),则需 称取 g K2Cr2O7(M=294 g·mol-1)(用 含m 的代数式表示)。 (5)本实验所用钾盐试剂均经重结晶的 方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为:漏 斗下 端 管 口 紧 靠 烧 杯 内 壁,转 移 溶 液 时 用 ,滤液沿烧杯壁流下。 解析:(1)明确目的:制备高纯度的溴。 (2)分析原理:氧化还原反应原理(重点 关注溴元素的价态变化和形态变化)。 (3)选择装置:发生装置(Cl2+CaBr2 􀪅􀪅 CaCl2+Br2),基于蒸馏装置的理解,用直形冷凝 管冷凝,用K2C2O4 吸收Br2 转变为Br-。 (4)分析步骤:①市售的溴中含有少量的 Cl2,Cl2 可与CaBr2 发生氧化还原反应而除 去;水浴加热时,Br2、I2 蒸发经直形冷凝管冷 凝进入装置D中,发生氧化还原反应,Br2+ K2C2O4 △ 􀪅􀪅2KBr+2CO2↑,I2+K2C2O4 △ 􀪅􀪅 2KI+2CO2↑,由于Br2 为进入D的主要物 质,故 主 要 反 应 的 化 学 方 程 式 为 Br2 + K2C2O4 △ 􀪅􀪅2KBr+2CO2↑。②将D中溶液 转移至蒸发皿中,边加热边向其中滴加酸化 的KMnO4 溶液至出现红棕色气体(Br2),因 为还原性I->Br-,即说明 KMnO4 已将 KI 全 部 氧 化,2MnO-4 +10I- +16H+ △ 􀪅􀪅 2Mn2++5I2+8H2O,加热蒸干得KBr固体。 ③KBr被K2Cr2O7 氧化为溴蒸气,进入装置D, 遇冷的蒸馏水液化,由于密度较大,沉入蒸馏水 底部,蒸馏水起到冷凝和液封、减少溴挥发的作 用。④根据转移电子相等可得关系式6KBr~ 6e-~K2Cr2O7,故计算K2Cr2O7 的质量为 1 6× m 119mol× 3 4×294 g·mol-1= 21m 68g 。 答案:(1)直形冷凝管 抑制溴和水的反 应;除去Cl2 Br2+K2C2O4 △ 􀪅􀪅2KBr+2CO2↑ (2)蒸发皿 2MnO-4 +10I-+16H+ △ 􀪅􀪅 2Mn2++5I2+8H2O (3)冷凝 液封,减少溴的挥发 (4) 21m 68 (5)玻璃棒引流 例 2 H2S可用于合成光电材料。某 兴趣小组用 CaS与 MgCl2 反 应 制 备 液 态 H2S,实验装置如图2,反应方程式为CaS+ MgCl2+2H2O􀪅􀪅CaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。 已知:①H2S的沸点是-61 ℃,有毒; 73 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年2月 ②装置A内产生的 H2S气体中含有酸 性气体杂质。 图2 请回答: (1)仪器X的名称是 。 (2)完善虚框内的装置排序:A→B→ → → →F→G。 (3)下列干燥剂,可用于装置C中的是 。 A.氢氧化钾 B.五氧化二磷 C.氧化钙 D.碱石灰 (4)装置G中汞的作用是:①平衡气压; ② 。 (5)下列说法正确的是 。 A.该实验操作须在通风橱中进行 B.装置D的主要作用是预冷却 H2S C.加入的 MgCl2 固体,可使 MgCl2 溶液 保持饱和,有利于平稳持续产生 H2S D.该实验产生的尾气可用硝酸吸收 (6)取0.680 g H2S产品,与足量CuSO4 溶液充分反应后,将生成的 CuS置于已恒 重、质量为31.230 g的坩埚中,煅烧生成 CuO,恒重后总质量为32.814 g。产品的纯 度为 。 解析:(1)明确目的:制备液态 H2S。 (2)分析原理:装置 A中产生的气体是 含有酸性杂质、60 ℃左右的 H2S气体,为了 得到纯净的液态硫化氢,需要除杂、干燥、预 冷却和再冷却。 (3)选择装置:由已知②知,产生的气体 先用NaHS溶液除去酸性气体杂质,然后进 行干燥,由于气体传热速度较慢,需要预先冷 却,且 玻 璃 棉 可 有 效 减 缓 气 体,增 强 冷 却 效果。 (4)分析步骤:装置 A中产生的气体是 含有酸性杂质、60 ℃左右的 H2S气体;装置 B用于初步除去易溶于水的气体杂质和细小 粉末,并实行第一次初步冷却降温;装置E是 置于冰盐冷浴中的 NaHS溶液,可洗去酸性 的气体杂质且给 H2S气体实行第二次冷却 降温;装置C是干燥装置,用于除去气流夹带 出来的H2O。从装置A中60 ℃左右的 H2S 气体转变成装置F中-80 ℃的液态 H2S,降 温幅度高达140 ℃,若直接冷却损坏仪器,需 要分级、逐步冷却降温,装置D用于给 H2S 气体实行第三次冷却降温。装置F盛放有 -80 ℃冷却剂,最终收集液态H2S产品。若 H2S气体产生速度过快,装置内压强过大,G 导管中汞液面下降;H2S气体液化,会使F内 压强迅速降低,G导管中汞液面上升,因此汞 的第一个作用是平衡气压。该实验目的是制 得液态H2S,G导管中汞可以阻止空气中水 蒸气等进入体系,因为如果水蒸气进入遇 -80 ℃冷却剂极易结冰,极易堵住导管,故 汞的第二个作用是液封。 分析可知,氧化铜的质量为32.814 g- 31.230 g=1.584 g,则氧化铜的物质的量为 0.019 8 mol,由铜原子、硫原子守恒可知 n(H2S)=n(CuS)=n(CuO),故产品的纯度 为 0.019 8 mol×34 g·mol-1 0.680 g ×100%=99%。 答案:(1)圆底烧瓶 (2)ECD (3)BC (4)液封 (5)ABC (6)99% 总之,在解决无机制备类实验题时,关注 物质变化与实验操作两条核心主线可构建清 晰的实验框架,树立防不纯(污染)、防氧化 (还原)、防水解的“三防”意识能有效规避实 验过程中的干扰因素与风险,遵循原料、操 作、途径的最佳原则可保障实验在高效、经 济、环保且高纯度产出的轨道上进行,三者相 辅相成、缺一不可,共同助力准确、快速地解 答无机制备类实验题,提升化学实验综合解 题能力与知识运用水平。 注:本文系河南省基础教育教学研究重 点课题“基于中学化学常见气体的实验教学 评价研究”(课题编号:JCJYB2207020023)阶 段性研究成果。 (责任编辑 谢启刚) 83 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年2月