《高中化学》第58讲以物质制备为主的综合实验

PAGE第58讲以物质制备为主的综合实验层次1基础性1.四碘化锡(SnI4,M=627g·mol-1)用作分析试剂,也可用于有机合成,它是一种橙红色针状晶体,遇水易发生水解,其制备实验装置如图(加热装置略去)所示:实验步骤如下:组装仪器并加入I2、过量碎锡箔、醋酸和醋酸酐(熔点为-73℃)后,通入冷凝水,水浴加热圆底烧瓶,保持回流状态,直到反应完全,趁热抽滤,将滤液冷却结晶,得到SnI4粗产品。请回答下列问题:(1)该实验中醋酸和醋酸酐的作用是。(2)仪器A的名称为。回流时,烧瓶内气雾上升高度不宜超过仪器A高度的13,若气雾上升过高,可采取的措施是。(3)回流结束后,需进行的操作有:a.停止加热,b.关冷凝水,c.移去水浴,正确的顺序为(填字母)。(4)反应完全的现象为。(5)产品的纯度可用滴定法测定:称取mg产品加入足量的水,使产品充分水解生成SnO2·xH2O,将上层清液全部定容于250mL容量瓶中,移取25.00mL置于锥形瓶中,加入少量CCl4和几滴KSCN溶液,用cmol·L-1的标准FeCl3溶液滴定至终点,平行测定三次,平均消耗标准FeCl3溶液的体积为VmL。(已知:2Fe3++2I-2Fe2++I2)①写出SnI4水解生成SnO2·xH2O的化学方程式。②下列关于滴定分析不正确的是(填字母)。a.标准FeCl3溶液用酸式滴定管盛装b.滴定接近终点时,滴定管的尖嘴可以接触锥形瓶的内壁c.当无机层溶液变为紫红色且半分钟不褪色即为滴定终点d.若不加CCl4则测得样品的纯度可能偏高③产品纯度的表达式为%。2.(2023·广东中山统考)苯甲酸广泛应用于制药和化工行业,实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸。反应原理:+2KMnO4+KOH+2MnO2↓+H2O+HCl+KCl实验装置:制备装置图如图所示。实验方法:将甲苯和KMnO4溶液加热回流一段时间后停止反应,按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。已知:苯甲酸的相对分子质量为122,熔点为122.4℃,在25℃和95℃时溶解度分别为0.3g和6.9g;纯净固体有机物都有固定熔点。(1)实验装置图1中仪器a的名称为,其主要作用是。(2)操作Ⅰ为,操作Ⅱ为,无色液体A是。(3)测定白色固体B的熔点,发现其在115℃开始熔化,达到130℃时仍有少量不熔,推测白色固体B是苯甲酸与(填写化学式)的混合物,可通过在水中的方法进一步提纯苯甲酸。(4)提纯时,往往要洗涤苯甲酸,检验苯甲酸是否洗涤干净的操作:。(5)纯度测定:称取1.220g产品,配成100mL甲醇溶液,每次移取25.00mL溶液。用0.1000mol·L-1的KOH标准溶液滴定,三次滴定平均消耗23.25mLKOH标准溶液。产品中苯甲酸质量分数为(保留两位有效数字)。(6)将苯甲酸加入乙醇与水的混合溶剂中,充分溶解后,加入Cu(OH)2搅拌,过滤,滤液静置一段时间,可获得有机合成常用的催化剂苯甲酸铜,混合溶剂中乙醇的作用是。3.(2022·海南卷)磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]常用于干粉灭火剂。某研究小组用磷酸吸收氨气制备(NH4)2HPO4,装置如图所示(夹持和搅拌装置已省略)。回答问题:(1)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)制备氨气的化学方程式为。(2)现有浓磷酸质量分数为85%,密度为1.7g·mL-1。若实验需100mL1.7mol·L-1的H3PO4溶液,则需浓磷酸mL(保留一位小数)。(3)装置中活塞K2的作用为。实验过程中,当出现现象时,应及时关闭K1,打开K2。(4)当溶液pH为8.0~9.0时,停止通NH3,即可制得(NH4)2HPO4溶液。若继续通入NH3,当pH>10.0时,溶液中OH-、和(填离子符号)浓度明显增加。(5)若本实验不选用pH传感器,还可选用作指示剂,当溶液颜色由变为时,停止通NH3。层次2综合性4.(2023·广东江门统考)己二酸[HOOC(CH2)4COOH]是一种重要的工业原料,通常为白色结晶体,微溶于冷水,易溶于热水和乙醇。实验室以环己醇()为原料制取己二酸实验流程如图:已知:“氧化”过程发生的主要反应为KOOC(CH2)4COOKΔH<0该反应装置如图所示。回答下列问题:(1)装置图中仪器A的名称为。(2)“氧化”过程应采用加热(填字母)。A.酒精灯 B.水浴 C.油浴 D.电炉(3)“氧化”过程中,当环己醇滴速不同时,溶液温度随时间变化曲线如图所示,实验过程中应选择的环己醇滴速为滴/min。(4)“氧化液”中加浓盐酸酸化时有气泡产生,推测该气体的成分有(填化学式)。(5)已知:不同温度下,相关物质在水中的溶解度如下表:物质己二酸氯化钠氯化钾25℃时溶解度/g2.136.134.370℃时溶解度/g6837.848100℃时溶解度/g16039.556.3①己二酸晶体“洗涤”的方法为(填字母)。A.用乙醇洗涤B.用热水洗涤C.用冷水洗涤②除去己二酸晶体中含有的氯化钠杂质通常采取的实验方法为。(6)实验时称取10.0g环己醇(M=100g·mol-1),最终得到纯净的己二酸(M=146g·mol-1)晶体11.68g,则该实验中己二酸的产率为(保留两位有效数字)。5.硫氰化钾(KSCN)是常用的分析试剂,用硫黄与KCN等为原料制备KSCN的实验流程如下:已知:S+KCNKSCN(放热反应)(1)合成。将硫黄与一定量水配成悬浊液加入如图所示的反应釜中,在搅拌下滴入KCN与KOH的混合溶液。①冷水从(填“a”或“b”)端通入。②若反应温度过高,可采取的措施有:减慢滴加KCN与KOH的混合溶液的速率、。③反应釜中还有副反应发生,如硫黄与KOH溶液反应生成K2S和K2S2O3,该反应的化学方程式为。(2)除硫化物。由于成品中不能含有铅,故加入的(CH3COO)2Pb溶液只能略微不足。证明(CH3COO)2Pb溶液略微不足的实验操作与现象是。(3)除硫酸盐。选用Ba(OH)2溶液而不选用BaCl2溶液的原因是。(4)测定KSCN的纯度。溶液pH介于0~1时,用KSCN溶液滴定已知浓度的AgNO3溶液来测定KSCN的纯度,发生的反应为SCN-+Ag+AgSCN↓。请补充完整实验方案:①准确称取1.0000g样品,溶于适量蒸馏水,将溶液完全转移到100mL容量瓶中,定容得溶液A;②量取20.00mL;③重复实验两次,计算消耗溶液A的平均体积为VmL;④通过公式ω(KSCN)=1940V%计算KSCN的质量分数[实验中须使用的试剂:NH4Fe(SO4)2溶液、1.0mol·L-1HNO3溶液、0.1000mol·L-16.(2024·湖南长沙高三模拟)醋酸钴与双水杨醛缩乙二胺形成的配合物[Co(Ⅱ)Salen]具有可逆载氧能力,能模拟金属蛋白的载氧作用,在催化氧化反应中应用广泛。该配合物的合成反应如下所示,回答下列问题。Ⅰ.合成(1)合成装置如图所示。在氮气保护下,向含有双水杨醛缩乙二胺的乙醇溶液中缓慢滴加醋酸钴的乙醇溶液,加热回流。A处应安装的仪器是(填名称),B处应安装的仪器是(填名称)。装置C的作用是。(2)回流1h,沉淀转化为暗红色晶体。回流结束后进行如下操作:A.停止通氮气B.停止加热C.关闭冷凝水正确的操作顺序为(填字母)。充分冷却后将溶液过滤,洗涤并干燥,得到配合物[Co(Ⅱ)Salen]。Ⅱ.载氧量测定(3)将mg的[Co(Ⅱ)Salen](相对分子质量为Mr)加入圆底烧瓶中,在恒压滴液漏斗中加入DMF(配合物在DMF中可吸氧),按如图搭建装置。通入氧气,赶尽体系内空气。检查仪器气密性的操作为:先关闭,然后调节水平仪的水位至与量气管水位产生一定液面差。装置不漏气的现象是。(4)调整水平仪高度,待量气管水位与水平仪水位齐平时,记录量气管水位的体积刻度为V1。将DMF加入圆底烧瓶,待吸氧反应结束后,再次使量气管水位与水平仪水位齐平,记录量气管水位的体积刻度V2。已知大气压为p,氧气的压强为p(O2),温度为t℃。配合物载氧量[n(吸收的O2)∶n([Co(Ⅱ)Salen])]的计算式为(结合理想气体状态方程pV=nRT进行解答)。层次3创新性7.(2023·广东大湾区二模)某研究性学习小组探究硫的化合物的制备和性质。Ⅰ.制备二氧化硫用70%的浓硫酸与Na2SO3固体反应制备SO2气体。(1)制备SO2气体最合适的发生装置是(填字母)。Ⅱ.制备硫代硫酸钠已知:硫代硫酸钠易与酸反应。反应原理:4SO2+Na2CO3+2Na2S3Na2S2O3+CO2室温时,往Na2S、Na2CO3混合溶液中均匀通入SO2气体,一段时间后,溶液中有大量黄色浑浊物出现,然后浑浊物开始由黄变浅,当混合溶液pH接近于7时,停止通入SO2气体。(2)制备Na2S2O3反应分三步进行反应ⅰ:Na2CO3+SO2Na2SO3+CO2;反应ⅱ:3SO2+2Na2S3S↓+2Na2SO3;反应ⅲ的化学方程式为。(3)当pH接近于7时,停止通入SO2的原因是。Ⅲ.探究浓度对反应速率的影响相同温度下,按下表中的体积将0.1mol·L-1Na2S2O3溶液、0.1mol·L-1H2SO4溶液与蒸馏水混合,并采集反应后浑浊度传感器数据。实验标号VVVA1.53.510B2.53.59C3.53.58D3.52.59E3.51.510通过实验绘制出的浑浊度随时间变化关系如图所示:(4)①实验C、D、E探究溶液浓度对反应速率的影响。②结合图像分析,Na2S2O3溶液、H2SO4溶液二者相比,溶液浓度的改变对化学反应速率的影响更大。③请在图中画出实验C对应的曲线。Ⅳ.探究性质资料:IO3-在酸性溶液中氧化I-,反应为IO3-+5I-+6H+3I2向某浓度的过量KIO3酸性溶液(含淀粉)中通入一定量后,停止通气,刚开始时溶液无明显变化,t秒后溶液突然变蓝。(5)某实验小组提出假设:t秒前生成了I2,但I2继续与溶液中的SO2反应,且该反应速率较快,故溶液没有立刻变蓝,请写出SO2与I2反应的离子方程式:。(6)为验证该实验小组的假设合理,设计下面实验。操作:向变蓝色的溶液中;现象:蓝色迅速消失,一段时间后再次变蓝。第58讲以物质制备为主的综合实验1.答案(1)作为溶剂(2)球形冷凝管调低热源的加热温度或调快冷凝水流速(合理即可)(3)acb(4)烧瓶中无紫色蒸气(或烧瓶内溶液的颜色由紫红色变为橙红色)(5)①SnI4+(2+x)H2OSnO2·xH2O↓+4HI②cd③627解析(1)由四碘化锡遇水易发生水解可知,制备四碘化锡必须在无水条件下反应,则实验时加入醋酸和醋酸酐是作为溶剂,便于碘和锡充分反应。(2)由实验装置图可知,仪器A为球形冷凝管;回流时,烧瓶内气雾上升高度不宜超过仪器A高度的13,若气雾上升过高,(3)回流结束后,应先停止加热,再移去水浴,最后关冷凝水,则正确的顺序为acb。(4)当烧瓶内溶液的颜色由紫红色变为橙红色,烧瓶中无紫色蒸气说明碘和锡水浴加热生成四碘化锡的反应完全。(5)①由题意可知,四碘化锡在溶液中水解生成SnO2·xH2O沉淀和氢碘酸,反应的化学方程式为SnI4+(2+x)H2OSnO2·xH2O↓+4HI。②a.氯化铁是强酸弱碱盐,在溶液中水解使溶液呈酸性,所以标准氯化铁溶液应用酸式滴定管盛装,故正确;b.滴定接近终点时,滴定管的尖嘴应接触锥形瓶的内壁,使残余在滴定管的尖嘴的液体进入锥形瓶,故正确;c.若滴定完全,再滴入最后半滴标准氯化铁溶液,无机层溶液中硫氰酸根离子与铁离子反应使溶液变为红色,且半分钟内不褪色说明达到滴定终点,故错误;d.溶液中铁离子与碘离子的反应为可逆反应,加入四氯化碳萃取溶液中生成的碘,使平衡向正反应方向移动,有利于碘离子完全被氧化,则若不加四氯化碳会导致测得样品的纯度偏低,故错误;故选cd。③由题意可知,滴定消耗VmLcmol·L-1氯化铁溶液,则mg产品中四碘化锡的纯度为cmol·L-1×2.答案(1)球形冷凝管冷凝回流(2)分液蒸馏甲苯(3)KCl重结晶(4)取最后一次洗涤液少许,加入硝酸酸化,再滴加AgNO3溶液,若生成白色沉淀,说明没有洗干净,反之则洗干净(5)93%(6)促进苯甲酸的溶解,使反应更充分解析一定量的甲苯和适量的KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应,按如图流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯,苯甲酸能溶于水,甲苯不溶于水,互不相溶的液体采用分液方法分离,根据实验目的知,从而得到有机相和水相,有机相中含有甲苯、水相中含有苯甲酸,有机相中的甲苯采用蒸馏方法得到无色液体A,A是甲苯,水相为KOH和苯甲酸钾的混合液,加入浓盐酸,经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得白色固体B为苯甲酸和KCl的混合物。(1)由仪器的外形可知,a的名称为球形冷凝管,作用是冷凝回流。(2)根据分析,操作Ⅰ是分离出有机相与水相,为分液法;操作Ⅱ是蒸馏的方法分离甲苯、苯甲酸;无色液体A是甲苯。(3)根据分析,白色固体B是苯甲酸与KCl的化合物;将白色固体B加入水中,加热溶解,冷却,过滤,得到白色晶体和无色溶液,该方法为重结晶。(4)苯甲酸固体上可能残留KCl,通过检验是否有Cl-来判断是否洗涤干净,方法为取最后一次洗涤液少许,加入硝酸酸化,再滴加AgNO3溶液,若生成白色沉淀,说明没有洗干净,反之则洗干净。(5)称取1.220g产品,配成100mL甲醇溶液,移取25.00mL滴定,消耗KOH的物质的量为0.1000mol·L-1×0.02325L=2.325×10-3mol,苯甲酸是一元弱酸,和氢氧化钾1∶1反应,所以物质的量相同,实验样品中苯甲酸的物质的量为2.325×10-3mol×10025.00=9.3×10-3mol,样品中苯甲酸质量分数为9(6)苯甲酸易溶于乙醇,将苯甲酸加入乙醇与水的混合溶剂中,可促进苯甲酸的溶解,使反应更充分。3.答案(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑(2)11.5(3)平衡气压防倒吸倒吸(4)NH4+PO43-解析(1)实验室用NH4Cl(s)和Ca(OH)2(s)在加热的条件下制备氨气,反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑。(2)浓磷酸的浓度c=1000mL·L-1×1.7g·mL-1×85%98g·mol-1≈14.74mol·L-1,溶液稀释前后溶质的物质的量不变,因此配制100mL1.(3)由于NH3极易溶于水,因此可选择打开活塞K2以平衡气压,防止发生倒吸,所以实验过程中,当出现倒吸现象时,应及时关闭K1,打开K2。(4)继续通入NH3,(NH4)2HPO4继续反应生成(NH4)3PO4,当pH>10.0时,溶液中OH-、NH4+、P(5)由(4)小问可知,当pH为8.0~9.0时,可制得(NH4)2HPO4,说明(NH4)2HPO4溶液显碱性,因此若不选用pH传感器,还可以选用酚酞作指示剂,当溶液颜色由无色变为浅红色时,停止通入NH3,即可制得(NH4)2HPO4溶液。4.答案(1)三颈烧瓶(2)B(3)5(4)Cl2、CO2(5)①C②重结晶(6)80%解析环己醇中加入高锰酸钾、碳酸钠水浴加热生成KOOC(CH2)4COOK和二氧化锰,过滤,滤液中加入盐酸酸化后,蒸发浓缩、冷却结晶、减压过滤、洗涤干燥得到己二酸。(1)装置图中仪器A的名称为三颈烧瓶。(2)“氧化”过程需要加热的温度低于50℃,低于水的沸点,故选择水浴加热,选B。(3)由图可知,实验过程中应选择的环己醇滴速为5滴/min,此时反应速率较平和,反应温度低于要求温度50℃。(4)“氧化液”含有碳酸钠、高锰酸钾,加浓盐酸酸化时,碳酸钠和盐酸生成二氧化碳、高锰酸钾和盐酸发生氧化还原反应生成氯气,故推测该气体的成分有Cl2、CO2。(5)①由图可知,己二酸晶体在低温时溶解度较小,此时洗涤损失较小,故“洗涤”的方法为用冷水洗涤。②利用两者的溶解度不同,除去己二酸晶体中含有的氯化钠杂质通常采取的实验方法为重结晶法。(6)实验时称取10.0g环己醇(M=100g·mol-1),最终得到纯净的己二酸(M=146g·mol-1)晶体11.68g,则该实验中己二酸的产率为11.685.答案(1)①a②增大冷水的流速(合理即可)③6KOH+4S2K2S+K2S2O3+3H2O(2)静置,取少量上层清液,向其中滴加(CH3COO)2Pb溶液,若溶液出现微弱浑浊,则说明(CH3COO)2Pb溶液略微不足(3)不引入杂质离子Cl-(4)0.1000mol·L-1AgNO3溶液置于锥形瓶中,加入1.0mol·L-1HNO3溶液至溶液pH介于0~1;滴加几滴NH4Fe(SO4)2溶液,将溶液A装入碱式滴定管中,用溶液A进行滴定,直到加入最后半滴溶液A后,溶液颜色变为红色,且半分钟内不变色解析(1)①为使冷凝水充满反应釜,冷凝水应从下口进,从上口出,即冷水从a端通入。③硫黄与KOH溶液反应生成K2S和K2S2O3,根据氧化还原反应的规律,可写出化学方程式为6KOH+4S2K2S+K2S2O3+3H2O。(2)除硫化物时,所加(CH3COO)2Pb溶液不足,故溶液中含有未完全除去的S2-,可取上层清液,向其中滴加(CH3COO)2Pb溶液,溶液中会出现微弱浑浊。(3)除硫酸盐时,若选用BaCl2溶液,则会引入杂质Cl-。(4)本题的思维过程:①根据题干中信息,溶液pH介于0~1时,用KSCN溶液滴定已知浓度的AgNO3溶液来测定KSCN的纯度,知KSCN溶液应盛放在滴定管中,AgNO3溶液应盛放在锥形瓶中,且应用HNO3将溶液的pH调至0~1;②KSCN是强碱弱酸盐,溶液显碱性,故KSCN溶液应盛放在碱式滴定管中;③根据题中给出的试剂以及KSCN和Fe3+反应得到红色溶液可知,NH4Fe(SO4)2溶液是指示剂,且滴定终点的现象是溶液变成红色,且半分钟内不变色。据此可补充实验方案。6.答案(1)球形冷凝管恒压滴液漏斗液封(2)BCA(3)活塞1和活塞2液面差恒定(4)p解析由题意可知,制备配合物的操作是在氮气保护作用下,向盛有双水杨醛缩乙二胺的乙醇溶液的三颈烧瓶中缓慢滴入醋酸钴的乙醇溶液,加热回流1h,待沉淀转化为暗红色晶体后停止加热、关闭冷凝水、停止通入氮气,充分冷却后将溶液过滤、洗涤、干燥得到配合物。(1)由实验装置图可知,A处的装置应为起冷凝回流作用的球形冷凝管,B处装置应为便于醋酸钴的乙醇溶液顺利流下的