1、物质制备型综合实验一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.(2020郑州模拟)实验室利用乙醇催化氧化法制取并纯化乙醛的实验过程中,下列装置未涉及的是()【解析】选C。乙醇催化氧化生成乙醛和水:CH3CH2OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O,其中B装置是发生装置,而A、D分离提纯得到纯化乙醛,所以未涉及的是C装置。2.下列有机物只用一种常用试剂无法鉴别的是()A.乙醇、乙酸、溴苯B.汽油、乙醇、四氯化碳C.己烷、苯、甲苯D.己烯、苯、乙酸【解析】选C。乙酸具有酸性,可与碳酸钠溶液反应生成气体,乙醇易溶于水,而溴苯不溶于水,则可用碳酸钠溶液鉴别,故A不选;汽油不溶于水,密度比水小,
2、乙醇易溶于水,四氯化碳不溶于水,密度比水大,则加入水,现象各不相同,可用水鉴别,故B不选;都不溶于水,且密度比水小,加入一种试剂不能鉴别,故C选;己烯可与溴水发生加成反应,加入溴水,溶液褪色,苯不溶于水,加入溴水,有色层在上层,可鉴别,故D不选。3.(原创)锌与一定浓度的硫酸溶液反应,可用如下装置探究反应产物,若实验在标准状况下进行,下列说法正确的是()A.硫酸在反应中只作氧化剂B.若6.5 g锌与硫酸反应后,硫酸有剩余,氢氧化钠溶液增重为6.4 g,此时无法确定量气管中是否收集到气体C.若a g锌与足量硫酸反应完全后,氢氧化钠溶液增重b g,量气管内收集到V mL气体,则=+D.装有无水氯化
3、钙的U形管撤走后,H2与SO2物质的量之比的测量结果偏大【解析】选C。硫酸在与锌反应时,既作氧化剂,又表现酸性作用,A错误;6.5 g(0.1 mol)锌与硫酸反应生成SO2的反应方程式为Zn+2H2SO4ZnSO4+SO2+2H2O,若NaOH溶液增重,则收集到6.4 g(0.1 mol)SO2,此时可确定,无H2产生,B错误;锌与硫酸反应生成H22e- ,生成SO22e- ,根据电荷守恒,可知=+,C正确;无水氯化钙用于干燥产生的气体,若撤去U形管,会导致SO2测量结果偏大,则H2与SO2的物质的量之比测量结果偏小,D错误。4.实验室用Ca与H2反应制取氢化钙(CaH2)。下列实验装置和原
4、理不能达到实验目的的是()A.装置甲制取H2B. 装置乙净化干燥H2C.装置丙制取CaH2D.装置丁吸收尾气【解析】选D。 A. 装置甲利用稀盐酸与锌在简易装置中制取H2,实验装置和原理能达到实验目的,选项A不选;B. 装置乙利用氢氧化钠溶液吸收氢气中的氯化氢气体、利用浓硫酸干燥氢气,起到净化干燥H2的作用,实验装置和原理能达到实验目的,选项B不选;C. 装置丙利用纯净的氢气在高温条件下与钙反应制取CaH2,实验装置和原理能达到实验目的,选项C不选;D. 装置丁是用于防止空气中的水蒸气等进入装置中与钙或CaH2反应,实验原理与吸收尾气不符合,过量氢气应收集或点燃,选项D选。二、非选择题(本题包
5、括2小题,共26分)5.(12分)(2019曲靖模拟)三氯乙醛是基本有机合成原料之一,是生产农药、医药的重要中间体。某化学兴趣小组设计如图所示装置(夹持、加热仪器略),模拟工业生产进行制备三氯乙醛(CCl3CHO)的实验。查阅资料,有关信息如下:制备反应原理:C2H5OH+4Cl2CCl3CHO+5HCl可能发生的副反应:C2H5OH+HClC2H5Cl+H2O、CCl3CHO+HClOCCl3COOH(三氯乙酸)+HCl相关物质的相对分子质量及部分物理性质:C2H5OHCCl3CHOCCl3COOHC2H5Cl相对分子质量46147.5163.564.5熔点/-114.1-57.558-13
6、8.7沸点/78.397.819812.3溶解性与水互溶可溶于水、乙醇可溶于水、乙醇、三氯乙醛微溶于水,可溶于乙醇 (1)仪器E的名称是_,冷凝水的流向是_进_出(填“a”或“b”)。(2)该设计流程中存在一处缺陷,该缺陷是_, 引起的后果是_。(3)仪器A中发生反应的离子方程式为_。(4)该装置C可采用_加热的方法以控制反应温度在70 左右。(5)装置D干燥管的作用为_, 装置 D烧杯中的试剂是_。(6)反应结束后,从C中的混合物中分离出CCl3COOH的方法是_(填名称)。(7)已知:常温下Ka(CCl3COOH)=1.010-1 molL-1,Ka(CH3COOH)=1.710-5mol
7、L-1,请设计实验证明三氯乙酸、乙酸的酸性强弱:_。【解析】(1)根据仪器构造可知E是球形冷凝管,水的流向应该是下口进上口出。(2)生成的氯气中含有水蒸气,氯气能与水反应生成HCl与HClO,会发生CCl3CHO+HClOCCl3COOH+HCl、C2H5OH+HClC2H5Cl+H2O,导致装置C中副产物CCl3COOH、C2H5Cl增多。(3)高锰酸钾与浓盐酸反应生成氯化锰、氯气与水,反应的离子方程式为2Mn+16H+10Cl-2Mn2+5Cl2+8H2O。 (4)控制反应温度在70 左右,应采取水浴加热。(5)由于最终排出的气体中含有氯气和氯化氢,所以需要用氢氧化钠溶液吸收,防止污染空气
8、。干燥管的作用是防止倒吸。(6)CCl3COOH溶于乙醇与CCl3CHO,应采取蒸馏方法进行分离。(7)分别测定0.1 molL-1两种酸溶液的pH,三氯乙酸的pH较小,说明三氯乙酸电离程度比乙酸的大,则三氯乙酸的酸性比乙酸的强。答案:(1)球形冷凝管ab(2)缺少干燥氯气的装置导致装置C中副产物CCl3COOH、C2H5Cl增多(3)2Mn+16H+10Cl-2Mn2+5Cl2+8H2O(4)水浴(5)防止液体倒吸 氢氧化钠溶液(6)蒸馏(7) 分别测定0.1 molL-1两种酸溶液的pH,三氯乙酸的pH较小,说明三氯乙酸酸性比乙酸的强6.(14分)(2020汉中模拟)硫酰氯(SO2Cl2)
9、常作氯化剂或氯磺化剂,用于制作药品、染料、表面活性剂等。有关物质的部分性质如下表:物质熔点/沸点/其他性质SO2Cl2-54.169.1易水解,产生大量白雾100 以上易分解为SO2和Cl2H2SO410.4338具有吸水性且难分解实验室用干燥而纯浄的二氧化硫和氯气合成硫酰氯,反应的热化学方程式为SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(l)H=-97.3 kJ mol-1反应装置如图所示(夹持仪器已省略),请回答有关问题:(1)仪器B的名称为_;(2)仪器A的作用是_;(3)装置乙中盛放的试剂为_,在实验室用氢氧化钠溶液吸收多余硫酰氯的离子反应方程式为_;(4)为提高本实验中硫酰氯的产率,在实
10、验操作中需要注意的事项有_(填序号);先通冷凝水,再通气体控制气流速率,宜慢不宜快若三颈烧瓶发烫,可适当降温加热三颈烧瓶(5)少量硫酰氯也可用氯磺酸(ClSO3H)分解获得,该反应的化学方程式为2ClSO3HH2SO4+SO2Cl2,此方法得到的产品中会混有硫酸。分解产物中分离出硫酰氯的实验操作名称为_。某同学为检验硫酰氯产品中是否混有硫酸设计实验如下:取少量产品溶于水,加入盐酸酸化的氯化钡溶液,振荡,观察到有白色沉淀生成,则认为产品中含有硫酸。该同学的结论是否正确,请说明理由_。【解析】(1)仪器B的名称为球形干燥管。(2)仪器A是冷凝管,作用是冷凝回流。(3)由KClO3和浓盐酸反应制得的
11、Cl2中混有HCl和水蒸气,丙中盛放饱和NaCl溶液除去HCl,浓硫酸具有吸水性,装置乙中盛放的试剂为浓硫酸,干燥Cl2,氢氧化钠溶液吸收多余硫酰氯的离子反应方程式为SO2Cl2+4OH-S+2Cl-+2H2O。 (4)SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(l)H=-97.3 kJ mol-1,正反应为放热反应,升温平衡左移,为了提高本实验中硫酰氯的产率,不能加热三颈烧瓶。 (5)二者为互溶液体,沸点相差较大,采取蒸馏法进行分离。硫酰氯水解可产生硫酸,同样能观察到有白色沉淀生成。答案:(1)球形干燥管(2)冷凝回流(3)浓硫酸 SO2Cl2+4OH-S+2Cl-+2H2O(4)(5)蒸馏不正
12、确,因为硫酰氯水解可产生硫酸一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)1.(2020南昌模拟)CuBr是一种白色晶体,见光或潮湿时受热易分解,在空气中逐渐变为浅绿色。实验室制备CuBr的反应原理为SO2+2CuSO4+2NaBr+2H2O2CuBr+2H2SO4+Na2SO4,用下列装置进行实验,不能达到实验目的的是()A.用装置甲制取SO2B.用装置乙制取CuBrC.用装置丙避光将CuBr与母液分离D.用装置丁干燥CuBr【解析】选D。选用70%浓硫酸与亚硫酸钠反应可以制备SO2,装置甲可以达到实验目的,A错误;根据题干中的反应方程式可知,用装置乙可以制取CuBr,B错误;CuBr难溶
13、于水,可利用装置丙将CuBr与母液分离,C错误;CuBr见光或潮湿时受热易分解,通过装置丁干燥CuBr时会分解,无法达到实验目的,D正确。2.根据下列实验操作和现象能得出相应结论的是()选项实验操作现象结论ASO2缓慢通入滴有酚酞的NaOH溶液中溶液红色褪去SO2具有漂白性B将充满NO2的密闭玻璃球浸泡在热水中气体红棕色加深2NO2(g)N2O4(g)为放热反应C某黄色溶液X中加入淀粉KI溶液溶液变成蓝色溶液X中含有Br2D无水乙醇中加入浓硫酸,加热,产生的气体Y通入酸性KMnO4溶液溶液紫色褪去气体Y中含有乙烯【解析】选B。A.二氧化硫为酸性氧化物,与NaOH反应,溶液褪色,故A错误;B.浸
14、泡在热水中,颜色加深,二氧化氮的浓度增大,则升高温度,2NO2(g)N2O4(g)逆向反应,正反应为放热反应,故B正确;C.X中可能含铁离子,与KI反应生成碘,故C错误;D.乙醇及生成的乙烯均使高锰酸钾褪色,由现象不能说明乙烯生成,故D错误。3.(原创)乙酸甲酯又名醋酸甲酯,可由乙酸和甲醇经酯化反应得到,其密度小于水,其他相关物质性质如下表。利用如图所示装置制备乙酸甲酯,下列说法错误的是()物质熔点/沸点/溶解性乙酸16.6117.9易溶于水甲醇-9764.7易溶于水乙酸甲酯-98.757.8微溶于水A.实验中需要用到浓硫酸,作用是催化剂和吸水剂,可使酯化反应平衡正向移动B.装置X的名称为球形
15、干燥管,作用是防倒吸C.饱和碳酸钠溶液可以吸收甲醇和乙酸D.实验结束后,烧杯中的溶液经振荡、静置、分液,即可得到纯净的乙酸甲酯【解析】选D。浓硫酸在反应中作催化剂和吸水剂,可使酯化反应平衡正向移动,A正确;用球形干燥管代替漏斗,可以防因甲醇极易溶于水而造成的倒吸,B正确;饱和碳酸钠溶液可以溶解甲醇、反应乙酸、降低乙酸甲酯的溶解度,C正确;有机物之间大都互溶,乙酸甲酯里有溶解的甲醇和乙酸,产物仍需进一步处理,D错误。二、非选择题(本题包括3小题,共32分)4.(8分)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉,是一种漂白剂、脱氧剂和防腐剂。某研究小组对Na2S2O4的性质与制备进行了如下探究。 (
16、1)测定0.05 molL-1 Na2S2O4溶液在空气中pH的变化如图所示。写出0t1段发生反应的化学方程式:_。t2t3段溶液的pH变小的原因是_。 (2)已知:S2+2H+SO2+S+H2O。Na2S2O4固体在隔绝空气的条件下加热至75以上完全分解得到Na2SO3、Na2S2O3和SO2,检验产物中是否含有Na2SO4,实验方法是_。 (3)由工业废气制备Na2S2O4的实验原理如下:向装置中加入Ce4+的目的是_。写出装置中发生反应的离子方程式:_。 (4)由锌粉法制备Na2S2O4的实验装置如图所示。主要步骤如下:步骤1:将SO2通入锌粉的水悬浮液中,于3545 下反应生成连二亚硫
17、酸锌。步骤2:加入过量烧碱溶液,于2835 下反应生成Na2S2O4和氢氧化锌悬浮溶液。由上述实验进一步提纯得到Na2S2O4(s)的实验方案是取一定量的Na2S2O4和氢氧化锌悬浮溶液, (实验中需使用的试剂有氯化钠、乙醇;除常规仪器外需使用的仪器有真空干燥箱)。【解析】(1)Na2S2O4溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠,则0t1段发生反应的化学方程式为2Na2S2O4+O2+2H2O4NaHSO3;t2t3段溶液的pH变小的原因是NaHSO3被氧化为NaHSO4使溶液酸性增强; (2)检验产物中是否含有Na2SO4,实验方法是取少量固体溶于足量稀盐酸,向上层清液中滴加BaCl2溶液,若
18、有白色沉淀,则产物中含Na2SO4; (3)由工业废气制备Na2S2O4的流程图可知:向装置中加入Ce4+,将NO氧化为N和N;装置中电解条件下亚硫酸根离子与Ce3+发生反应生成Ce4+和S2发生反应的离子方程式为2S+2Ce3+2H2OS2+2Ce4+4OH-; (4)由上述实验进一步提纯得到Na2S2O4(s)的实验方案是取一定量的Na2S2O4和氢氧化锌悬浮溶液,过滤,向滤液中加入一定量的氯化钠进行盐析,过滤,用乙醇洗涤固体,置于真空干燥箱中干燥。答案:(1)2Na2S2O4+O2+2H2O4NaHSO3 NaHSO3被氧化为NaHSO4使溶液酸性增强(2)取少量固体溶于足量稀盐酸,向上
19、层清液中滴加BaCl2溶液,若有白色沉淀,则产物中含Na2SO4(3)将NO氧化为N和N2S+2Ce3+2H2OS2+2Ce4+4OH-(4)过滤,向滤液中加入一定量的氯化钠进行盐析,过滤,用乙醇洗涤固体,置于真空干燥箱中干燥5.(14分)(2020泰安模拟)某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置(如图1),以环己醇制备环己烯已知:+H2O密度(gcm-3)熔点()沸点()溶解性环己醇0.9625161能溶于水环己烯0.81-10383难溶于水(1)制备粗品将12.5 mL环己醇加入试管A中,再加入1 mL浓硫酸,摇匀后放入碎瓷片,缓慢加热至反应完全,在试管C内得到环己烯粗品。A中碎瓷片的作用是_
20、,导管B除了导气外还具有的作用是_。试管C置于冰水浴中的目的是_。(2)制备精品环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水,振荡、静置、分层,环己烯在_层(填“上”或“下”),分液后用_(填入编号)洗涤。a.KMnO4溶液b.稀硫酸c.Na2CO3溶液再将环己烯按图2所示装置蒸馏,冷却水从_口进入,收集产品时,控制的温度应在_左右。(3)以下区分环己烯精品和粗品的方法,合理的是_。a.用酸性高锰酸钾溶液b.用NaOH溶液c.测定沸点【解析】(1)根据实验室制乙烯可知,发生装置A中碎瓷片的作用是防止暴沸,导管B比较长,能增加与空气的接触面积,其作用是导气和将生成的气体物质冷凝;冰水浴
21、的目的是降低环己烯蒸气的温度,使其液化;(2)环己烯是烃类,不溶于氯化钠溶液,且密度比水小,振荡、静置、分层后环己烯在上层,由于分液后环己烯粗品中还含有少量的酸和环己醇,联想:制备乙酸乙酯提纯产物时用c(Na2CO3溶液)洗涤可除去酸;为了使冷凝的效果更好,冷却水从冷凝管的下口即g口进入;环己烯的沸点为83,所以收集产品时,控制的温度应在83 左右;(3)根据混合物没有固定的沸点,而纯净物有固定的沸点,通过测定环己烯粗品和环己烯精品的沸点,也可判断产品的纯度。答案:(1)防止暴沸冷凝防止环己烯挥发(2)上cg83 (3)c6.(10分)最常见的塑化剂邻苯二甲酸二丁酯可由邻苯二甲酸酐与正丁醇在浓
22、硫酸共热下反应制得,反应的化学方程式及装置图(部分装置省略)如下:已知:正丁醇沸点118 ,纯邻苯二甲酸二丁酯是无色透明、具有芳香气味的油状液体,沸点340 ,酸性条件下,温度超过180 时易发生分解。由邻苯二甲酸酐、正丁醇制备邻苯二甲酸二丁酯实验操作流程如下:向三颈烧瓶内加入30 g邻苯二甲酸酐,22.2 g(0.3 mol)正丁醇以及少量浓硫酸。搅拌,升温至105 ,持续搅拌反应2小时,保温至反应结束。冷却至室温,将反应混合物倒出,通过工艺流程中的操作X,得到粗产品。粗产品用无水硫酸镁处理至澄清取清液(粗酯)圆底烧瓶减压蒸馏,经过处理得到产品20.85 g。请回答以下问题:(1)步骤中不断
23、从分水器下部分离出产物水的目的是_。判断反应已结束的方法是_。(2)上述实验可能生成的副产物的结构简式为_(填一种即可)。(3)操作X中,应先用5% Na2CO3溶液洗涤粗产品,纯碱溶液浓度不宜过高,更不能使用氢氧化钠;若使用氢氧化钠溶液,对产物有什么影响?(用化学方程式表示)_。(4)操作X中,分离出产物的操作中必须使用的主要玻璃仪器有_。(5)粗产品提纯流程中采用减压蒸馏的目的是_。(6)本实验中,邻苯二甲酸二丁酯(式量是278)的产率为_。【解析】(1)水是生成物,不断地分离生成物,使平衡向着正向移动,可以提高反应物的转化率;分水器中的水位高度基本保持不变时(或者冷凝管中不再有液体滴下)
24、,说明反应结束。(2)正丁醇可能发生消去反应,也可能发生分子间脱水反应生成醚等,实验中副产物的结构简式为CH2CHCH2CH3 、CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3等。(3)若使用氢氧化钠溶液,会发生邻苯二甲酸二丁酯在碱性条件下的水解反应生成与正丁醇,反应方程式为+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH。(4)操作X是将互不相溶的液体进行分离,应采取分液操作,操作中必须使用的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯。(5)邻苯二甲酸二丁酯沸点较高,高温蒸馏会造成其分解,减压可使其沸点降低,防止分解。(6)由于正丁醇不足,假设正丁醇完全转化,则邻苯二甲酸二丁酯的理论产量为278 gmol
25、-1=41.7 g,故其产率为100%=50%。答案:(1)有利于反应向生成邻苯二甲酸二丁酯的方向移动,提高产率分水器中的水位高度基本保持不变时(或者冷凝管中不再有液体滴下)(2)CH2CHCH2CH3、CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3等(3)+2NaOH+2CH3CH2CH2CH2OH(4)分液漏斗、烧杯(5)邻苯二甲酸二丁酯沸点较高,高温蒸馏会造成其分解,减压可使其沸点降低(6)50%【加固训练】1.实验室制取乙烯,常因温度过高而使乙醇和浓硫酸反应生成少量的二氧化硫。有人设计下列实验以确认上述混合气体中有乙烯和二氧化硫。其装置如图所示。图中、装置可盛放的试剂依次是()A.
26、品红溶液、NaOH溶液、浓硫酸、酸性KMnO4溶液B.品红溶液、NaOH溶液、品红溶液、酸性KMnO4溶液C.酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、品红溶液、溴水D.浓硫酸、NaOH溶液、品红溶液、溴水【解析】选B。二氧化硫为酸性气体,可与碱反应,可使品红褪色,具有还原性,可与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应,而乙烯含有碳碳双键,能够与酸性高锰酸钾发生氧化还原反应,使高锰酸钾褪色,所以先检验二氧化硫,然后检验乙烯,同时在检验乙烯之前用NaOH溶液除去SO2,再通过品红溶液不褪色确认SO2已除干净,最后用酸性高锰酸钾溶液检验乙烯,装置中盛有品红溶液,用来检验二氧化硫的存在;然后将气体通入盛有氢氧化钠溶液
27、的除去二氧化硫,再通入盛有品红溶液的确定二氧化硫是否除干净,最后通入盛有酸性高锰酸钾溶液的检验乙烯的存在。2.利用甲烷和氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组在实验室中模拟上述过程,其设计的模拟装置如图所示,根据要求填空:(1)B装置有三种功能:控制气流速度;干燥混合气体;_。(2)设=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应_。(3)在C装置中,经过一段时间的强光照射,发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生,写出置换出黑色小颗粒的化学方程式: _。(4)E装置除生成盐酸外,还含有有机物,从E中分离出盐酸的最佳方法为_。该装置的主要缺陷是_。(5)已知丁烷与氯气的取
28、代反应的产物之一为C4H8Cl2,其有_种同分异构体。【解析】(1)生成的氯气中含有水,浓硫酸具有吸水性,具有干燥作用,另外还有控制气流速度,和均匀混合气体的作用;(2)氯气与甲烷发生取代反应,反应特点是1 mol氯气可取代1 mol 氢原子生成1 mol HCl,设=x,若理论上欲获得最多的氯化氢,则x值应保证甲烷被完全取代,x应大于或等于4;(3)生成的黑色小颗粒为炭黑,在强光照射下可发生反应:CH4+2Cl2C+4HCl;(4)盐酸和有机物不能互溶,所以可以采用分液的方法分离,由于有机气体如CH4、CH3Cl会逸散到空气中污染大气,应该进行尾气处理,该装置的缺点是缺少尾气处理装置; (5)C4H8Cl2的同分异构体可以采取“定一移二”法: 由图可知C4H8Cl2共有9种同分异构体。答案:(1)均匀混合气体(2)大于或等于4(3)CH4+2Cl2C+4HCl(4)分液没有进行尾气处理(5)9