备考2025届高考化学一轮复习强化训练第十章化学实验基础第4讲物质制备综合探究实验

第4讲物质制备综合探究试验1.[2024山东]三氯甲硅烷（SiHCl3）是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，易水解。试验室依据反应Si＋3HCl△SiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品（加热及夹持装置略）。回答下列问题：（1）制备SiHCl3时进行操作：（ⅰ）……；（ⅱ）将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；（ⅲ）通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热起先反应。操作（ⅰ）为检查装置气密性；推断制备反应结束的试验现象是管式炉中固体消逝、烧瓶中无液体滴下。图示装置存在的两处缺陷是运用球形冷凝管冷凝SiHCl3，C和D之间缺少吸水装置。（2）已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为SiHCl3＋5NaOHNa2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。（3）接受如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。m1g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下试验操作：①灼烧，②冷却干燥（填操作名称），③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①、②中需运用的仪器，依次为AC（填标号）。测得样品纯度为135.5m260m1×100％解析（1）利用Si和HCl（气体）反应制备SiHCl3，试验前要检查装置气密性，故操作（ⅰ）为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3（常温下为无色液体）不再增加，则制备反应结束的试验现象是管式炉中固体消逝、烧瓶中无液体滴下。装置中冷凝管的作用是冷凝SiHCl3，球形冷凝管中会有较多SiHCl3残留，应当选择直形冷凝管，SiHCl3简洁水解，D中水蒸气简洁进入C中，C和D之间应增加吸取水蒸气的装置。（2）已知电负性Cl＞H＞Si，则SiHCl3中Cl、H为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3＋5NaOHNa2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。（3）由后续操作可知，SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩埚中灼烧（得到SiO2），然后在干燥器中冷却干燥SiO2，运用的仪器分别为A、C。依据原子守恒可得关系式SiHCl3～SiO2，则m1g样品中SiHCl3的质量为m2g×135.560，故样品纯度为m2g×135.560÷m1g×100％＝2.[2024辽宁]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300mL液体A和4.60g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25mL噻吩，反应至钠砂消逝。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30min。Ⅳ.水解。复原室温，加入70mL水，搅拌30min；加盐酸调pH至4～6，接着反应2h，分液；用水洗涤有机相，二次分液。Ⅴ.分别。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17.92g。回答下列问题：（1）步骤Ⅰ中液体A可以选择c。a.乙醇 b.水c.甲苯 d.液氨（2）噻吩沸点低于吡咯（）的缘由是吡咯分子中含有—NH—，分子间可形成氢键。（3）步骤Ⅱ的化学方程式为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是分批、多次加入。（5）步骤Ⅳ中用盐酸调整pH的目的是与2－噻吩乙醇钠水解产生的OH－反应，使水解更彻底。（6）下列仪器在步骤Ⅴ中无需运用的是球形冷凝管、分液漏斗（填名称）；无水MgSO4的作用为吸取水分。（7）产品的产率为70.0％（用Na计算，精确至0.1％）。解析（1）该试验条件下，乙醇、水、液氨均会与Na反应，而步骤Ⅰ的目的是熔化钠，故液体A应选甲苯。（2）吡咯分子中含有—NH—，分子间可形成氢键，而噻吩分子间只有范德华力，故噻吩沸点低于吡咯。（3）依据题目信息及原子守恒可知，步骤Ⅱ中噻吩和Na反应生成噻吩钠和H2：2＋2Na2＋H2↑。（4）为防止温度过高引发副反应，应限制投料量和投料速度，可分批、多次加入试剂。（5）2－噻吩乙醇钠水解产生2－噻吩乙醇和NaOH，用盐酸调整pH可中和NaOH，促进水解平衡正向移动，使水解进行更彻底。（6）步骤Ⅴ涉及的操作有过滤、蒸馏，过滤需用到漏斗、玻璃棒、烧杯，蒸馏装置（夹持、加热仪器略去）是，故无需运用的是球形冷凝管、分液漏斗。无水MgSO4的作用为作吸水剂，除去产品中的水分。（7）由反应关系可知，1mol钠～1mol2－噻吩乙醇，4.60gNa是0.2mol，则理论产量为0.2mol×128g·mol－1＝25.6g，实际产量为17.92g，故产品的产率为17.92g25.6g×100％＝70.0％3.[新仪器][2024湖北]超酸是一类比纯硫酸更强的酸，在石油重整中用作高效催化剂。某试验小组对超酸HSbF6的制备及性质进行了探究。由三氯化锑（SbCl3）制备HSbF6的反应如下：SbCl3＋Cl280°CSbClSbCl5＋6HFHSbF6＋5HCl制备SbCl5的初始试验装置如图（毛细管连通大气，减压时可吸入极少量空气，防止液体暴沸；夹持、加热及搅拌装置略）：相关性质如下表：物质熔点沸点性质SbCl373.4℃220.3℃极易水解SbCl53.5℃140℃分解79℃/2.9kPa极易水解回答下列问题：（1）试验装置中两个冷凝管不能（填“能”或“不能”）交换运用。（2）试剂X的作用为吸取氯气，防止污染空气、防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶使SbCl3、SbCl5水解。（3）反应完成后，关闭活塞a、打开活塞b，减压转移三颈烧瓶（填仪器名称）中生成的SbCl5至双口烧瓶中。用真空泵抽气减压蒸馏前，必需关闭的活塞是b（填“a”或“b”）；用减压蒸馏而不用常压蒸馏的主要缘由是防止SbCl5分解。（4）试验小组在由SbCl5制备HSbF6时，没有选择玻璃仪器，其缘由为SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O。（写化学反应方程式）（5）为更好地理解超酸的强酸性，试验小组查阅相关资料了解到：弱酸在强酸性溶剂中表现出碱的性质，如冰醋酸与纯硫酸之间的化学反应方程式为CH3COOH＋H2SO4[CH3C（OH）2]＋[HSO4]－。以此类推，H2SO4与HSbF6之间的化学反应方程式为H2SO4＋HSbF6[H3SO4]＋[SbF6]－。（6）试验小组在探究试验中发觉蜡烛可以溶解于HSbF6中，同时放出氢气。已知烷烃分子中碳氢键的活性大小依次为甲基（—CH3）＜亚甲基（—CH2—）＜次甲基（）。写出2－甲基丙烷与HSbF6反应的离子方程式＋HSbF6（CH3）3C＋＋SbF6－＋H2↑。解析（1）与直形冷凝管相比，球形冷凝管的冷却面积大，冷却效果好，但由于球形冷凝管的内芯管为球泡状，简洁在球部积留蒸馏液，故不相宜用于倾斜式蒸馏装置，多用于垂直蒸馏装置，故试验装置中两个冷凝管不能交换运用。（2）依据表中供应信息，SbCl3、SbCl5极易水解，知试剂X的作用是防止空气中的水蒸气进入三颈烧瓶，同时吸取氯气，防止污染空气。（3）由试验装置知，反应完成后，关闭活塞a、打开活塞b，减压转移三颈烧瓶中生成的SbCl5至双口烧瓶中。减压蒸馏前，必需关闭活塞b，以保证装置密封，便于后续抽真空。依据表中供应信息知，SbCl5简洁分解，用减压蒸馏而不用常压蒸馏，可以防止SbCl5分解。（4）在由SbCl5制备HSbF6时