第11单元 第46讲 物质制备综合实验(Word学案)-【高考快车道】2026年高考化学大一轮专题复习总复习

第46讲　物质制备综合实验 　 掌握物质制备型综合实验试题的分析和方案设计、评价与改进;能根据反应原理选取实验装置制取物质。 考点一　气体的制备 一、常见气体的实验室制备原理 (1)实验室中用稀H2SO4与锌制备H2的离子方程式为　 。  (2)实验室中用NaNO2溶液和NH4Cl溶液,在加热条件下制备N2的化学方程式为  　。  (3)实验室中用KClO3制备O2的化学方程式为 　。用KMnO4制备O2的化学方程式为  　。  (4)实验室中用H2O2制备O2的化学方程式为  　。用Na2O2与水反应制备O2的化学方程式为  　。  (5)实验室中用MnO2制备Cl2的化学方程式为  　。  (6)实验室中用KMnO4制备Cl2的化学方程式为 　。  (7)实验室中用醋酸钠固体与NaOH固体加热条件下制备CH4的化学方程式为  　。  (8)实验室中制备C2H4的化学方程式为  　。  (9)实验室中用电石制备C2H2的化学方程式为 　。  (10)实验室中用Ca(OH)2固体制备NH3的化学方程式为　 。  (11)实验室中用NaOH固体和浓氨水制备NH3的原理为  　。  (12)实验室中用生石灰和浓氨水制备NH3的化学方程式为　 。  (13)实验室中用FeS制备H2S的化学方程式为  　。  (14)实验室中用NaCl固体与浓硫酸制备HCl的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (15)实验室中用大理石制备CO2的化学方程式为 　。  (16)实验室中制备NO的化学方程式为  　。  (17)实验室中制备NO2的化学方程式为  　。  (18)实验室中制备SO2的化学方程式为  　。  二、气体制备的装置 1.气体制备的发生装置 选择反应装置一般需从反应物的状态、溶解性和反应条件确定制气装置类型,具体如下: (1)　 　　　　　　(2) (3) (1)固、固加热型:适用O2、NH3等制备。 操作注意事项:①试管要干燥;②试管口　　　　试管底;③加热时先预热再固定加热;④用KMnO4制取O2时,需在管口处塞　　　　　　　　。  (2)固、液或液、液加热型:适用Cl2等制备。 操作注意事项:①加热烧瓶时　　　　　;②反应物均为液体时,烧瓶内　 。  (3)固、液不加热型:适用O2、H2、CO2、SO2、NO、NO2等制备。 操作注意事项:①使用长颈漏斗时,要使漏斗下端　　　　　　　　　;②启普发生器只适用于　　　　　　　　　,且气体难溶于水;③使用分液漏斗既可以增强气密性,又可以控制液体流速。  2.气体的净化和干燥 (1)原理 酸性杂质用　　　　性物质吸收;  碱性杂质用　　　　性物质吸收;  易溶于水或能与水反应的杂质用水吸收; 还原性杂质,可用　　　　性较强的物质来吸收或转化;  氧化性杂质,可用　　　　性较强的物质来吸收或转化。  (2)气体的净化与干燥装置 ① 所用干燥剂 可干燥的气体 不可干燥的气体 　浓硫酸(酸性、强氧化性) 　H2、O2、Cl2、SO2、CO2、CO、CH4、N2 　　　　　　　　　　　等  ② 所用干燥剂 可干燥的气体 不可干燥的气体 　无水氯化钙(中性) 　H2、O2、Cl2、SO2、CO、CO2、CH4 　　　　  ③ 所用干燥剂 可干燥的气体 不可干燥的气体 　碱石灰(碱性) 　H2、O2、N2、CH4、NH3 　　　　　　　　　　　等  ④ 除杂试剂 可除去气体 Cu O2 CuO H2、CO Mg N2 3.气体的收集装置 根据气体的密度、水溶性以及是否与水或空气中的O2发生反应来确定气体的收集方法。 (1)　 　　　(2)　 　　(3) (1) 收集方法 收集原理 适用气体 排水法 　收集的气体　　　　　　　　　　　  　H2、O2、NO、CH4、C2H4等 (2) 收集方法 收集原理 适用气体 向上排 空气法 　收集的气体   　Cl2、HCl、CO2、NO2、H2S、SO2等 (3) 收集方法 收集原理 适用气体 向下排空气法 　收集的气体   H2、NH3等 4.尾气的吸收装置 (1)　 　　　　　　(2)　 　　　　(3) (1)吸收式 容器中盛有与有毒气体反应的溶液,将未反应的有毒气体吸收,使其不扩散到空气中造成污染。 (2)燃烧式 适当时候,点燃尖嘴中的可燃性气体,充分燃烧后,转化为对环境无污染的产物。 (3)收集式 利用气球或球胆将有毒气体收集后,另作处理,避免其逸散到空气中污染环境。 5.防倒吸装置 (1)肚容式 对NH3、HCl等易溶于水的气体进行吸收时,常用倒置的小漏斗、干燥管、双耳球等防倒吸装置,如图所示: (2)分液式 把导气管末端插入气体溶解度小的液体中,不会发生倒吸,气体进入上层液体被充分吸收。像HCl、NH3均可用如图所示装置吸收。 6.防堵塞装置 (1) 　　 (2) 　　(3) (1)液封式 若装置通畅,导气管内外的液面高度相同;若装置堵塞,则装置中的压强会增大,压迫液体沿导气管上升。 (2)恒压式 使分液漏斗内的压强与蒸馏烧瓶内的压强相同,保证分液漏斗中的液体顺利流下。 (3)防阻式 将棉花置于导管口,防止固体粉末或糊状物进入导管。 7.气体制备装置的创新 (1)加热固体制气体装置的创新:如图所示,该装置用于加热易熔化的固体物质,这样可有效地防止固体熔化时造成液体流出,如用草酸晶体受热分解制取CO气体可用此装置。 (2)“固(液)+液气体”装置的创新 图A的改进优点是　 。  图B的改进优点是使圆底烧瓶和分液漏斗中的气体　 。  A　　 　　　　B (3)“块状固体+液体气体”装置的创新 ① 　　②　 　　③ ①大试管中的小试管中盛有液体反应物,起液封的作用,防止气体从长颈漏斗中逸出,这样设计可节约试剂。 ②装置可通过伸入或拉出燃烧匙,做到控制反应的发生和停止。 ③装置通过倾斜Y形管使液体与固体接触发生反应,便于控制反应的进行。 (4)几个“随开随用,随关随停”的制气装置 [微点拨] 气体制备中常涉及的考查角度 (1)排气方法 为了防止空气中的O2、CO2、水蒸气等干扰实验,常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中的空气;有时也可充分利用反应产物气体(如氨气、氯气、二氧化硫等)排尽装置中的空气。 (2)控制气体的流速及用量 ①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。 ②观察气泡,控制气流速度,如图甲,可通过观察气泡得到N2、H2的体积比约为1∶3的混合气体。 ③平衡气压,如图乙,用长玻璃管平衡气压,防堵塞。 (3)压送液体 根据装置的密封性,让反应生成气体或消耗气体,产生压强差,将液体压入或倒流入另一反应容器。 【对点自测】 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)制备二氧化碳用大理石和稀硫酸反应 (　) (2)实验室用KClO3或H2O2制取氧气时都用到MnO2,其作用相同 (　) (3)实验室用图①装置制取并收集氨 (　) (4)用图②装置除去氯气中的HCl气体 (　) (5)实验室用图③装置制取Cl2 (　) (6)用图④装置收集氨 (　) (7)用图⑤装置制取少量纯净的CO2气体 (　) (8)除去SO2中的水蒸气,可利用盛浓硫酸的U形管　　 (　) 题组一　气体的制备原理及发生装置的选择 1.实验室用如图所示装置和相关药品可以制备并收集相应气体的是 (　) 选项 装置 药品 制备气体 A MnO2、浓盐酸 Cl2 B 电石、饱和食盐水 HC≡CH C MnO2、30%双氧水 O2 D 铜片、稀硝酸 NO 2.实验室制备下列气体所选试剂、制备装置及收集方法均正确的是 (　) 气体 试剂 制备 装置 收集 方法 A NO2 Cu+浓HNO3 ① ⑥ B O2 MnO2+H2O2 ② ⑤ C NH3 NH4Cl ② ④ D CH2CH2 C2H5OH+浓H2SO4 ③ ⑥ 题组二　气体的净化和尾气处理 3.[2024·北京西城区统考] 除去制备气体中的杂质所选试剂正确的是 (　) 选项 气体 制备试剂 除杂试剂 A 氯气 二氧化锰、浓盐酸 饱和碳酸氢钠溶液 B SO2 铜、浓硫酸 饱和亚硫酸钠溶液 C 乙炔 电石、饱和食盐水 氢氧化钠溶液 D 乙烯 溴乙烷、NaOH乙醇溶液 水 4.实验室中某些气体的制取、收集、尾气处理(或性质实验)装置如图所示,用此装置和下表中提供的物质完成相关实验,合理的选项是 (　) 选项 Ⅰ中的 物质 Ⅱ中收集 的气体 Ⅲ中的 物质 A Cu和浓硝酸 NO2 水 B 浓盐酸和MnO2 Cl2 NaOH溶液 C 亚硫酸钠和浓硫酸 SO2 NaOH溶液 D 浓氨水和CaO NH3 酚酞溶液 规律小结 气体净化与干燥的先后顺序 (1)若采用溶液除杂,应该是除杂在前,干燥在后,其原因是气体除杂过程中会从溶液中带出水蒸气,干燥剂可除去水蒸气。如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2,欲制得干燥、纯净的CO2,可先将产生的气体通过饱和NaHCO3溶液,除去混入其中的HCl气体,再通过浓硫酸除去水蒸气。 (2)若采用加热除杂,则一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g),可先将混合气体通过碱石灰,除去CO2和H2O(g),再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管,除去O2,即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜网,因气体中混有水蒸气,易使硬质玻璃管炸裂。 考点二　无机化合物的制备 1.氢氧化亚铁 (1)原理 离子方程式为　 。  (2)注意事项:原则是必须在无氧环境下制取。可以采用下面的措施或独特设计: ①Fe(OH)2有强还原性,易被氧化而迅速变色,因此用于配制硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液的蒸馏水要　　　　　,以便除去水中　　　　　　　　。  ②将吸有氢氧化钠溶液的胶头滴管伸入硫酸亚铁溶液液面　　　,再将氢氧化钠溶液　　　　。  ③还可在硫酸亚铁溶液上加一层　　　　,尽量减少接触　　　　　　。  2.氢氧化铁胶体的制备 (1)原理 化学方程式:　 。  (2)操作步骤 加热40 mL蒸馏水至沸腾,逐滴滴加5~6滴饱和氯化铁溶液,继续煮沸至液体呈　 色,停止加热,不可搅拌。 3.固体物质制备的原则 (1)选择最佳反应途径 ①用铜制取硫酸铜: 　　　　　　　　　　　　　　。  ②用铜制取硝酸铜: 　　　　　　　　　　　　　　。  (2)选择最佳原料 用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜,应选用氢氧化钠溶液,而　　　　(填“能”或“不能”)选用氨水,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)选择适宜操作方法 如实验室制备氢氧化亚铁时,因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁,故要注意　　　　　　　　。再如由MgCl2·6H2O制取无水MgCl2要在　　　　气流中加热来　　　　　　　　　　　。  【对点自测】 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)将NH4Cl溶液蒸干制备NH4Cl固体 (　) (2)将氯化铝溶液蒸干制备无水AlCl3 (　) (3)将氯化铁溶液滴入稀氢氧化钠溶液中可快速制备氢氧化铁胶体 (　) (4)氯化铜溶液在氯化氢气流中加热可得无水氯化铜固体 (　) 题组　无机化合物的制备 1.[2024·陕西安康模拟] 磷酸锌[Zn3(PO4)2,相对分子质量为385]是钢铁、冶金工业中重要的防锈颜料,是一种白色结晶性粉末,其溶解度随温度升高而减小,实验室采用“氨-碳酸铵浸取法”制备磷酸锌的实验步骤如下: 步骤一:分别配制136.0 g 35%的(NH4)2CO3溶液和350.0 g 28%的氨水,并将二者以体积比为1∶3混合。 步骤二:在30 ℃下,用足量的(NH4)2CO3、氨水混合液浸取粗ZnO(杂质难溶,且不参与反应),装置如图甲所示。浸取后,过滤除去杂质得到[Zn(NH3)4]CO3溶液。 步骤三:向[Zn(NH3)4]CO3溶液中分批滴加稍过量的H3PO4溶液,保持70~80 ℃、回流条件下发生转化反应,装置如图乙所示。充分反应后,趁热过滤出Zn3(PO4)2·4H2O,将所得晶体加热得到Zn3(PO4)2。 甲 乙 回答下列问题: (1)仪器A的名称为　　　　　;仪器C与仪器B相比所具有的优点为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;仪器E中试剂的作用是吸收氨气,则该试剂应选择　　　　(填标号)。  a.生石灰 b.碱石灰 c.浓硫酸 d.五氧化二磷 (2)步骤一中配制(NH4)2CO3溶液时,最好选用规格为　　　　(填标号)的量筒量取蒸馏水。  a.10 mL b.50 mL c.100 mL d.250 mL (3)步骤二中“浸取”粗ZnO时,不采取更高温度的原因是　　　　　　　　　　　　　;“浸取”过程中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)步骤三中“趁热过滤”的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;转化反应的主反应除生成Zn3(PO4)2·4H2O外,还生成一种磷酸正盐和一种温室气体,则该主反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)本实验中使用27.0 g质量分数为90%的粗ZnO,最终得到30.8 g Zn3(PO4)2,则该实验中Zn3(PO4)2的产率为　　　　。  2.[2024·贵州卷] 十二钨硅酸在催化方面有重要用途。某实验小组制备十二钨硅酸晶体,并测定其结晶水含量的方法如下(装置如图,夹持装置省略): Ⅰ.将适量Na2WO4·2H2O、Na2SiO3·9H2O加入三颈烧瓶中,加适量水,加热,溶解。 Ⅱ.持续搅拌下加热混合物至近沸,缓慢滴加浓盐酸至pH为2,反应30分钟,冷却。 Ⅲ.将反应液转至萃取仪器中,加入乙醚,再分批次加入浓盐酸,萃取。 Ⅳ.静置后液体分上、中、下三层,下层是油状钨硅酸醚合物。 Ⅴ.将下层油状物转至蒸发皿中,加少量水,加热至混合液表面有晶膜形成,冷却结晶,抽滤,干燥,得到十二钨硅酸晶体(H4[SiW12O40]·nH2O)。 已知: ①制备过程中反应体系pH过低会产生钨的水合氧化物沉淀; ②乙醚易挥发、易燃,难溶于水且密度比水小; ③乙醚在高浓度盐酸中生成的 []+与[SiW12O40]4-缔合成密度较大的油状钨硅酸醚合物。 回答下列问题: (1)仪器a中的试剂是　　　　　　　　(填名称),其作用是　 。  (2)步骤Ⅱ中浓盐酸需缓慢滴加的原因是  　。  (3)下列仪器中,用于“萃取、分液”操作的有　　　　　　　　　　　(填名称)。  (4)步骤Ⅳ中“静置”后液体中间层的溶质主要是　　　　　　。  (5)步骤Ⅴ中“加热”操作　　　　(选填“能”或“不能”)使用明火,原因是　 。  (6)结晶水测定:称取m g十二钨硅酸晶体 (H4[SiW12O40]·nH2O,相对分子质量为M),采用热重分析法测得失去全部结晶水时失重w%,计算n=　　　　(用含w、M的代数式表示);若样品未充分干燥,会导致n的值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  考点三　有机化合物的制备 1.仪器 (1)三颈烧瓶:又称　　　　　,可以同时插入温度计或冷凝管以便测量反应温度或冷凝回流。三口烧瓶不适用玻璃棒搅拌,需要搅拌时可以使用专用搅拌器。  (2)分液漏斗或恒压滴液漏斗 用于滴加液体,可以控制滴加液体的速率,从而控制反应速率。 (3)温度计 控制反应液的温度或收集馏分的蒸气温度。若要控制反应液温度,温度计的水银球应插入反应液中,若要选择收集某温度下的馏分,则温度计的水银球应放在蒸馏烧瓶支管口附近。 (4)冷凝管 名称 适用的沸点范围 用途 直形冷凝管 沸点低于130 ℃ 适用于蒸馏或分馏 球形冷凝管 沸点低于130 ℃ 适用于回流 空气冷凝管 沸点高于130 ℃ 适用于蒸馏或分馏 冷凝水都要从　　　　口进,　　　　口出(空气冷凝管除外)。   2.制备装置 常见的反应装置如图所示(加热和部分夹持装置已省略): 3.液态有机物的分离提纯 有机制备实验有反应物转化率低、副反应多等特点,制得的产物中常混有杂质,根据目标产物与杂质的性质差异,可用如下方法分离提纯: (1)除无机物杂质的主要步骤 ①水洗(借助溶解度差异,除去大量的易溶于水的无机物),静置,分液。 ②相应的溶液洗涤(进一步通过化学反应,除去相应的无机物杂质),静置,分液。 ③水洗或盐溶液洗(加盐的作用是降低有机物在水溶液中的溶解度,目的是除去上一步加入的无机试剂),静置,分液。 ④干燥有机物 常用的干燥剂有CaO、无水CaCl2、无水MgSO4、无水Na2SO4等。 ⑤蒸馏 收集液态有机物。 (2)除去有机物杂质的仪器与装置 (3)产率计算 产率=×100%。 【对点自测】 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)制取乙烯时要注意使温度缓慢上升至170 ℃　　 (　) (2)制备乙酸乙酯的实验中,导管末端要伸入饱和Na2CO3溶液的液面下 (　) (3)苯、浓溴水和铁粉混合,反应后可制得溴苯 (　) (4)制备乙酸乙酯时,将乙醇和乙酸依次加入浓硫酸中　　 (　) 题组　有机化合物的制备 1.[2024·黑吉辽卷] 某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下: Ⅰ.向50 mL烧瓶中分别加入5.7 mL乙酸 (100 mmol)、8.8 mL乙醇(150 mmol)、1.4 g NaHSO4固体及4~6滴1‰甲基紫的乙醇溶液。向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。 Ⅱ.加热回流50 min后,反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。 Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。 Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。 Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得无色液体6.60 g,色谱检测纯度为98.0%。 回答下列问题: (1)NaHSO4在反应中起　　　　作用,用其代替浓H2SO4的优点是　　　　　　　　　　　　　　(答出一条即可)。  (2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可  　。  (3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是　　　　(填标号)。  A.无需分离 B.增大该反应平衡常数 C.起到沸石作用,防止暴沸 D.不影响甲基紫指示反应进程 (4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是　　　　　　(填名称)。  (5)该实验乙酸乙酯的产率为　　　　(精确至0.1%)。  (6)若改用C2OH作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为 　　　　(精确至1)。  2.[2023·辽宁卷] 2-噻吩乙醇(Mr=128)是抗血栓药物氯吡格雷的重要中间体,其制备方法如下: Ⅰ.制钠砂。向烧瓶中加入300 mL液体A和4.60 g金属钠,加热至钠熔化后,盖紧塞子,振荡至大量微小钠珠出现。 Ⅱ.制噻吩钠。降温至10 ℃,加入25 mL噻吩,反应至钠砂消失。 Ⅲ.制噻吩乙醇钠。降温至-10 ℃,加入稍过量的环氧乙烷的四氢呋喃溶液,反应30 min。 Ⅳ.水解。恢复室温,加入70 mL水,搅拌30 min;加盐酸调pH至4~6,继续反应2 h,分液;用水洗涤有机相,二次分液。 Ⅴ.分离。向有机相中加入无水MgSO4,静置,过滤,对滤液进行蒸馏,蒸出四氢呋喃、噻吩和液体A后,得到产品17.92 g。 回答下列问题: (1)步骤Ⅰ中液体A可以选择　　　　。  a.乙醇 b.水 c.甲苯 d.液氨 (2)噻吩沸点低于吡咯()的原因是 　 。  (3)步骤Ⅱ的化学方程式为  　　　　　　　　　　。  (4)步骤Ⅲ中反应放热,为防止温度过高引发副反应,加入环氧乙烷溶液的方法是  　。  (5)步骤Ⅳ中用盐酸调节pH的目的是  　。  (6)下列仪器在步骤Ⅴ中无需使用的是 　　　　　　　　(填名称);无水MgSO4的作用为  　　　　　　　 　　　。  (7)产品的产率为　　　　(用Na计算,精确至0.1%)。  规律小结 有机物制备实验题的答题思路 　根据题给信息,初步判定物质性质 　有机物制备一般会给出相应的信息,通常会以表格的形式给出,表格中的数据主要是有机化合物的密度、沸点和在水中的溶解度,在分析这些数据时要多进行横向和纵向比较,密度主要是与水比较,沸点主要是表中各物质的比较,溶解度主要是判断溶解规律。主要根据这些数据选择分离、提纯的方法 　注意仪器名称和作用 　所给的装置图中有一些不常见的仪器,要明确这些仪器的作用 　关注有机反应条件 　大多数有机反应副反应较多,且为可逆反应,因此设计有机物制备实验方案时,要注意控制反应条件,尽可能选择步骤少、副产物少的反应;由于副产物多,所以需要进行除杂、净化。另外,若为两种有机物参加的可逆反应,应考虑多加一些价廉的有机物,以提高另一种有机物的转化率和生成物的产率 经典真题·明考向 1.[2024·河北卷] 图示装置不能完成相应气体的发生和收集实验的是(加热、除杂和尾气处理装置任选) (　) 选项 气体 试剂 A SO2 饱和Na2SO3溶液+浓硫酸 B Cl2 MnO2+浓盐酸 C NH3 固体NH4Cl+熟石灰 D CO2 石灰石+稀盐酸 2.[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+8CH3CN2[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)中反应,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 回答下列问题: (1)下列与实验有关的图标表示排风的是　　　　(填标号)。  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　　　　(填标号)。  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)。  3.[2024·全国新课标卷] 吡咯类化合物在导电聚合物、化学传感器及药物制剂上有着广泛应用。一种合成1-(4-甲氧基苯基)-2,5-二甲基吡咯(用吡咯X表示)的反应和方法如下: 实验装置如图所示,将100 mmol 己-2,5-二酮(熔点:-5.5 ℃,密度:0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入①中,搅拌。 待反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体。加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂,回流20 min,趁热过滤。滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出。经过滤、洗涤、干燥得到产品。 回答下列问题: (1)量取己-2,5-二酮应使用的仪器为  (填名称)。 (2)仪器①用铁夹固定在③上,③的名称是　　　　　　;仪器②的名称是　　　　　　。  (3)“搅拌”的作用是　 。  (4)“加热”方式为　　　　　　。  (5)使用的“脱色剂”是　　　　。  (6)“趁热过滤”的目的是 　　　 　　　;用　　　　　　　　洗涤白色固体。  (7)若需进一步提纯产品,可采用的方法是　 。  学科网（北京）股份有限公司 $ 第46讲　物质制备综合实验 考点一 ● 夯实必备知识 一、(1)Zn+2H+Zn2++H2↑ (2)NH4Cl+NaNO2NaCl+2H2O+N2↑ (3)2KClO32KCl+3O2↑　 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ (4)2H2O22H2O+O2↑　 2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑ (5)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O (6)2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O (7)CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑ (8)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O (9)CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑ (10)Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O (11)NaOH固体溶于水时放出大量热,且溶于水后c(OH-)增大,使氨溶解平衡左移,NH3逸出 (12)CaO+NH3·H2OCa(OH)2+NH3↑ (13)FeS+H2SO4FeSO4+H2S↑ (14)2NaCl+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑ (15)CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O (16)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O (17)Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (18)Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+H2O+SO2↑ 二、1.(1)略低于　一小团棉花 (2)要垫陶土网　要加碎瓷片(或沸石) (3)插入液面以下　块状固体和液体反应 2.(1)碱　酸　氧化　还原 (2)①NH3、HBr、HI、H2S　②NH3　③Cl2、SO2、CO2、NO2、HCl 3.(1)不与水反应且难溶于水 (2)不与空气反应,密度比空气大,且与空气密度相差较大 (3)不与空气反应,密度比空气小,且与空气密度相差较大 7.(2)能控制反应液的温度　压强相等,便于液体顺利流下 【对点自测】 (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　 (8)× [解析] (1)不能用稀硫酸,因生成的硫酸钙会附着在大理石表面阻止反应的进行。 (2)实验室用KClO3或H2O2制取氧气时,都用MnO2作催化剂。 (3)NH3易溶于水,不能用排水法收集。 (4)应用饱和NaCl溶液。 (5)用二氧化锰和浓盐酸制备氯气时应加热。 (6)试管不能密闭。 (7)纯碱易溶于水,不能用该装置制CO2。 (8)应用洗气瓶。 ● 提升关键能力 题组一 1.C　[解析] 题图所示是一套固液常温下反应制气体的反应装置,产生的气体须采用向上排空气法收集,即产生的气体的密度大于空气且不与空气中气体反应。浓盐酸与二氧化锰制氯气需要加热,A项不符合题意;乙炔密度小于空气,B项不符合题意;双氧水在二氧化锰的催化作用下分解产生O2,O2的密度大于空气,C项符合题意;NO的密度与空气接近,且易与空气中的氧气反应生成NO2,不能用排空气法收集,D项不符合题意。 2.D　[解析] 二氧化氮与水反应,不能选⑥收集二氧化氮,A项错误;过氧化氢和二氧化锰反应制取氧气,是固体和液体反应制取气体,②中试管应竖直,且不需要加热,不能选②制备氧气,且O2密度大于空气,应选择向上排空气法收集,收集方法错误,B项错误;加热氯化铵,分解生成氨气和氯化氢,在试管口氨气与氯化氢又重新化合生成氯化铵,不能制备氨气,且NH3密度比空气小,应选择向下排空气法收集,收集方法错误,C项错误;乙醇在170 ℃时发生消去反应生成乙烯,可选③装置,乙烯不溶于水,可选⑥装置收集,D项正确。 题组二 3.D　[解析] 二氧化锰与浓盐酸加热生成氯气,氯气中混有挥发出的HCl气体,可用饱和食盐水除去,饱和碳酸氢钠溶液与氯化氢反应会产生二氧化碳,A错误;铜与浓硫酸制备二氧化硫并没有其他挥发性气体杂质,应该用浓硫酸干燥,B错误;电石和饱和食盐水常温下反应生成乙炔,因电石中含有硫化物,同时会生成硫化氢,可用硫酸铜溶液将硫化氢沉淀除去,C错误;溴乙烷与NaOH在乙醇溶液条件下,发生消去反应生成乙烯,挥发的乙醇可以用水吸收,D正确。 4.C　[解析] 铜与浓硝酸反应生成NO2,NO2与水反应能生成硝酸和NO,NO属于空气污染物且不溶于水,故不能用水来吸收尾气,A错误;二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气需要在加热条件下进行,氯化氢容易挥发,必须使用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢,B错误;亚硫酸钠与浓硫酸反应生成SO2气体,SO2的密度比空气大,可以用向上排空气法收集,SO2能与NaOH溶液反应,可以用NaOH溶液进行尾气处理,C正确;氨气的密度比空气小,收集装置的导管应该改为短进长出,D错误。 考点二 ● 夯实必备知识 1.(1)Fe2++2OH-Fe(OH)2↓ (2)①煮沸　溶解的氧气　②下　挤出　③植物油(或苯等,合理即可)　空气 2.(1)FeCl3+3H2OFe(OH)3(胶体)+3HCl　(2)红褐 3.(1)①2Cu+O22CuO、CuO+H2SO4(稀)CuSO4+H2O ②2Cu+O22CuO、CuO+2HNO3(稀)Cu(NO3)2+H2O (2)不能　氢氧化铜可溶解在氨水中 (3)隔绝空气　氯化氢(或HCl)　抑制Mg2+水解 【对点自测】 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√ [解析] (1)NH4Cl受热发生分解反应生成NH3和HCl,不能制备NH4Cl固体,错误。 (2)直接加热蒸干AlCl3溶液会得水解产物氢氧化铝,错误。 (3)将FeCl3溶液滴入稀NaOH溶液中会生成氢氧化铁沉淀,错误。 (4)在氯化氢气流中加热CuCl2溶液可抑制Cu2+水解,得到无水CuCl2固体,正确。 ● 提升关键能力 题组 1.(1)三颈烧瓶　可以平衡内外气压,便于液体顺利流下　d (2)c (3)防止氨水分解、挥发　ZnO+(NH4)2CO3+2NH3·H2O[Zn(NH3)4]CO3+3H2O或ZnO+(NH4)2CO3+2NH3[Zn(NH3)4]CO3+H2O (4)Zn3(PO4)2在水中的溶解度随温度的升高而降低 3[Zn(NH3)4]CO3+6H3PO4Zn3(PO4)2+4(NH4)3PO4+3CO2↑+3H2O (5)80% [解析] 分别配制136.0 g 35%的(NH4)2CO3溶液和350.0 g 28%的氨水,并将二者以体积比为1∶3混合,在30 ℃下,用足量的(NH4)2CO3、氨水混合液浸取粗ZnO(杂质难溶,且不参与反应),浸取后,过滤除去杂质得到[Zn(NH3)4]CO3溶液,向[Zn(NH3)4]CO3溶液中分批滴加稍过量的H3PO4溶液,保持70~80 ℃、回流条件下发生转化反应。(1)由图可知,A为三颈烧瓶;恒压分液漏斗可以平衡漏斗内外气压,便于液体顺利流下;生石灰可以干燥氨气,不能用于吸收氨气,a错误;碱石灰可以干燥氨气,不能用于吸收氨气,b错误;浓硫酸可以吸收氨气,但球形干燥管中只能放固体试剂,c错误;五氧化二磷吸收水反应生成磷酸,磷酸和氨气反应,可用于吸收氨气,d正确。(2)步骤一中配制(NH4)2CO3溶液时,需要蒸馏水的质量为136.0 g×(1-35%)=88.4 g,体积约为 88.4 mL,故最好选用规格为100 mL的量筒量取蒸馏水,故选c。(3)步骤二中“浸取”粗ZnO时,不采取更高温度的原因是防止氨水分解、挥发;“浸取”过程中,ZnO、(NH4)2CO3、NH3·H2O反应生成[Zn(NH3)4]CO3和H2O,反应的化学方程式为ZnO+(NH4)2CO3+2NH3·H2O [Zn(NH3)4]CO3+3H2O或ZnO+(NH4)2CO3+2NH3[Zn(NH3)4]CO3+H2O。(4)趁热过滤的原因是Zn3(PO4)2在水中的溶解度随温度的升高而降低;步骤三中转化反应的主反应除生成Zn3(PO4)2外,还生成磷酸锌和CO2,化学方程式为3[Zn(NH3)4]CO3+6H3PO4Zn3(PO4)2+4(NH4)3PO4+3CO2↑+3H2O。(5)根据锌元素守恒,理论上得到的Zn3(PO4)2的物质的量为n(ZnO)=×=0.1 mol,理论上得到的Zn3(PO4)2的质量为0.1 mol×385 g· mol-1=38.5 g,则该实验中Zn3(PO4)2的产率为×100%=80%。 2.(1)碱石灰(或氢氧化钠固体等)　吸收挥发出来的氯化氢　 (2)防止制备过程中局部pH过低而产生钨的水合氧化物沉淀 (3)分液漏斗、烧杯　(4)NaCl (5)不能　乙醚易挥发、易燃,遇明火极易发生危险 (6)　偏小 [解析] (1)浓盐酸具有挥发性,会污染环境,故a中试剂的作用是吸收挥发出来的氯化氢,可以是碱石灰或NaOH固体等。 (2)由于制备过程中反应体系pH过低会产生钨的水合氧化物沉淀,故步骤Ⅱ中浓盐酸需缓慢滴加,防止制备过程中局部pH过低。 (3)萃取分液需要使用分液漏斗,同时需要烧杯来盛放分液后的液体,故用于“萃取、分液”操作的有分液漏斗、烧杯。 (4)步骤Ⅳ中“静置”后液体分为上、中、下三层,其中下层液体为油状钨硅酸醚合物,乙醚难溶于水,且密度比水小,故上层为乙醚,中间层为水层,步骤Ⅱ反应过程中生成易溶于水的NaCl,则中间层的溶质主要为NaCl。 (5)由于乙醚易挥发、易燃,下层油状物中加热会产生乙醚,故步骤Ⅴ中“加热”操作不能使用明火。 (6)m g十二钨硅酸晶体的物质的量为n1= mol,结晶水占总质量的w%,则结晶水的物质的量为n2= mol,所以n==;若未充分干燥,则w%变小,n偏小。 考点三 ● 夯实必备知识 1.(1)三口烧瓶　(4)下　上 【对点自测】 (1)×　(2)×　(3)×　(4)× [解析] (1)缓慢加热时有副反应发生而生成较多的乙醚,错误。 (2)导管末端伸入饱和Na2CO3溶液中会引起倒吸,错误。 (3)不是浓溴水,是液溴,错误。 (4)应先加乙醇再加浓硫酸、乙酸,错误。 ● 提升关键能力 题组 1.(1)催化剂　副产物少、无有毒气体二氧化硫产生 (2)吸收生成的水,使平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率　(3)AD (4)分液漏斗　(5)73.5% (6)90 [解析] 乙酸与过量乙醇在一定温度、硫酸氢钠作催化剂的条件下反应制取乙酸乙酯,甲基紫和变色硅胶均可指示反应进程,且变色硅胶通过吸水使酯化反应的平衡正向移动,提高原料利用率,用饱和碳酸钠溶液除去其中的乙酸至无二氧化碳逸出,分离出有机相、洗涤、加无水硫酸镁后过滤,蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得纯度为98.0%的乙酸乙酯6.60 g。 (1)该实验可实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,用浓H2SO4时,浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂,所以NaHSO4在反应中起催化剂作用;浓硫酸还具有强氧化性和脱水性,用浓H2SO4在加热条件下反应时,可能发生副反应,且浓硫酸的还原产物二氧化硫为有毒气体,所以用NaHSO4代替浓H2SO4的优点是副产物少,可绿色制备乙酸乙酯,无有毒气体二氧化硫产生。 (2)变色硅胶除指示反应进程外,还可通过吸收加热时生成的水,使酯化反应的平衡正向移动,提高乙酸乙酯的产率。 (3)若向反应液中直接加入变色硅胶,则反应后需要过滤出硅胶,而使用小孔冷凝柱承载则无需分离,故A正确;反应的平衡常数只与温度有关,使用小孔冷凝柱承载不能增大该反应平衡常数,故B错误;小孔冷凝柱承载变色硅胶,并没有将其投入溶液中,不能起到沸石作用,不能防止暴沸,故C错误;由题中“反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热”可知,若向反应液中直接加入变色硅胶,会干扰颜色的观察,所以使用小孔冷凝柱承载不影响甲基紫指示反应进程,故D正确。 (4)容量瓶用于配制一定物质的量浓度的溶液,分离有机相和洗涤有机相不需要容量瓶;漏斗用于固液分离,分离有机相和洗涤有机相不需要漏斗;分离液态有机相和洗涤液态有机相也不需要洗气瓶;分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是分液漏斗。 (5)由反应CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOC2H5+H2O可知,100 mmol乙酸与150 mmol乙醇反应时,理论上可获得乙酸乙酯的质量为0.1 mol×88 g·mol-1=8.8 g,则该实验乙酸乙酯的产率为×100%=73.5%。 (6)若改用C2OH作为反应物进行反应,根据“酸脱羟基醇脱氢”,反应为CH3COOH+C2OH CH3CO18OC2H5+H2O,生成的乙酸乙酯的摩尔质量为90 g·mol-1,所以质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为90。 2.(1)c　(2)中含有N—H,可以形成分子间氢键,从而使其沸点升高 (3)2+2Na2+H2↑ (4)利用分液漏斗将环氧乙烷溶液缓缓加入,并不断搅拌来散热 (5)将2-噻吩乙醇钠水解生成的NaOH中和,使水解平衡正向移动,增大反应物的转化率,提高产率 (6)球形冷凝管和分液漏斗　除去水 (7)70.0% [解析] (1)步骤Ⅰ制钠砂过程中,液体A不能和Na反应,而乙醇、水和液氨都能和金属Na反应,故选c。 (2)噻吩沸点低于吡咯()的原因:中含有N—H,可以形成分子间氢键,从而使其沸点升高。 (3)步骤Ⅱ中和Na在10 ℃反应生成2-噻吩钠和H2,化学方程式为2+2Na2+H2↑。 (4)步骤Ⅲ中反应放热,为防止温度过高引发副反应,加入环氧乙烷溶液的方法:利用分液漏斗将环氧乙烷溶液缓缓加入,并不断搅拌来散热。 (5)2-噻吩乙醇钠水解生成2-噻吩乙醇的过程中有NaOH生成,用盐酸调节pH的目的是将生成的NaOH中和,使2-噻吩乙醇钠的水解平衡正向移动,增大反应物的转化率,提高产率。 (6)步骤Ⅴ中的操作有过滤、蒸馏。蒸馏的过程中需要直形冷凝管,不能用球形冷凝管,无需使用的是球形冷凝管和分液漏斗;向有机相中加入无水MgSO4的作用是除去水。 (7)步骤Ⅰ中向烧瓶中加入300 mL液体A和4.60 g金属钠,Na的物质的量为=0.2 mol,步骤Ⅱ中Na完全反应,根据反应原理可知,理论上可以生成0.2 mol 2-噻吩乙醇,产品的产率为×100%=70.0%。 经典真题·明考向 1.C　[解析] 如图所示的气体发生装置可以为固液(或液液)加热型,也可以是固液(或液液)不加热型;右侧气体收集装置,长进短出为向上排空气法,短进长出为向下排空气法,装满水后短进长出为排水法。饱和Na2SO3溶液和浓硫酸反应可以制SO2,使用液液不加热制气装置,SO2的密度比空气大,用向上排空气法收集,可以完成相应气体的发生和收集实验,A不符合题意;MnO2和浓盐酸加热反应可以制Cl2,使用固液加热制气装置,Cl2的密度比空气大,用向上排空气法收集,可以完成相应气体的发生和收集实验,B不符合题意;固体NH4Cl与熟石灰加热可以制NH3,需要使用固固加热制气装置,图中装置不合理,不能完成相应气体的发生和收集实验,C符合题意;石灰石(主要成分为CaCO3)和稀盐酸反应可以制CO2,使用固液不加热制气装置,CO2的密度比空气大,用向上排空气法收集,可以完成相应气体的发生和收集实验,D不符合题意。 2.(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)防止直接蒸馏时,[Cu(CH3CN)4]ClO4中CH3CN解配而挥发,提高产率 (6)C　(7)81.2% [解析] 将3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O(0.01 mol)和0.76 g Cu粉(约0.012 mol)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)A~E依次表示为护目镜、明火、热烫、排风、洗手,表示排风的为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,Cu粉过量,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已充分反应完全。 (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,容易被空气中的氧气氧化,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)由信息①可知,CH3CN是一种易挥发的强极性配位溶剂,若由步骤c直接获得,会使[Cu(CH3CN)4]ClO4中配位的CH3CN挥发,不能得到产物,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)由(5)可知,母液为[Cu(CH3CN)4]ClO4的乙腈饱和溶液,乙腈是强极性溶剂,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,与乙腈混溶的同时扩大与[Cu(CH3CN)4]ClO4的极性差,进而使[Cu(CH3CN)4]ClO4析出,水、乙醇均为极性溶剂,乙醚的极性最小,因此可选用的溶剂为乙醚,故答案为C。 (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%。 3.(1)量筒 (2)铁架台　球形冷凝管 (3)使反应物充分混合,加速反应 (4)油浴(水浴)　(5)活性炭 (6)除去不溶性杂质,避免固体产物析出　50%的乙醇溶液 (7)重结晶 [解析] 将100 mmol 己-2,5二酮(熔点:-5.5 ℃,密度: 0.737 g·cm-3)与100 mmol 4-甲氧基苯胺(熔点:57 ℃)放入两颈烧瓶中,利用球形冷凝管进行冷凝回流提高原料利用率,通过搅拌来提高反应速率,反应完成后,加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品),加热至65 ℃,至固体溶解,加入脱色剂(脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,如活性炭),回流20 min,趁热过滤,使产品尽可能多地进入滤液,滤液静置至室温,冰水浴冷却,有大量白色固体析出,经过滤、洗涤、干燥得到产品。 (1)己-2,5二酮的摩尔质量为114 g·mol-1,根据题中所给数据可知,所需己-2,5二酮的体积为≈15.5 cm3=15.5 mL,所以选用量筒。 (2)仪器①为两颈烧瓶,利用铁夹和③固定仪器①,则③为铁架台;仪器②用于冷凝回流,为球形冷凝管。 (3)己-2,5二酮的熔点为-5.5 ℃,常温下为液体,4-甲氧基苯胺的熔点为57 ℃,常温下为固体,搅拌可使固液反应物充分接触,加快反应速率。 (4)由题给信息“加热至65 ℃”并且涉及有机物可知,不能使用明火加热,应用油浴或水浴加热,这样便于控制温度,且受热更均匀。 (5)“脱色剂”的作用是吸附反应过程中产生的有色物质,结合题中信息,加入脱色剂后回流,趁热过滤,保留滤液,即脱色剂为不溶于水和乙醇等溶剂的固体,所以可以选用活性炭作脱色剂。 (6)由题给信息可知,产品吡咯X为白色固体,加热至65 ℃,吡咯X可溶解在50%的乙醇溶液中,所以需趁热过滤,除去不溶性杂质的同时,使产品尽可能多地进入滤液,防止产品结晶损失,提高产率;由加入50%的乙醇溶液,析出浅棕色固体(即含杂质的产品)可知,常温下产品不溶于50%的乙醇溶液,所以为减少溶解损失,洗涤时可用50%的乙醇溶液。 (7)由产品的分离提纯过程可知,若需进一步提纯,可采用的方法为重结晶。 学科网（北京）股份有限公司 $