1.2 第1课时 有机化合物的分离和提纯（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学选择性必修3（人教版2019 单选版）

第二节　研究有机化合物的一般方法 第1课时　有机化合物的分离和提纯 课程标准 核心素养目标 1.了解研究有机化合物的一般方法，能说出研究有机化合物的主要步骤。 2．了解有机化合物分离、提纯的原理和操作，结合实际情况选用蒸馏、萃取或重结晶的方法进行有机化合物的分离和提纯。 1.证据推理与模型认知：基于有机化合物及杂质的结构与性质，结合有机化合物分离、提纯的原理，选择合适的分离、提纯方法。 2．科学探究与创新意识：通过苯甲酸重结晶的实验探究，感受科学研究的方法。 [对应学生用书P12] ◆归纳总结 除去杂质的常用方法 ◆名师点拨 萃取和分液 (1)萃取和分液是两个不同的概念，分液可以单独进行，但萃取之后通常要进行分液。 (2)将萃取后的两层液体分开的操作叫做分液，分液常使用的仪器是分液漏斗。 (3)萃取和分液时，使用分液漏斗之前要检验是否漏液。 (4)选择萃取剂的“三原则”： ①与原溶剂互不相溶；②与被萃取的物质、原溶剂均不发生反应；③被萃取的物质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。 ◆名师点拨 分液操作的要求 (1)加萃取剂后充分振荡，倒置、放气，静置、分层。 (2)打开分液漏斗上方的玻璃塞，再打开下方的活塞，将下层液体从下口放出，及时关闭活塞，最后将上层液体从上口倒出。 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)利用95%的工业酒精制取无水乙醇，常加入生石灰后进行蒸馏(　√　) (2)从溴水中萃取溴，可选用苯、乙醇等有机溶剂(　×　) (3)在苯甲酸重结晶时，待粗苯甲酸完全溶解后冷却到室温再进行过滤(　×　) 我的感悟 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、蒸馏和萃取 1．研究有机化合物的基本步骤 2．蒸馏 (1)蒸馏原理及适用对象 原理 利用有机化合物与杂质的沸点差异，将低沸点有机化合物以蒸气形式蒸出，然后冷凝得到产品 适用对象 ①液态有机化合物中含有少量杂质；②被提纯有机化合物的热稳定性较高；③被提纯有机化合物的沸点与杂质的沸点相差较大 实验 装置 (2)应用示例 甲烷与氯气发生取代反应得到液态混合物中含CH2Cl2(沸点40 ℃)、CHCl3(沸点62 ℃)和CCl4(沸点77 ℃)，分离提纯时采用蒸馏法。 3．萃取 (1)类型 液­液萃取 固­液萃取 基本 原理 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 用溶剂从固体物质中溶解出待分离组分的过程 举例 用四氯化碳萃取碘水中的碘 从植物种子中提取食用油 (2)萃取剂：可使用有机溶剂从水中萃取有机化合物，萃取用的溶剂称为萃取剂，常用的萃取剂有乙醚(C2H5OC2H5)、乙酸乙酯、二氯甲烷等。 (3)萃取及分液操作(以四氯化碳萃取碘水中的碘为例)： 二、重结晶 1．重结晶原理及适用范围 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 适用范围 提纯固体有机化合物常用的方法 溶剂选择 ①要选择适当的溶剂，要求杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大，易于除去；②被提纯的有机化合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 2.重结晶法提纯苯甲酸 (1)实验原理：利用苯甲酸的溶解度受温度影响较大，且在常温下的溶解度较小，采用冷却结晶的方法析出苯甲酸晶体。 (2)实验仪器：铁架台(带铁圈)、烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯、三脚架、陶土网等。 (3)实验操作： (4)数据处理：重结晶收率＝×100% (5)问题探究(教材·探究) ①溶解粗苯甲酸时加热的作用是加速溶解；趁热过滤的目的是防止苯甲酸晶体析出。 ②加热溶解时玻璃棒的作用是搅拌、加速溶解；趁热过滤时玻璃棒的作用是引流。 ③检验提纯后的苯甲酸中氯化钠已被除净：取少量提纯后的苯甲酸晶体，加水溶解，先滴加稀硝酸酸化，再滴加AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，证明氯化钠已被除净。 [对应学生用书P14] 探究一__分离和提纯液态有机化合物的方法 人类最初是从天然物质中提取得到有机化合物。青蒿素(结构简式如图所示)是抵抗疟疾的药物，是无色针状晶体，可溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，难溶于水。青蒿素可从黄花蒿茎叶中提取，常见的提取流程如下： [问题设计] (1)上述流程中，将黄花蒿破碎的目的是什么？操作 Ⅰ 前先加入乙醚，其作用是什么？ 提示：增大与乙醚的接触面积，提高浸出效果；萃取黄花蒿中的青蒿素。 (2)实验室进行操作 Ⅰ 和操作 Ⅱ 依次用到的装置是如图(部分装置中夹持仪器略)中的________和________(填标号)。 提示：c　a。 (3)操作 Ⅲ 是对固体粗品提纯的过程，你估计最有可能的方法是什么？判断依据是什么？ 提示：重结晶；青蒿素固体粗品提纯利用青蒿素和杂质在某一溶剂中的溶解度不同而将杂质除去。 (1)选择分离和提纯液态有机化合物的方法 (2)蒸馏和萃取中要点归纳 【例1】 (2023·成都高二期中)已知苯难溶于水；溴易溶于苯，微溶于水，且易挥发。从苯、溴和水的混合物中分离出溴，所用装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A．用装置 Ⅰ 加热，收集全部馏出液，可以提高回收溴的物质的量和纯度 B．装置 Ⅰ 中a为进水口，b为出水口 C．用装置 Ⅱ 萃取分液时，将分层的液体依次从下口放出 D．经装置 Ⅱ 得到的粗产品干燥后，使用装置 Ⅰ 蒸馏，可得到更纯的溴 D　解析：溴和苯均容易挥发，用装置 Ⅰ 加热，收集全部馏出液，不能提高回收溴的纯度，A错误；冷凝管中冷却水“下进上出”冷凝效果好，则装置 Ⅰ 中b为进水口，a为出水口，B错误；分液时为避免上下层液体混合，则先从下口分离出下层液体，再从上口倒出上层液体，C错误；粗产品干燥后，利用沸点不同分离苯、溴，则经装置 Ⅱ 得到的粗产品干燥后，使用装置 Ⅰ 再次蒸馏，可得到更纯的产品，D正确。 1．(2023·上海闵行区高二期末)物质分离和提纯的操作方法有多种，如①过滤，②蒸发，③结晶，④渗析，⑤蒸馏，⑥萃取，⑦分液等。下图是从芳香植物中提取精油的装置及流程图，其中涉及的分离方法有(　　) A．①②③④ B．②③④⑤ C．③④⑤⑥ D．⑤⑥⑦ D　解析：水蒸气蒸馏法提取精油的过程如下：(1)将植物原料放入蒸馏设备，利用下方产生的水蒸气，蒸馏出植物的芳香成分，这个步骤就是利用水蒸气蒸馏萃取；(2)含有芳香成分的水蒸气集中在冷凝器中；(3)集中后的水蒸气及精油蒸气经过冷却， 变成由一层精油和一层纯露构成的液体，二者会分层，需要分液；(4)分离精油并装入瓶中，综上所述需要蒸馏、萃取、分液这些操作。 探究二__分离和提纯固态有机物的方法 [查阅资料]①苯甲醛易被空气氧化，苯甲醇的沸点为205.3 ℃；②苯甲酸的熔点为122 ℃，沸点为249 ℃，常温下溶解度为0.34 g；③乙醚的沸点为34.8 ℃，难溶于水。 [问题设计] (1)操作 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 的名称分别是什么？乙醚溶液中所溶解的主要成分是什么？ 提示：操作 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 分别是分液、蒸馏、过滤；苯甲醇。 (2)为获得产品乙，操作 Ⅲ 的系列操作依次包括哪些？ 提示：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。 (3)如何用实验证明提纯后的产品乙中杂质是否除完？ 提示：取最后一次洗涤液，滴加几滴AgNO3溶液，若无白色沉淀产生，则杂质已除完；否则，杂质未除完。 (1)重结晶的原理及适用条件 (2)有机化合物分离、提纯方法的选择 【例2】 (2023·首都师大附中高二期末)实验室可利用呋喃甲醛()在碱性环境下发生交叉的Cannizzaro反应，生成呋喃甲酸(弱酸，)和呋喃甲醇()，反应过程如下：，该反应放热且温度过高副反应较多。操作流程如下： 已知：①呋喃甲酸在水中的溶解度如下表所示： 温度T/℃ 0 5 15 100 溶解度S/g 2.7 3.6 3.8 25.0 ②呋喃甲醇与乙醚混溶；乙醚沸点为34.6 ℃，呋喃甲醇沸点为170.0 ℃。 下列说法不正确的是(　　) A．呋喃甲醛在NaOH溶液中反应放热且温度过高副反应较多，因此需要冰水浴 B．向乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇 C．在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸后，得到粗呋喃甲酸晶体的方法是萃取 D．粗呋喃甲酸晶体可采用重结晶的方法提纯得到较纯的呋喃甲酸 C　解析：呋喃甲醛在NaOH溶液中的反应在冰水浴中进行是因为呋喃甲醛在NaOH溶液中反应放热且温度过高，副反应较多，A正确；乙醚提取的是混合溶液中的呋喃甲醇，呋喃甲酸盐留在水溶液中，向乙醚提取液中加入无水碳酸钾干燥、过滤后，得到呋喃甲醇和乙醚的混合液，应采取蒸馏的方法得到呋喃甲醇，B正确；在分离乙醚提取液后的水溶液中加盐酸会生成呋喃甲酸，温度较低时呋喃甲酸在水中溶解度较小，为得到粗呋喃甲酸晶体，采用的方法应是冷却、过滤，C错误；根据呋喃甲酸在水中的溶解度随温度的变化情况，可知提纯粗呋喃甲酸晶体可采用重结晶的方法，D正确。 2．(2024·湖北宜荆荆随恩联考)苯甲酸乙酯可用于配制香水及食用香精。某实验小组的同学利用苯甲酸和乙醇制备苯甲酸乙酯，反应装置和相关数据如下，加热和夹持仪器未画出。 物质 乙醇 苯甲酸 乙醚 苯甲酸乙酯 密度(g/cm3) 0.789 3 1.265 9 0.731 8 1.050 0 沸点/℃ 78.5 249 34.5 212.0 相对分子质量 46 122 74 150 Ⅰ .合成苯甲酸乙酯粗产品：按图甲装置，在仪器A中加入2.44 g苯甲酸、15 mL乙醇、3.0 mL浓硫酸和适量环己烷(环己烷与乙醇、水形成共沸物，沸点为62.1 ℃)，控制一定温度，2 h后停止加热。 回答下列问题： (1)仪器C的名称是______________，其作用是__________________________________。 (2)仪器A中生成苯甲酸乙酯的化学方程式为___________________________________。 Ⅱ .分离与提纯苯甲酸乙酯粗产品： ①将仪器A中的反应液倒入盛有适量水的烧杯中，分批加入饱和Na2CO3溶液至溶液呈中性。 ②用分液漏斗分出步骤①中的有机层，用乙醚萃取水层中残留产品，然后合并有机层，并向其中加入无水MgSO4，经“一定操作”后得到粗产品。 ③将粗产品转移至图乙的仪器D中进行减压蒸馏，收集211～213 ℃的馏分，制得产品2.25 g。 (3)加入饱和Na2CO3溶液的作用主要是①溶解乙醇，②中和__________________________(填物质名称)，③降低苯甲酸乙酯的溶解度。 (4)加入无水MgSO4后的“一定操作”的名称是______。 (5)图乙中毛细管的作用是________________。 (6)本实验的产率为______。 解析：按图甲装置，在仪器A中加入2.44 g苯甲酸、15 mL乙醇、3.0 mL浓硫酸和适量环己烷(环己烷与乙醇、水形成共沸物，沸点为62.1 ℃)，控制一定温度，2 h后停止加热，①将仪器A中的反应液倒入盛有适量水的烧杯中，分批加入饱和Na2CO3溶液至溶液呈中性。②用分液漏斗分出步骤①中的有机层，用乙醚萃取水层中残留产品，然后合并有机层，并向其中加入无水MgSO4，过滤后得到粗产品，③将粗产品转移至图乙的仪器D中进行减压蒸馏，收集211～213 ℃的馏分，制得产品2.25 g。 (1)仪器C的名称是球形冷凝管，其作用是冷凝回流，提高苯甲酸乙酯的产率。 (3)加入饱和Na2CO3溶液的作用主要是①溶解乙醇，②中和未反应的苯甲酸和作为催化剂的硫酸，③降低苯甲酸乙酯的溶解度。 (4)加入无水MgSO4后，过滤得到苯甲酸乙酯的粗产品。 (5)乙中毛细管的作用是防止暴沸，与沸石的作用相似。 (6)2.44 g苯甲酸的物质的量是2.44 g÷122 g/mol＝0.02 mol，15.0 mL乙醇的物质的量是 mol＞0.02 mol，所以乙醇过量，理论上生成苯甲酸乙酯的物质的量是0.02 mol，质量是0.02 mol×150 g/mol＝3.0 g，所以产率是×100%＝75%。 [对应学生用书P17] 1．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．分液 C．蒸馏 D．蒸发 C　解析：由信息可知，“蒸令气上”应是利用互溶混合物的沸点差异进行分离，则该法为蒸馏。 2．(2024·浙江91高中联盟期中)下列有关物质分离或提纯的说法不正确的是(　　) A．可用重结晶法提纯含有少量氯化钠和泥沙的苯甲酸晶体 B．萃取操作中，倒转分液漏斗振荡并适时旋开活塞放气 C．向容量瓶转移液体时，引流时不能用玻璃棒接触容量瓶内壁 D．蒸馏操作结束后，应先停止加热，再停止通冷凝水 C　解析：重结晶是利用混合物中各组分在同一溶剂中溶解度不同以及溶解度随温度的变化程度不同，从而除去杂质，可用重结晶法提纯含有少量氯化钠和泥沙的苯甲酸晶体，A正确；萃取时需平衡气压，则萃取操作振荡时，要不时打开分液漏斗的活塞放气，B正确；转移液体时，玻璃棒下端在容量瓶内壁刻度线以下，则引流用的玻璃棒接触容量瓶内壁，C错误；蒸馏时应充分冷凝，则蒸馏完毕后，应先停止加热，待装置冷却后，停止通水，再拆卸蒸馏装置，D正确。 3．下列有关有机物分离提纯的方法不正确的是(　　) 混合物 试剂 分离提纯的方法 A 苯甲酸(NaCl) 蒸馏水 重结晶 B 苯(溴) NaOH溶液 分液 C 乙醇(水) CaO 蒸馏 D 乙烷(乙烯) 酸性KMnO4溶液 洗气 D　解析：苯甲酸的溶解度随温度变化而有较大的变化，故可以利用重结晶的方法除去苯甲酸中的NaCl，A正确；溴可与NaOH溶液反应，而苯难溶于水，形成互不相溶的混合物，再利用分液把它们分开，就可以除去苯中的溴，B正确；乙醇与水混合直接蒸馏时容易形成共沸物，可加入CaO与水反应生成不挥发且受热不分解的氢氧化钙，加热回流一段时间，再蒸馏可得无水乙醇，C正确；乙烯与酸性KMnO4溶液反应生成CO2，引入了新杂质，所以除去乙烷中的乙烯杂质时，不能使用酸性KMnO4溶液，应该选用溴水，D错误。 4．某兴趣小组的同学为制备1­氯­2­甲基丙烷(沸点69 ℃)，将2­甲基­1­丙醇和POCl3溶于CH2Cl2中，加热回流(伴有HCl气体产生)。反应完全后倒入冰水中分解残余的POCl3，分液收集CH2Cl2层，无水MgSO4干燥、过滤、蒸馏后得到目标产物。上述过程中涉及的装置或操作错误的是(夹持及加热装置略)(　　) B　解析：依题意，制备产品需要“搅拌、加热回流”，A正确；副产物氯化氢极易溶于氢氧化钠溶液，不能直接将尾气通入氢氧化钠溶液中，易发生倒吸，B错误；分液收集二氯甲烷层需用到分液漏斗，振荡时需将分液漏斗倒转过来放气，避免分液漏斗内气压过大，发生危险，C正确；蒸馏时需要用温度计指示温度，冷凝水从下口进、上口出，提高冷凝效率，D正确。 5．实验室由环己醇制备环己酮的流程如图所示。 已知：主反应为，为放热反应；环己酮可被强氧化剂氧化；环己酮沸点为155 ℃，能与水形成沸点为95 ℃的共沸混合物。下列说法错误的是(　　) A．分批次加入重铬酸钠可防止副产物增多 B．反应后加入少量草酸的目的是调节pH C．①、②、③分别是含有硫酸和Cr3＋的水相、含NaCl的水相、K2CO3水合物 D．操作1为蒸馏，收集150～156 ℃的馏分；获取③的操作为过滤 B　解析：环己酮可被强氧化剂氧化，分批次加入重铬酸钠可防止副反应发生，A正确。加少量草酸的目的是还原过量的氧化剂重铬酸钠，防止环己酮被氧化，B错误。95 ℃蒸馏收集的馏分是环己酮和水的共沸物，①中是含有硫酸和Cr3＋的水相；液相2中水和环己酮互不相溶，加入氯化钠可增大水层的密度，有利于分液，②中是含NaCl的水相；液相3中仍含有少量的水，加入无水碳酸钾除水，③中是K2CO3水合物，C正确。液相3得到纯净环己酮的方法是蒸馏，收集150～156 ℃的馏分；加入碳酸钾吸收少量的水得到碳酸钾水合物，通过过滤和环己酮分离，D正确。 6．(2024·南阳高二期中)异戊酸异戊酯可作为苹果香精原料，某实验小组的同学选用如图装置制备异戊酸异戊酯。相关数据如表所示。 相对分子质量 密度/(g/cm3) 沸点/℃ 水中溶解性 异戊醇 88 0.812 3 131 微溶 异戊酸 102 0.928 6 176.5 能溶 异戊酸异戊酯 172 0.807 1 192 难溶 实验步骤： 在圆底烧瓶中加入12.0 g异戊醇、10.2 g异戊酸、一定量浓硫酸和2～3片碎瓷片，开始缓慢加热圆底烧瓶，回流1 h，反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤；分出的产物加入少量无水MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4固体，进行蒸馏纯化，收集192 ℃馏分，得异戊酸异戊酯4.3 g。 回答下列问题： (1)仪器甲的名称是____________，其中冷凝水的进水口为______(填“a”或“b”)。 (2)实验室混合溶液的具体操作为将________(填“异戊醇和异戊酸混合液”或“浓硫酸”，下同)缓缓加入________________中，边混合，边搅拌。 (3)若实验过程中发现忘记加碎瓷片，应进行的操作为____________________________。 (4)在洗涤操作中，应用饱和碳酸氢钠溶液洗涤的主要目的是_______________，第二次水洗的主要目的是_____________________________________________________________。 (5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是________________________。 (6)本实验的产率为______。 答案：(1)球形冷凝管　b (2)浓硫酸　异戊醇和异戊酸混合液 (3)停止加热，待冷却后补加沸石，继续实验 (4)除掉硫酸和异戊酸　洗掉碳酸氢钠 (5)除去异戊酸异戊酯中的水 (6)25% 解析：(1)仪器甲的名称是球形冷凝管，其中冷凝水应下口进，上口出。 (2)实验室混合溶液的具体操作为将浓硫酸加入异戊醇和异戊酸混合液中，边混合，边搅拌。 (3)若实验过程中发现忘记加沸石，应进行的操作为停止加热，待冷却后补加沸石，继续实验。 (4)在洗涤操作中，应用饱和碳酸氢钠溶液洗涤的主要目的是除掉硫酸和异戊酸，第二次水洗的主要目的是洗掉加入的碳酸氢钠。 (5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是除去异戊酸异戊酯中的水。 (6)异戊酸的物质的量为＝0.1 mol，异戊醇的物质的量为＝ mol，二者发生酯化反应时物质的量的比是1∶1，可见异戊醇过量，反应制取得到的异戊酸异戊酯要以不足量的异戊酸为标准计算，则理论上制取得到0.1 mol的异戊酸异戊酯，理论产量为m(异戊酸异戊酯)＝0.1 mol×172 g/mol＝17.2 g，实际产量为4.3 g，故其产率为×100%＝25%。 [课时梯级训练(3)见P167] 学科网（北京）股份有限公司 $$