专题1.2.1 有机化合物的分离、提纯-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（苏教版2019）

第二单元　科学家怎样研究有机物 第1课时　有机化合物的分离、提纯 [核心素养发展目标]　1.通过对蒸馏法、萃取法的实验原理和基本操作的学习，认识科学探究过程的步骤，学会设计科学探究方案，培养严谨的科学态度和科学的思维方式。2.认识分离和提纯有机化合物的常见方法，能根据有机化合物性质的差异选择有机化合物分离、提纯的正确方法。 一、有机化合物与无机物 1．有机化合物 指含有碳元素的化合物，其中绝大多数含有氢元素，很多还含有O、N、S、P和卤族元素等。 2．人类研究有机化合物的大致历程 分离、提纯有机化合物→研究有机化合物的组成、结构、性质和应用→对有机化合物分子进行设计和合成。 3．有机化合物与无机物的比较 (1)物质种类比较：人类发现和合成的有机物已超过1亿种，远多于无机物的种类。 (2)性质的比较 性质 有机物 无机物 溶解性 多数不溶于水，而溶于有机溶剂 部分溶于水，而不溶于有机溶剂 耐热性 多数不耐热，熔点较低 多数耐热，难熔化，熔点较高 可燃性 多数可燃 多数不可燃 电离性 多数是非电解质 多数是电解质 化学反应 比较复杂，副反应多，反应速率慢 比较简单，副反应少，反应速率快 (1)HCN、CaC2和NH4SCN都含有碳元素，它们都属于有机物(　　) (2)有机物都是共价化合物(　　) (3)有机物在一定条件下都能够相互转化(　　) (4)有机物与无机物在性质上的差别不是绝对的(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ (1)衣服上沾有动、植物油污，用水洗不掉，但可用汽油洗去，这是因为大多数有机物______________，而__________。有机化工厂附近严禁火种，这是因为绝大多数有机物__________。 (2)把四氯化碳加入碘水中，充分振荡后静置，发现液体分为两层，上层呈无色，是水层，下层呈紫色，是CCl4层。这一实验说明了CCl4________(填“易溶”或“不溶”)于水，密度比水____(填“大”或“小”)；碘在______中的溶解度大于在____中的溶解度。 (3)俗话说“酒越陈越香”，其原因为生成了芳香气味的酯类，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________。 答案　(1)难溶于水　易溶于有机溶剂　易燃烧 (2)不溶　大　CCl4　水 (3)CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOCH2CH3＋H2O 二、有机化合物的分离、提纯 1．重结晶 (1)原理：利用被提纯物质与杂质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去。 (2)选择溶剂的条件 ①杂质在溶剂中的溶解度很小或很大； ②被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度受温度的影响较大，能够进行冷却结晶。 (3)实验探究：重结晶法提纯苯甲酸 ①实验流程及装置 ②问题讨论 a．重结晶法提纯苯甲酸的原理是什么？有哪些主要操作步骤？ 提示　原理：苯甲酸在不同温度的蒸馏水中溶解度不同。主要操作步骤：加热溶解、趁热过滤、冷却结晶、过滤洗涤、干燥称量。 b．溶解粗苯甲酸时加热的作用是什么？趁热过滤的目的是什么？ 提示　加热是为了增大苯甲酸的溶解度，使苯甲酸充分溶解。趁热过滤是为了防止苯甲酸提前结晶析出。 c．实验操作中多次用到了玻璃棒，分别起到了哪些作用？ 提示　①溶解时搅拌，加快溶解速率；②过滤、洗涤时引流。 d．如何检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净？ 提示　用适量蒸馏水洗涤过滤器中的苯甲酸晶体，取少量最后一次洗涤后的液体于一洁净的试管中，滴加几滴硝酸银溶液，观察是否有沉淀产生。若无沉淀产生，则氯化钠已被除净。 结晶与重结晶的比较 结晶 重结晶 含义 物质从溶液中以晶体形式析出的过程。包括“冷却结晶法”和“蒸发结晶法” 将晶体溶于溶剂，使之重新从溶液中结晶析出的过程 相关操作 冷却结晶法：将热的饱和溶液慢慢冷却析出晶体，适用于溶解度随温度变化大的物质，如KNO3。蒸发结晶法：把溶液蒸发至大量晶体析出，适用于溶解度随温度变化不大的物质，如NaCl 先加热溶解，趁热过滤后再冷却结晶，如提纯苯甲酸 目的 获得晶体 提纯或分离物质 1．下列关于物质的分离、提纯实验中结晶的一些操作，说法正确的是(　　) A．提取NaCl和KNO3晶体常采用不同的结晶方式是因为它们的溶解度不同 B．在苯甲酸重结晶实验中，滤液放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体 C．在苯甲酸重结晶实验中，粗苯甲酸加热溶解后，还要加少量NaOH溶液 D．在苯甲酸重结晶实验中，待粗苯甲酸完全溶解后，要冷却到常温才过滤 答案　B 解析　NaCl和KNO3晶体提取方法不同是因为它们的溶解度受温度影响不同，A错误；在苯甲酸的重结晶实验中，滤液中还含有少量的杂质，放置冷却可以结晶出纯净的苯甲酸晶体，但温度不宜过低，防止杂质析出，B正确；苯甲酸能溶于水，水在加热过程中会蒸发，为防止苯甲酸过饱和提前析出而损失，在加热溶解后还要加少量蒸馏水，而不是氢氧化钠溶液，C错误；苯甲酸的溶解度不大，应趁热过滤防止苯甲酸损失，D错误。 2．萃取 (1)原理 ①液-液萃取：利用待分离组分在两种不互溶的溶剂中的溶解度不同，将其从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。 ②固-液萃取：用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程。 (2)萃取剂及其选择条件 ①萃取用的溶剂称为萃取剂，常用的萃取剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。 ②萃取剂的选择条件 a．萃取剂与原溶剂不互溶； b．溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度； c．萃取剂与原溶液中的成分不反应。 (3)装置及操作要求 装置(写出相应仪器的名称) 操作要求 加萃取剂后充分振荡，静置分层后，将漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔。注意漏斗下端管口尖嘴部分紧靠烧杯内壁。打开分液漏斗活塞，下层液体从下口放出，并及时关闭活塞，上层液体从上口倒出 注意　将萃取后的两层液体分开的操作，称为分液。分液也可以单独进行，用来分离互不相溶的两种液体。 2．采用浸取方法可从花生中得到食用花生油，应选用的浸取剂为(　　) A．正己烷 B．苯 C．蒸馏水 D．甲醇 答案　A 解析　采用浸取方法可从花生中得到食用花生油，为萃取操作，花生油的主要成分是有机物，易溶于有机溶剂而难溶于水，应选用有机溶剂进行萃取且该有机溶剂无毒、难溶于水，苯有毒，甲醇有毒且与水互溶，故能用于萃取花生油的有机物为正己烷。 3．探究用环己烯粗品精制环己烯的方法。 已知实验室制取环己烯的化学原理： ＋H2O 密度/(g·cm－3) 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性 环己醇 0.96 25 159.6 可溶于水 环己烯 0.81 －103 85.6 不溶于水 (1)除去环己烯粗品中的杂质，需先加入饱和碳酸钠溶液，其主要目的是什么？ (2)加入饱和碳酸钠溶液后，振荡、静置，环己烯在上层还是下层？ (3)静置后如何操作？该操作用到的主要仪器是什么？ 答案　(1)除去环己烯中的酸性杂质和部分环己醇。 (2)环己烯在上层。 (3)静置后应进行分液操作：将下层液体从分液漏斗下口放出，环己烯从分液漏斗上口倒出。用到的主要仪器是分液漏斗、烧杯。 3．蒸馏 (1)原理：利用混合物中各组分沸点差异分离和提纯液态混合物。 (2)适用条件：①液态有机物中含有少量杂质；②有机物热稳定性较高；③有机物与杂质的沸点相差较大(一般约大于30 ℃)。 (3)蒸馏的实验装置及注意事项 ①实验装置：在横线上写出相应仪器的名称 ②注意事项 a．蒸馏烧瓶底部要垫石棉网，烧瓶内液体体积约为其容积的～； b．温度计水银球位置：蒸馏烧瓶的支管口处； c．加碎瓷片的目的：防止液体暴沸； d．冷凝管中水的流向：下口流入，上口流出； e．先通冷凝水再加热蒸馏烧瓶。 当互溶的两种液态有机物中各组分的沸点相差较小时如何处理？ 提示　最好将混合物“预处理”，一般先将其中的一种物质转化为不挥发的盐类化合物，再进行蒸馏。比如乙醇中混有乙酸，可先加生石灰，将乙酸转化为乙酸钙再蒸馏。 色谱法 色谱法是当样品随着流动相经过固定相时，因样品中不同组分在两相间的分配不同而实现分离。目前常用的固定相有硅胶、氧化铝等。 4．(1)如图是一套蒸馏装置图，图中存在的错误：______________________________________。 (2)在蒸馏实验中，发现忘记加沸石应_______________________________________________。 (3)若用蒸馏的方法分离甘油(沸点为290 ℃)和水的混合物，被蒸馏出来的物质是________。 (4)若用蒸馏的方法分离出CCl4(沸点为76.8 ℃)中含有的CH3CH2OCH2CH3(沸点为45 ℃)，应控制的适宜温度为________。 答案 　(1)温度计位置错误、冷凝管进出水方向不对、没有加碎瓷片(或沸石)　(2)停止加热，待溶液冷却至室温后再加入沸石　(3)水　(4)45 ℃ 解析　(3)水的沸点低于甘油，故被蒸馏出来的物质为水。(4)乙醚的沸点为45 ℃，故应控制的适宜温度为45 ℃。 5．选择下列实验方法分离、提纯物质，将分离、提纯方法的字母填在横线上。 A．萃取　B．重结晶　C．分液　D．蒸馏　E．过滤　F．洗气 (1)分离水和汽油的混合物： ________。 (2)分离四氯化碳 (沸点为76.8 ℃)和甲苯(沸点为110.6 ℃)的混合物：________。 (3)提取碘水中的碘：________。 (4)除去混在乙烷中的乙烯：________。 (5)从硝酸钾和氯化钠的混合物中获得硝酸钾：________。 答案　(1)C　(2)D　(3)A　(4)F　 (5)B 解析　(1)水与汽油分层。(2)四氯化碳和甲苯互溶，但沸点不同。(3)碘易溶于有机溶剂。(4)乙烯能与溴水反应，而乙烷不能。(5)硝酸钾和氯化钠的溶解度随温度的变化不同。 1.分离、提纯方法的选择 (1)过滤：不溶性的固体和液体。 (2)蒸馏：沸点相差较大的互溶液体。 (3)分液：互不相溶的液体。 (4)重结晶：溶解度受温度影响较大的固体混合物。 (5)蒸发：提纯溶解度随温度变化较小的溶质。 (6)萃取：利用溶解度差异提取溶液中的溶质。 2．分离、提纯的区别与原则 (1)区别：分离是把混合物分成几种纯净物；提纯是除去杂质，杂质不用进行恢复。 (2)原则 ①不增(不引入新的杂质)。 ②不减(不减少被提纯物)。 ③易分离(被提纯物与杂质易分离)。 ④易复原(被提纯物易复原)。 题组一　有机物与无机物的比较 1．把一氧化碳、碳酸等含碳元素的化合物视作无机物的理由是(　　) A．不能从有机物中分离出来 B．不是共价化合物 C．它们的组成和性质跟无机物相似 D．都是碳的简单化合物 答案　C 解析　一氧化碳、碳酸等物质虽然都含有碳元素，但它们的组成和性质跟无机物相似，所以属于无机物。 2．(2023·长春高二检测)下列有关有机物的说法正确的是(　　) A．有机化合物均不溶于水 B．所有的有机物都易燃烧 C．绝大多数有机物受热不易分解 D．有机物所发生的反应一般比较复杂，反应速率较慢，并且常伴有副反应的发生 答案　D 解析　有些有机化合物易溶于水，如乙醇、乙酸、葡萄糖等，A错误；有机物不一定易燃烧，如四氯化碳，B错误。 3．现代建筑装饰材料日新月异，更新换代很快，但都有一个共同的特点就是易燃，易引发火灾。由此判断现代建筑装饰材料的主要成分是(　　) A．硅酸盐 B．大理石 C．有机物 D．金属化合物 答案　C 解析　有机物大多数易燃，而硅酸盐、大理石、金属化合物都难燃烧。 题组二　物质分离的基本操作 4．我国明代《本草纲目》中收载药物1 892种，其中“烧酒”条目下写道：“自元时始创其法，用浓酒和糟入甑，蒸令气上……其清如水，味极浓烈，盖酒露也。”这里所用的“法”是指(　　) A．萃取 B．渗析 C．蒸馏 D．过滤 答案　C 解析　这里所用的“法”是指我国古代制烧酒的方法——蒸馏，加热使酒精汽化再冷凝收集得到烧酒，C正确。 5．分离乙苯(沸点：136.2 ℃)和乙醇需要用到的仪器是(　　) 答案　A 解析　乙苯和乙醇互溶，二者的沸点相差较大，可采用蒸馏法分离，蒸馏操作所需的仪器有蒸馏烧瓶、锥形瓶、冷凝管、温度计等，A为冷凝管，符合题意。 6.下列关于萃取操作的叙述正确的是(　　) A．把混合液体转移至分液漏斗，塞上玻璃塞，按如图所示用力振荡 B．振荡几次后需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气 C．经几次振荡并放气后，手持分液漏斗静置待液体分层 D．分液时，需先将上口的玻璃塞打开，再打开活塞 答案　D 解析　为使液体混合均匀，两手分别顶住玻璃塞和活塞，把分液漏斗倒转过来，不能用力振荡；振荡几次后打开活塞放气；液体混合均匀后将分液漏斗放在铁架台上静置待液体分层；分液时先将分液漏斗上口的玻璃塞打开，再打开活塞，使下层液体从下端流出，然后关闭活塞，从上口倒出上层液体。 7．下列有关苯甲酸重结晶实验的说法错误的是(　　) A．溶解粗苯甲酸过程中，加热、玻璃棒搅拌均能提高苯甲酸的溶解度 B．苯甲酸溶解时，若加水加热后仍有不溶物，说明该不溶物是不溶性杂质 C．过滤时，趁热过滤可防止苯甲酸晶体提前析出 D．冷却结晶时，温度过低杂质将析出，故温度不是越低越好 答案　A 解析　加热能提高苯甲酸的溶解速率，也能提高苯甲酸的溶解度，但搅拌只能提高溶解速率，不能改变溶解度，A错误。 8．(2023·嘉兴高二月考)实验室制备和纯化乙酸乙酯的相关装置如图所示(加热及夹持装置已略去)，下列关于该实验的说法正确的是(　　) A．图1装置中，球形冷凝管的主要作用是冷凝、回流，冷凝水从下口通入 B．加热图1装置后，发现未加碎瓷片，应立即停止加热并趁热补加 C．图2装置中的冷凝管也可以换成图1装置中的球形冷凝管 D．图2装置中温度计水银球的位置不正确，应伸入液体中 答案　A 解析　加热图1装置后，发现未加碎瓷片，应立即停止加热，待冷却后，再补加碎瓷片，故B错误；若图2装置中的直形冷凝管换成球形冷凝管，不利于冷凝液体顺利流入锥形瓶，故C错误；蒸馏时温度计水银球应在蒸馏烧瓶支管口处，故D错误。 题组三　混合物分离方法的选择 9．下列操作中选择的仪器正确的是(　　) ①分离汽油和氯化钠溶液　②从含Fe3＋的自来水中得到蒸馏水　③分离氯化钾和二氧化锰混合物　④从食盐水中提取溶质 A．①—丁　②—丙　③—甲　④—乙 B．①—乙　②—丙　③—甲　④—丁 C．①—丁　②—丙　③—乙　④—甲 D．①—丙　②—乙　③—丁　④—甲 答案　A 解析　①汽油和氯化钠溶液不互溶，可用分液法分离；②从含Fe3＋的自来水中得到蒸馏水，可利用蒸馏法；③氯化钾易溶于水，二氧化锰难溶于水，可溶解后过滤分离；④从食盐水中得到氯化钠晶体，可蒸发结晶。 10．下列实验中所采取的分离方法与对应原理都正确的是(　　) 选项 目的 分离方法 原理 A 分离溶于水中的碘 乙醇萃取 碘在乙醇中的溶解度较大 B 除去NH4Cl溶液中的FeCl3 加入NaOH溶液后过滤 Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀 C 除去KNO3固体中混杂的NaCl 重结晶 NaCl在水中的溶解度很大 D 除去丁醇中的乙醚 蒸馏 丁醇与乙醚的沸点相差较大 答案　D 解析　乙醇与水互溶，不能用作萃取剂，A项错误；NH4Cl、FeCl3均与NaOH反应，不能除杂，应选氨水，B项错误；除去KNO3中NaCl杂质是利用二者在不同温度下溶解度差别很大，使用重结晶法可分离，C项错误；分离两种沸点差别较大的互溶液体，一般使用蒸馏操作，D项正确。 11．(2022·山东临沂高二期中)间苯三酚和HCl的甲醇溶液反应生成3,5-二甲氧基苯酚和水。提纯3,5-二甲氧基苯酚时，先分离出甲醇，再加入乙醚进行萃取，分液后得到的有机层用饱和NaHCO3溶液、蒸馏水依次进行洗涤，再经蒸馏、重结晶等操作进行产品的纯化。相关物质的部分物理性质如下表： 物质 沸点/℃ 密度(20 ℃) /(g·cm－3) 溶解性 甲醇 64.7 0.791 5 易溶于水 乙醚 34.5 0.713 8 微溶于水 下列说法不正确的是(　　) A．分离出甲醇的操作是蒸馏 B．用乙醚萃取后得到的有机层在分液漏斗的下层 C．用饱和NaHCO3溶液洗涤可以除去HCl D．重结晶除去间苯三酚是利用不同物质在同一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去 答案　B 解析　根据表中密度知，有机层的密度小于水，应在上层，B错误。 12．正丁醛经催化加氢可制备正丁醇。为提纯含少量正丁醛杂质的正丁醇，现设计如下路线： 已知：①正丁醛与饱和NaHSO3溶液反应可生成沉淀；②乙醚的沸点是34.5 ℃，微溶于水，与正丁醇互溶；③正丁醇的沸点是118 ℃。则操作1～4分别是(　　) A．萃取、过滤、蒸馏、蒸馏 B．过滤、分液、蒸馏、萃取 C．过滤、蒸馏、过滤、蒸馏 D．过滤、分液、过滤、蒸馏 答案　D 解析　正丁醛与饱和NaHSO3溶液反应生成沉淀，且经操作1可得到滤液，故操作1为过滤；操作2是分液；加固体干燥剂后，要把干燥剂分离出来，故操作3为过滤；由乙醚与正丁醇的沸点相差较大可知，操作4为蒸馏。 13．工业上常用水蒸气蒸馏的方法(蒸馏装置如图)，从柠檬、橙子和柚子等水果的果皮中提取的精油(香料)90%以上是柠檬烯。 提取柠檬烯的实验操作步骤如下： (1)将1～2个橙子皮剪成细碎的碎片，投入乙装置中，加入约30 mL水； (2)打开活塞K，加热水蒸气发生器至水沸腾，活塞K的支管口有大量水蒸气冒出时旋紧活塞K，打开冷凝水，水蒸气蒸馏即开始进行，可观察到在馏出液的水面上有一层很薄的油层。 下列说法不正确的是(　　) A．当馏出液无明显油珠、澄清透明时，说明蒸馏完成 B．蒸馏结束后，为防止倒吸，立即停止加热 C．长导管作安全管，能平衡气压，防止由于导管堵塞引起爆炸 D．要得到纯精油，还需要进行萃取、分液、蒸馏 答案　B 解析　柠檬烯不溶于水，密度比水小，因此当馏出液无明显油珠、澄清透明时，说明蒸馏完成，A正确；蒸馏结束后，先把乙中的导气管从溶液中移出，再停止加热，B错误；长导管与大气相通，能够平衡气压，防止导管堵塞引起爆炸，C正确；得到的精油中含有其他成分，要进行萃取、分液、蒸馏操作才能得到纯柠檬烯，D正确。 14．选择恰当的试剂和方法除去下列物质中的少量杂质： 序号 物质 杂质 试剂 方法 ① 溴苯 溴 ② 溴化钠 溴 ③ 乙酸乙酯 乙醇 ④ 乙醇 乙酸 ⑤ 乙醇 水 答案　①NaOH溶液　分液　②苯(或CCl4)、水 萃取、分液　③饱和Na2CO3溶液　分液 ④生石灰　蒸馏　⑤生石灰　蒸馏 15．(2022·江苏辅仁高级中学高二月考)醇脱水是合成烯烃的常用方法，实验室用环己醇()合成环己烯()的化学方程式为＋H2O，实验装置(加热及夹持装置省略)如图所示，有关数据如表所示。已知：无水氯化钙可与环己醇反应。 沸点/℃ 密度/(g·cm－3) 溶解性 环己醇 159.6 0.962 4 可溶于水 环己烯 85.6 0.810 2 不溶于水 具体操作：在a中加入20 g环己醇和几片碎瓷片，不断搅拌下慢慢加入1 mL 浓H2SO4；将b中通入冷水后，开始缓慢加热a，收集86 ℃左右的馏分；反应结束后，将粗产物倒入分液漏斗中依次用少量5%的Na2CO3溶液、水进行洗涤，分离后在有机层中加入无水氯化钙，静置一段时间后过滤，最终得到10 g纯净的环己烯。 请回答下列问题： (1)仪器a的名称是____________________，仪器b的名称是____________________。 (2)加入碎瓷片的作用是____________________；如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片，应该采取的正确操作是________(填字母)。 A．立即补加 B．冷却后补加 C．不需补加 D．重新配料 (3)分液漏斗在使用前需清洗干净并____________；在上述分离过程中，产物应该从分液漏斗的____________________(填“上口倒出”或“下口放出”)。 (4)上述分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是____________________。 (5)本实验所得环己烯的产率是________________(填字母)。 A．41% B．50% C．61% D．70% 答案　(1)蒸馏烧瓶　(直形)冷凝管　(2)防止液体暴沸　B　(3)检漏　上口倒出　(4)除去水和环己醇　(5)C 解析　(3)产物中环己烯不溶于水，且比水的密度小，环己烯在上层，水层在下层，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。(4)经过5%的Na2CO3溶液、水洗涤后得到的粗产物中仍含少量水和挥发出的少量环己醇，加入无水氯化钙的目的是除去水和环己醇。(5)n(环己醇)＝0.2 mol，由化学方程式可知，理论上可得0.2 mol(16.4 g)环己烯，故产率为×100%≈61%。 学科网（北京）股份有限公司 $$