1、第三节物质的制备一、选择题(每小题6分,共54分)1.实验室对制备气体反应的基本要求是“反应条件易满足、能平稳地产生气流、所得气体中尽可能不含杂质成分(除少量水蒸气及少量原料汽化形成的物质)”,下列反应一般能用于实验室制备气体的是(A)A.浓盐酸与浓硫酸混合制备HClB.电解H2O制备O2C.加热浓硝酸制备NO2D.浓NaOH与NH4Cl溶液混合加热制备NH3【解析】本题考查气体的实验室制备原理。B项,电解水同时生成O2和H2,错误;C项,加热浓硝酸制NO2时还会产生O2,错误;D项,氨气易溶于水,用浓NaOH溶液与NH4Cl溶液反应制得的NH3量较少,错误。2.(2015衡阳联考)下列关于应
2、用套管实验装置(部分装置未画出)进行的实验,叙述错误的是(C)A.利用甲装置可以制取少量H2B.利用乙装置可以验证Na2O2与水反应既生成氧气,又放出热量C.利用丙装置验证KHCO3和K2CO3的热稳定性,X中应放的物质是K2CO3D.利用丁装置制取SO2,并检验其还原性,小试管中的试剂可为酸性KMnO4溶液【解析】本题考查气体的制备、物质的性质实验等。A项,题图甲中下面试管相当于制取装置,上面的试管相当于收集装置,正确;B项,通过检验p导管口的气体验证反应生成氧气,将q导管末端没入水中,如果导管口有气泡冒出,则证明反应放热,正确;C项,利用丙装置验证KHCO3和K2CO3的热稳定性时,X中应
3、放的物质是KHCO3,错误;D项,SO2使酸性KMnO4溶液褪色表现还原性,正确。3.如图是一套实验室制气装置,用于发生、干燥和收集气体。下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是(D)A.铜屑和稀硝酸B.二氧化锰和浓盐酸C.浓氨水和生石灰D.碳酸钙和稀盐酸【解析】本题考查气体的制备。题给装置是固+液气体的装置,且生成的气体不和浓H2SO4、O2反应,密度比空气大,只有D项正确。4.(2015黑龙江大庆铁人中学月考)如图装置可用于收集气体并验证其化学性质,下列对应关系完全正确的是(C)选项气体试剂现象结论ANO紫色石蕊试液溶液变红NO与水反应生成硝酸BCl2FeCl2溶液溶液褪色Cl2可以氧化F
4、e2+CSO2酸性KMnO4溶液溶液褪色SO2有还原性DNH3MgCl2溶液产生白色沉淀NH3有碱性【解析】本题考查气体的收集与性质实验。A项,NO不能用排空气法收集,不能使紫色石蕊试液变红,错误;B项,Cl2能将Fe2+氧化为Fe3+,溶液由浅绿色变为黄色,错误;D项,NH3应用向下排空气法收集,且NH3没有碱性,其溶于水后形成的氨水显碱性,错误。5.(2015山西大学附属中学月考)用如图装置制取表中四种干燥、纯净的气体(图中铁架台、铁夹、加热及气体收集装置均已略去;必要时可以加热;a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。其中正确的是(D)选项气体abcdACO2盐酸CaCO3饱和Na2C
5、O3溶液浓硫酸BCl2浓盐酸MnO2NaOH溶液浓硫酸CNH3饱和NH4Cl溶液消石灰H2O固体NaOHDNO稀硝酸铜屑H2O浓硫酸【解析】本题考查气体的制备、净化实验。A项,二氧化碳与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠,错误;B项,氢氧化钠溶液与氯气反应,不能作为除去氯气中杂质的试剂,错误;C项,氨气极易溶于水,错误。6.下列选项正确的是(C)【解析】本题考查物质的制备。A项,收集氧气的试管不能密封,错误;B项,四氯化碳的密度比水大,应该换为苯,错误;D项,收集乙酸乙酯的导管末端不应伸到液面以下,错误。7.下列制备和收集气体的实验装置合理的是(D)【解析】本题考查物质的制备与收集。加热固体时试管口应
6、略向下倾斜,收集NH3时导管应伸入试管底部,试管口放一团棉花但不能密封,A项错误;铁片被浓硝酸钝化,不能制取NO2,B项错误;氢气密度比空气小,收集氢气时导管应“短进长出”,C项错误。8.下列收集H2S的正确装置是(C)【解析】H2S的密度比空气大且能污染空气。A项,进气管应该靠近瓶底,错误;B项,用于收集密度比空气小的气体,错误;C项,用于收集密度比空气大的气体,且有尾气吸收装置,正确;D项,NaOH溶液与H2S反应,不能收集H2S,错误。9.(2015淮南模拟)已知:酸式乙二酸钠与浓硫酸共热时发生反应:HOOCCOONa+H2SO4(浓)NaHSO4+CO2+CO+H2O。利用该反应所产生
7、的气体(X)及下列有关仪器装置进行以下实验:下列说法不正确的是(D)A.对装置,关闭活塞K2,打开活塞K1,在导管D处能得到纯净而干燥的COB.当A选项反应完成后,再关闭活塞K1,打开活塞K2,在导管D处能得到纯净而干燥的CO2C.利用装置中D处所得的纯净CO,通过实验装置能够说明CO具有还原性D.实验装置与实验装置相比较,能减少CO的污染,能顺利完成氧化铁还原实验【解析】本题考查CO、CO2的制备与性质。对装置,关闭活塞K2,打开活塞K1,气体X经过氢氧化钠溶液除去CO2,再经浓硫酸干燥,得到纯净而干燥的CO,A项正确;B项,向碳酸钠溶液中加入稀硫酸生成CO2,经干燥后得到纯净而干燥的CO2
8、,正确;纯净的CO通过实验装置,若红色粉末变为黑色或澄清石灰水变浑浊,都能够说明CO具有还原性,C项正确;实验装置气体不能顺利进入硬质玻璃管,且经反应后可能得到CO、CO2和水蒸气的混合气体,加热易发生爆炸,D项不正确。二、非选择题(共46分)10.(24分)(2015吉林实验中学四模)半导体生产中常需要控制掺杂,以保证控制电阻率,三氯化磷(PCl3)是一种重要的掺杂剂。实验室要用黄磷(即白磷)与干燥的Cl2模拟工业生产制取PCl3,装置如下图所示(部分夹持装置略去):已知黄磷与少量Cl2反应生成PCl3,与过量Cl2反应生成PCl5。PCl3遇水会强烈水解生成 H3PO3和HCl,遇O2会生
9、成POCl3,POCl3溶于PCl3,PCl3、POCl3的熔沸点见下表:物质熔点/沸点/PCl3-11275.5POCl32105.3请回答下列问题:(1)A装置中制氯气的离子方程式为MnO2+4H+2Cl-Mn2+Cl2+2H2O。(2)B中所装试剂是浓H2SO4;E中冷水的作用是冷凝PCl3,防止其挥发;F中碱石灰的作用是吸收多余的氯气,防止空气中的H2O进入烧瓶与PCl3反应。(3)实验时,检査装置气密性后,先打开K3通入干燥的CO2,再迅速加入黄磷。通干燥CO2的作用是排尽装置中的空气,防止白磷自燃。(4)粗产品中常含有POCl3、PCl5等。加入黄磷加热除去PCl5后,通过蒸馏(填
10、实验操作名称),即可得到较纯净的PCl3。(5)通过下面方法可测定产品中PCl3的质量分数。迅速称取1.00 g产品,加水反应后配成250 mL溶液;取以上溶液25.00 mL,向其中加入10.00 mL 0.1000 mol/L碘水,充分反应;向所得溶液中加入几滴淀粉溶液,用0.1000 mol/L的Na2S2O3溶液滴定;重复操作,平均消耗Na2S2O3溶液8.40 mL。已知:H3PO3+H2O+I2H3PO4+2HI,I2+2Na2S2O32NaI+Na2S4O6,假设测定过程中没有其他反应。根据上述数据,该产品中PCl3的质量分数为79.75%。【解析】本题考查物质的制备、分离与提纯
11、等。A为制取氯气装置,B为干燥氯气装置,C为尾气处理装置(处理多余的氯气),D为反应装置,为了防止空气中氧气和水蒸气的干扰,需要在反应前通入过量CO2以排尽装置中的空气,E为冷凝装置,使生成的PCl3液化,根据题中信息,生成的PCl3易与水蒸气和氧气反应,故设置F装置为防止空气进入E装置,保护产品,同时吸收多余的氯气。(4)POCl3和PCl5互溶且沸点相差较大,故可用蒸馏法提纯产物。(5)25.00 mL溶液消耗的I2的物质的量为0.1000 mol/L0.01 L-0.1000 mol/L0.0084 L=0.00058 mol,根据PCl3H3PO3I2,故PCl3的百分含量为100%=
12、79.75%。11.(22分)(2015襄阳调研)3-丁酮酸乙酯在有机合成中用途极广,广泛用于药物合成,还用作食品的着香剂,其相对分子质量为130,常温下为无色液体,沸点181 ,受热温度超过95 时就会分解;易溶于水,与乙醇、乙酸乙酯等有机试剂以任意比混溶;实验室可以乙酸乙酯和金属钠为原料制备。乙酸乙酯的相对分子质量为88,常温下为无色易挥发液体,微溶于水,沸点77 。【反应原理】2CH3COOC2H5+C2H5ONa+2C2H5OH。+CH3COOH+CH3COONa。【实验装置】【实验步骤】1.加热反应:向反应装置中加入32 mL(28.5 g,0.32 mol)乙酸乙酯、少量无水乙醇、
13、1.6 g(0.07 mol)切细的金属钠,微热回流1.53小时,直至金属钠消失。2.产物后处理:冷却至室温,卸下冷凝管,将烧瓶浸在冷水浴中,在摇动下缓慢地加入32 mL 30%醋酸水溶液,使反应液分层。用分液漏斗分离出酯层。酯层用5%碳酸钠溶液洗涤,有机层放入干燥的锥形瓶中,加入无水碳酸钾至液体澄清。3.蒸出未反应的乙酸乙酯:将反应液在常压下蒸馏至100 。然后改用减压蒸馏,得到产品2.0 g。回答下列问题:(1)从反应原理看,无水乙醇的作用是催化剂。(2)反应装置中加干燥管是为了防湿气进入反应体系中,以保证反应体系干燥。两个装置中冷凝管的作用不相同(填“相同”或“不相同”),冷却水进水口分
14、别为b和d(填图中字母)。(3)产物后处理中,滴加稀醋酸的目的是中和生成的钠盐,使之变成产物,稀醋酸不能加多了,原因是酸多了会增加产物在水中的溶解度。用分液漏斗分离出酯层的操作叫分液。碳酸钠溶液洗涤的目的是中和醋酸。加无水碳酸钾的目的是干燥。(4)采用减压蒸馏的原因是3-丁酮酸乙酯沸点高,在沸点温度下还易分解。(5)本实验所得到的3-丁酮酸乙酯的产率是B(填标号)。A.10%B.22%C.19%D.40%【解析】(1)反应装置中加入的是乙醇,乙醇与金属钠反应生成乙醇钠,当乙醇钠反应后又生成了乙醇,故乙醇作催化剂。(2)反应装置中加干燥管是为了防湿气进入反应体系中,以保证反应体系干燥;反应装置中
15、冷凝管的作用是冷凝回流,蒸馏装置中冷凝管的作用是对蒸馏出来的气体物质进行冷却,形成液体进行收集,故两个冷凝管的作用不同;冷凝水分别从b、d口进入。(3)在第1步骤中生成的产物是钠盐,加入稀醋酸使其变成产物;因产物易溶于有机试剂,当在其中加入的酸过多后会增加产物在水中的溶解度;用分液漏斗分离出酯层的操作叫分液;碳酸钠可以与加入的过量的醋酸反应,故用Na2CO3溶液洗涤的目的是中和醋酸;无水碳酸钾可以作干燥剂,对产物进行干燥。(4)因产物沸点为181 ,在温度超过95 时就会分解,所以采用减压蒸馏。(5)反应物中有0.32 mol乙酸乙酯、0.07 mol金属钠,则乙酸乙酯过量,0.07 mol金属钠完全反应生成的产物的物质的量为0.07 mol,质量为0.07 mol130 g/mol=9.1 g,产率=100%22%。