2023届高考化学鲁科版一轮复习检测-第十章第3课时　物质制备型综合实验

第3课时物质制备型综合实验题号知识易中难无机物的制备实验探究1,2,36有机物的制备实验探究45非选择题1.(2021·湖南永州二模)实验室利用SO2合成硫酰氯(SO2Cl2),并对H2SO3和HClO的酸性强弱进行探究。Ⅰ.已知SO2Cl2的熔点为-54.1℃,沸点为69.1℃,在空气中遇水蒸气发生剧烈反应,并产生大量白雾,100℃以上分解生成SO2和Cl2。实验室合成SO2Cl2的原理:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(l)ΔH<0,实验装置如图所示(夹持仪器已省略),请回答下列问题:(1)装置A中的试剂是。

(2)活性炭的作用是。

(3)在冰水浴中制备SO2Cl2的原因是

。

(4)为了测定SO2Cl2产品纯度(杂质不参与反应),称取agSO2Cl2产品于锥形瓶中,加入足量蒸馏水,充分反应。用cmol·L-1AgNO3溶液滴定反应后的溶液,滴几滴K2CrO4溶液做指示剂,当生成Ag2CrO4砖红色沉淀时,认为溶液中Cl-沉淀完全,此时消耗AgNO3溶液的体积为VmL。①用棕色滴定管盛装AgNO3溶液,其原因是。②该SO2Cl2产品的纯度为。Ⅱ.(5)选用下面的装置探究酸性:H2SO3>HClO,其连接顺序为A→。能证明H2SO3的酸性强于HClO的实验现象为

。

解析:Ⅰ.(1)装置A中的试剂用于干燥二氧化硫,故选用酸性或中性的固体干燥剂。(2)从影响反应的条件推出:活性炭的可能作用是催化剂。(3)已知:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(l)ΔH<0,SO2Cl2的熔点为-54.1℃,沸点为69.1℃,100℃以上分解生成SO2和Cl2,故在冰水浴中制备SO2Cl2。(4)①用棕色滴定管盛装AgNO3溶液,其原因是AgNO3见光易分解。②由质量守恒定律知:SO2Cl2～2Cl-～2AgNO3135g2molag·φ(SO2Cl2)cmol/L·VmL·10-3L/mLSO2Cl2产品的纯度φ(SO2Cl2)=135cVⅡ.(5)装置A制备二氧化硫,由于盐酸易挥发,制备的二氧化硫中混有HCl,用饱和的亚硫酸氢钠除去HCl,再通过碳酸氢钠溶液,可以验证亚硫酸酸性比碳酸强,用酸性高锰酸钾溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫,用品红溶液检验二氧化碳中二氧化硫是否除尽,再通入漂白粉溶液中,则装置连接顺序为A→C→B→E→D→F。HClO具有强氧化性,SO2具有还原性,不能利用SO2与次氯酸钙直接反应判断亚硫酸与次氯酸的酸性强弱,先验证亚硫酸酸性比碳酸强,再结合碳酸酸性比HClO强进行判断,能证明H2SO3的酸性强于HClO的实验现象为装置D中品红不褪色,装置F中产生白色沉淀。答案:(1)P2O5(或无水CaCl2、硅胶等)(2)催化剂(3)反应放热,且SO2Cl2沸点低,冰水浴有利于生成和收集SO2Cl2(4)①AgNO3见光易分解②135cV2.(2021·山东日照三模)FeCl2是重要的媒染剂和污水处理剂。某校化学探究团队查阅有关资料,在实验室中用氯苯消氯法制备无水FeCl2,原理为C6H5Cl+2FeCl32FeCl2+C6H4Cl2+HCl↑,装置如图所示(夹持装置已略去)。已知:Ⅰ.FeCl2、FeCl3不溶于氯苯、二氯苯;Ⅱ.C6H5Cl、C6H4Cl2互溶,不溶于水;沸点分别为132℃、173℃。回答下列问题:(1)仪器a的名称为,该仪器(填“能”或“不能”)用于石油的分馏。

(2)该团队用3.25gFeCl3与过量氯苯反应,实验结束后将三颈烧瓶中的物质倒出,过滤、洗涤、干燥后得到粗产品,回收滤液中氯苯的方法为(填操作名称)。

(3)经讨论后,分为甲、乙两组用不同方法测定FeCl3的转化率。①甲组:用0.40mol·L-1NaOH标准液滴定锥形瓶内的溶液,可选用的指示剂为;若终点时消耗18.50mLNaOH标准液,则FeCl3的转化率为%。

②乙组:将粗产品制成250mL溶液,取出25.00mL,用0.0200mol·L-1标准KMnO4溶液滴定(已知:本实验条件下,Cl-不参与反应;KMnO4还原产物为Mn2+)。达到滴定终点时的现象为,经平行实验测得平均消耗标准液16.00mL,则甲组测定结果(填“高于”或“低于”)乙组测定结果。

③某检测机构对粗产品进行测定,经数据分析测得FeCl3的转化率为79.95%。与乙组和检测机构的测定结果对比,若无操作失误,甲组产生较大误差可能的原因为。

解析:(1)图中仪器a为球形冷凝管,石油的分离是通过蒸馏实现的,蒸馏时使用直形冷凝管,不能使用球形冷凝管。(2)根据氯苯和二氯苯的沸点可知,分离两者可用蒸馏的方法。(3)①锥形瓶中主要成分为HCl,酸碱中和滴定时,强碱滴定酸用酚酞作指示剂;根据反应HCl+NaOHNaCl+H2O和C6H5Cl+2FeCl32FeCl2+C6H4Cl2+HCl↑,可建立关系式2FeCl3～NaOH,消耗的氢氧化钠的物质的量为n(NaOH)=(0.4×18.5×10-3)mol=7.4×10-3mol,即实际转化的氯化铁为n(FeCl3)=2n(NaOH)=2×7.4×10-3mol=1.48×10-2mol,m(FeCl3)=1.48×10-2×162.5g,氯化铁的转化率为1.48×10②用高锰酸钾溶液滴定时,终点现象为溶液变为浅紫色,且30秒内不恢复到原来的颜色;滴定时的反应为5Fe2++MnO4-+8H+Mn2++5Fe3++4H2O,可建立关系式5FeCl3～MnO4-,消耗的高锰酸钾的物质的量为n(KMnO4)=(0.02×16×10-3)mol=3.2×10-4mol,则氯化铁的物质的量为n(FeCl3)=5n(MnO4-)=5×3.2×10-4×10mol=1.6×10-2mol,质量为m(FeCl3)=1.6×10-2③甲组误差较大的原因可能为产生的HCl气体未全部溶于水。答案:(1)球形冷凝管不能(2)蒸馏(3)①酚酞74②溶液变为浅紫色,且30秒内不恢复到原来的颜色低于③产生的HCl没有完全被锥形瓶中的水吸收3.(2021·广东梅州二模)高纯MnCO3是广泛用于电子行业的强磁性材料。MnCO3为白色粉末,难溶于水和乙醇,在潮湿环境下易被氧化,温度高于100℃开始分解。实验室以MnO2为原料制备MnCO3。(1)制备MnSO4溶液:①主要反应装置如图,缓缓通入经N2稀释的SO2气体,三颈烧瓶中反应的化学方程式为。反应过程中,为使SO2尽可能转化完全,在通入SO2和N2比例一定、不改变固液投料的条件下,可采取的合理措施有(写出一点)。

②已知实验室制取SO2可采用:Na2SO3+H2SO4(浓)Na2SO4+SO2↑+H2O。选择下表中部分装置与上图装置相连制备MnSO4溶液,应选择的装置有。

abcdef③若用空气代替N2进行实验,缺点是。(酸性环境下Mn2+不易被氧化)

(2)制备MnCO3固体:实验步骤:①向MnSO4溶液中边搅拌边加入饱和NH4HCO3溶液生成MnCO3沉淀,反应结束后过滤;②……;③在70～80℃下烘干得到纯净、干燥的MnCO3固体。步骤①需控制溶液的酸碱性,若碱性过强,MnCO3粗产品中将混有(填化学式)。步骤②的操作是洗涤沉淀和检验沉淀是否洗涤干净,则需要用到的试剂有。

解析:(1)①SO2与MnO2作用生成MnSO4,反应生成MnSO4的化学方程式为SO2+MnO2MnSO4,为加快反应速率,可采取的合理措施有控制适当的温度;缓慢通入混合气体;使用多孔球泡。②制备二氧化硫的反应不需要加热,b装置制备二氧化硫,氮气与二氧化硫通过e装置混合,在反应装置中生成MnSO4,利用f装置进行尾气处理,防止尾气中二氧化硫污染空气,故选abef。③若用空气代替N2进行实验,氧气能与亚硫酸反应生成硫酸,二氧化硫利用率降低。(2)步骤①若碱性过强,Mn2+直接和OH-结合生成Mn(OH)2沉淀。根据题意,先用蒸馏水洗涤,用盐酸酸化的BaCl2溶液验证洗涤是否干净,再用乙醇洗涤,所以所需试剂是水、盐酸酸化的BaCl2溶液、乙醇。答案:(1)①SO2+MnO2MnSO4控制适当的温度或缓慢通入混合气体或使用多孔球泡(任写一点即可)②abef③空气中的O2能氧化H2SO3,使SO2利用率下降(2)Mn(OH)2水、盐酸酸化的BaCl2溶液、乙醇4.(2021·河北保定二模)1,2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)是重要的有机化工原料,不溶于水,易溶于有机溶剂,沸点83.6℃,碱性条件下水解程度较大。实验室采用“乙烯液相直接氯化法”制备1,2-二氯乙烷,相关反应原理为C2H5OHCH2CH2↑+H2OCl2(g)+CH2CH2(g)CH2ClCH2Cl(l)ΔH<0实验装置如图:请回答下列问题:(1)写出甲装置发生反应的化学方程式:。(2)按实验原理将装置戊、己、庚连接起来,d→→→→→a(按接口顺序连接)。

(3)丁装置中长玻璃导管B的作用是,先装入1,2-二氯乙烷液体,其作用是,以促进气体间的接触,更容易使物质发生反应。

(4)制乙烯采用甘油浴加热,该加热方式的优点是。(5)制得的1,2-二氯乙烷中溶解有Cl2、乙烯,逐出其中的Cl2和乙烯采用的方法是。

(6)有同学提出该装置存在缺陷,你认为是。(7)产品纯度的测定:量取5.00mL逐出Cl2和乙烯后的产品,产品密度为1.2g·mL-1,加足量稀NaOH溶液,加热充分反应:CH2ClCH2Cl+2NaOHCH2OHCH2OH+2NaCl。所得溶液先用稀硝酸中和至酸性,然后加入1.000mol·L-1的AgNO3标准溶液至不再产生沉淀,沉降后过滤、洗涤、低温干燥、称量,得到14.35g白色固体,则产品中1,2-二氯乙烷的纯度为。

解析:甲装置是二氧化锰和浓盐酸在加热条件下生成氯气,经饱和食盐水除去氯化氢气体,浓硫酸除去水蒸气,进入丁装置,己装置是乙醇在五氧化二磷和加热条件下反应生成乙烯和水,乙醇挥发,产物经过戊装置除去乙醇,再经过庚装置的浓硫酸除去水,进入丁装置,与氯气反应制得1,2-二氯乙烷,所以连接方式为d→b→c→f→e→a。(1)甲装置是二氧化锰和浓盐酸在加热条件下生成氯气:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)根据分析可知连接方式为d→b→c→f→e→a。(3)CH2ClCH2Cl沸点较低,在反应时易挥发,可用丁装置中长玻璃导管B来冷凝回流,同时B也可以排出多余的气体,平衡气压;先装入1,2-二氯乙烷液体,其作用是溶解Cl2和乙烯,促进气体反应物间的接触。(4)采用甘油浴加热方式的优点是受热更均匀,温度更易控制。(5)制得的1,2-二氯乙烷中溶解有Cl2、乙烯,逐出Cl2和乙烯采用的方法是适当加热,既可以逐出杂质气体又不会引入新的杂质且操作简单。(6)尾气中有残留的Cl2,氯气有毒,需要尾气处理,而实验装置中没有尾气处理装置。(7)5.00mL逐出Cl2和乙烯后的产品,密度为1.2g·mL-1,质量为1.2g·mL-1×5.00mL=6.00g,加足量稀NaOH溶液,加热充分反应:CH2ClCH2Cl+2NaOHCH2OHCH2OH+2NaCl。所得溶液先用稀硝酸中和至酸性,然后加入1.000mol·L-1的AgNO3标准溶液至不再产生沉淀,沉降后过滤、洗涤、低温干燥、称量,得到14.35g白色固体是氯化银,物质的量为n=mM=14.35g143.5g·mol答案:(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+2H2O+Cl2↑(2)bcfe(3)冷凝回流、导气(或平衡压强)溶解Cl2和乙烯(4)受热更均匀,温度更易控制(5)适当加热(6)没有尾气处理装置(7)82.50%5.(2021·四川成都三模)2-硝基-1,3-苯二酚是重要的医药中间体。实验室常以间苯二酚为原料,经磺化、硝化、去磺酸基三步合成:部分物质相关性质如下表:名称相对分子质量性状熔点/℃水溶性(常温)间苯二酚110白色针状晶体110.7易溶2-硝基-1,3-苯二酚155橘红色针状晶体87.8难溶制备过程如下:第一步:磺化。称取77.0g间苯二酚,碾成粉末放入烧瓶中,慢慢加入适量浓硫酸并不断搅拌,控制温度在一定范围内搅拌15min(如图1)。第二步:硝化。待磺化反应结束后将烧瓶置于冷水中,充分冷却后加入“混酸”,控制温度继续搅拌15min。第三步:蒸馏。将硝化反应混合物的稀释液转移到圆底烧瓶B中,然后用如图2所示装置进行水蒸气蒸馏(水蒸气蒸馏可使待提纯的有机物在低于100℃的情况下随水蒸气一起被蒸馏出来,从而达到分离提纯的目的),收集馏出物,得到2-硝基-1,3-苯二酚粗品。请回答下列问题:(1)图1中仪器a的名称是;磺化步骤中控制温度最合适的范围为(填字母,下同)。

A.30～60℃ B.60～65℃C.65～70℃ D.70～100℃(2)已知:酚羟基邻、对位的氢原子比较活泼,均易被取代。请分析第一步磺化引入磺酸基基团(—SO3H)的作用是。(3)硝化步骤中制取“混酸”的具体操作是

。

(4)水蒸气蒸馏是分离和提纯有机物的方法之一,被提纯物质必须具备的条件正确的是。

A.具有较低的熔点B.不溶或难溶于水,便于最后分离C.难挥发性D.在沸腾下与水不发生化学反应(5)下列说法正确的是。

A.直形冷凝管内壁中可能会有红色晶体析出B.反应一段时间后,停止蒸馏,先熄灭酒精灯,再打开K,最后停止通冷凝水C.烧瓶A中长玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故,又能防止压强过小引起倒吸(6)蒸馏所得2-硝基-1,3-苯二酚中仍含少量杂质,可用少量乙醇水混合剂洗涤。请设计简单实验证明2-硝基-1,3-苯二酚已经洗涤干净:

。

(7)本实验最终获得15.5g橘红色晶体,则2-硝基-1,3-苯二酚的产率约为(保留3位有效数字)。

解析:(1)根据仪器的外观可知图1中仪器a的名称是三颈烧瓶。由题中信息可知,在磺化步骤中要控制温度低于65℃,若温度过低,磺化反应的速率过慢;间苯二酚具有较强的还原性,而浓硫酸具有强氧化性,若温度过高,间苯二酚易被浓硫酸氧化,并且酚羟基的所有邻位均可被磺化,这将影响下一步硝化反应的进行,因此,在磺化步骤中控制温度最合适的范围为60～65℃。(2)已知酚羟基邻、对位的氢原子比较活泼,均易被取代,故第一步磺化引入磺酸基基团(—SO3H)的作用是防止硝基取代两个酚羟基对位上的氢原子。(3)类比浓硫酸的稀释方法,为了防止液体飞溅和硝酸温度过高发生分解和挥发过多,要将浓硫酸慢慢加入浓硝酸中,因此,硝化步骤中制取“混酸”的具体操作是在烧杯中加入适量的浓硝酸,沿杯壁缓慢加入一定量的浓硫酸,边加边搅拌,冷却。(4)由题中信息可知,水蒸气蒸馏是分离和提纯有机物的方法之一,在低于100℃的情况下,有机物可以随水蒸气一起被蒸馏出来,从而达到分离提纯的目的。因此,被提纯物质必须具备的条件是其在一定的温度范围内有一定的挥发性,可以随水蒸气一起被蒸馏出来;不溶或难溶于水,便于最后分离;在沸腾条件下不与水发生化学反应。故选B、D。(5)由于2-硝基-1,3-苯二酚的熔点是87.8℃,且其难溶于水,因此,冷凝管C中有2-硝基-1,3-苯二酚析出,可能看到的现象是冷凝管内壁有橘红色晶体析出,A正确;反应一段时间后,停止蒸馏,应先打开K,再熄灭酒精灯,B错误;图2烧瓶A中长玻璃管起稳压作用,能使装置中的气体压强维持在一定的安全范围,既能防止装置中压强过大引起事故,又能防止压强过小引起倒吸,C正确。(6)证明2-硝基-1,3-苯二酚已经洗涤干净的实验操作:取最后一次洗涤液少量,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净,反之则没有洗涤干净。(7)77.0g间苯二酚的物质的量为77.0g110g·mol-1=0.7mol,理论上可以制备出2-硝基-1,3-苯二酚0.7mol,其质量为0.7mol×答案:(1)三颈烧瓶B(2)防止硝基取代两个酚羟基对位上的氢原子(3)在烧杯中加入适量的浓硝酸,沿杯壁缓慢加入一定量的浓硫酸,边加边搅拌,冷却(4)BD(5)AC(6)取最后一次洗涤液少量,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净,反之则没有洗涤干净(7)14.3%6.(2021·山东滨州二模)氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体的化学式为(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O,难溶于水,是制备热敏材料VO2的原料。实验室以V2O5为原料合成该晶体的流程如图:V2O5VOCl2溶液氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体已知:+4价钒在弱酸性条件下具有还原性。回答下列问题:(1)步骤ⅰ中N2H4·2HCl属于(填“正盐”“酸式盐”或“碱式盐”)。只用浓盐酸与V2O5反应也能制备VOCl2溶液,但从环保角度分析,该反应不被推广的主要原因是(用化学方程式表示)。

(2)步骤ⅱ可在如图装置中进行。①B装置盛装的试剂是(填名称)。

②实验时,先关闭K2,打开K1,当观察到(填实验现象)时,再关闭K1,打开K2。

③反应结束后,将三颈烧瓶置于CO2保护下的干燥器中,静置过滤可得到紫红色晶体,然后抽滤,先用饱和NH4H