2023届新教材高考化学一轮复习有机物制备实验学案

有机物制备实验1.分离提纯常用装置2.分离提纯方法的判断分离、提纯方法目的主要仪器实例分液分离、提纯互不相溶的液体混合物分液漏斗分离硝基苯和水蒸馏分离、提纯沸点相差较大的液体混合物蒸馏烧瓶、冷凝管、接收器分离乙醛和乙醇洗气分离气体混合物洗气瓶除去甲烷中的乙烯3.产率的计算产率＝(目标产物的实际产量/目标产物的理论产量)×100%理论产量可以通过反应物的计算得到。4.有机物制备实验的解题流程分析制备流程熟悉重要仪器依据反应特点作答①有机物易挥发，反应中通常采用冷凝回流装置，以提高原料的利用率和产物的产率；②在实验中需要控制反应条件，以减少副反应的发生；③根据产品与杂质的性质特点，选择合适的分离提纯方法【典例】(2020·全国Ⅱ卷)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：名称相对分子质量熔点/℃沸点/℃密度/(g·mL－1)溶解性甲苯92－95110.60.867不溶于水，易溶于乙醇苯甲酸122122.4(100℃左右开始升华)248—微溶于冷水，易溶于乙醇、热水实验步骤：(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(约0.03mol)高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。(2)停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上干燥。称量，粗产品为1.0g。(3)纯度测定：称取0.122g粗产品，配成乙醇溶液，于100mL容量瓶中定容。每次移取25.00mL溶液，用0.01000mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50mL的KOH标准溶液。回答下列问题：(1)根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为________(填标号)。A．100mL B．250mLC．500mL D．1000mL(2)在反应装置中应选用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成，其判断理由是__________________________。(3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是_________________________；该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理，请用反应的离子方程式表达其原理________________________________________。(4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是____________。(5)干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是_____________。(6)本实验制备的苯甲酸的纯度为________；据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于________(填标号)。A．70%B．60%C．50%D．40%(7)若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中_____________________的方法提纯。【解析】(1)上述液体药品的总量为101.5mL，根据“大而近”的原则选择250mL三颈烧瓶最适宜。(2)为了增加冷凝回流的效果应选用球形冷凝管；由题干表格可知甲苯不溶于水，苯甲酸易溶于热水，无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化。(3)高锰酸钾与盐酸反应产生氯气，利用亚硫酸氢钠溶液的还原性除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时，产生氯气。草酸具有还原性，在酸性条件下可被高锰酸钾氧化为CO2，根据原子、电子、电荷守恒配平离子方程式2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。(4)高锰酸钾的还原产物通常是Mn2＋，也可能生成不溶于水的MnO2，故滤渣的主要成分是MnO2。(5)由题干表格可知苯甲酸在100℃左右开始升华，故干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，部分苯甲酸会因升华而损失。(6)25.00mL中苯甲酸的物质的量n(苯甲酸)＝n(KOH)＝0.01000mol·L－1×21.50×10－3L＝2.150×10－4mol，则苯甲酸的纯度为eq\f(2.150×10－4×\f(100,25)×122,0.122)×100%＝86.0%；甲苯的物质的量为eq\f(1.5×0.867,92)mol，理论生成苯甲酸的质量为eq\f(1.5×0.867,92)mol×122g·mol－1≈1.72g，则产率为(1.0g×86.0%)÷1.72g×100%＝50%。(7)提纯固体有机物苯甲酸通常采用重结晶的方法。答案：(1)B(2)球形无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(3)除去过量的高锰酸钾，避免在用盐酸酸化时，产生氯气2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O(4)MnO2(5)苯甲酸升华而损失(6)86.0%C(7)重结晶总结不同形状的冷凝管在不同实验中的作用。提示：制备实验→球形冷凝管→冷凝回流蒸馏→直形冷凝管→冷凝·命题角度一：有机物的分离提纯1.(2022·佛山二模)在制备和纯化溴苯及验证反应类型的实验过程中，下列装置未涉及的是()【解析】选B。苯与溴在催化条件下发生取代反应生成溴苯和溴化氢，可用硝酸银溶液检验HBr，证明发生取代反应；用分液的方法分离有机物；用蒸馏的方法分离苯和溴苯。A.苯与溴在铁作催化剂条件下生成溴苯与溴化氢，可以在该装置中进行，A不符合题意；B.纯化溴苯，可用蒸馏的操作，不需要蒸发操作，B符合题意；C.反应后制取得到的HBr中含有挥发的Br2，可根据卤素单质易溶于有机溶剂的性质，用四氯化碳吸收除去HBr中的杂质Br2，反应生成HBr可用AgNO3溶液检验，证明发生取代反应，C不符合题意；D.反应后产生的有机物与水是互不相溶的两层液体，有机层与水层分层可用分液的方法分离，D不符合题意。2.下列物质分离(括号内的物质为杂质)的方法错误的是()A．硝基苯(苯)——蒸馏B．乙烯(SO2)——氢氧化钠溶液C．己烷(己烯)——溴水，分液D．乙酸乙酯(乙醇)——碳酸钠溶液，分液【解析】选C。A.苯和硝基苯是互溶的液体混合物，利用沸点不同进行蒸馏分离，正确；B.二氧化硫和氢氧化钠反应，而乙烯不反应，能分离除去，正确；C.己烯和溴水反应二溴己烷，能溶于己烷，不能分离，错误；D.乙醇能溶于碳酸钠溶液，而乙酸乙酯不溶于碳酸钠溶液，可利用分液分离，正确。·命题角度二：有机物的制备综合实验3.(2022·贵阳模拟)1，2­二溴乙烷在农业、医药上有多种用途，也可用作汽油抗震液中铅的消除剂，用30mL浓硫酸、15mL95%乙醇和12.00g液溴制备1，2­二溴乙烷的原理和装置如图(加热及夹持装置略)。第一步用乙醇制乙烯：CH3CH2OHCH2＝CH2↑＋H2O(加热时，浓硫酸可使乙醇炭化)；第二步将乙烯通入液溴：CH2＝CH2＋Br2→BrCH2—CH2Br(反应放热)。有关数据列表如下：物质95%乙醇1，2­二溴乙烷液溴状态无色液体无色液体深红棕色液体密度/(g·cm－3)0.812.22.91沸点/(℃)78.513258.8熔点/(℃)－1309－7.2回答下列问题：(1)装置A用于制备乙烯，仪器a的名称为________________。(2)装置B是安全瓶，可监测实验进行时D中是否发生堵塞，若发生堵塞，装置B的玻璃管中可能出现的现象是______________________________。(3)装置C中盛装的是NaOH溶液，若没有装置C，装置D中还可能发生反应的化学方程式为_____________________________________________________；装置C与D之间可增加一个盛装品红溶液的试剂瓶，目的是____________________________________________________________。(4)装置D中试管和烧杯内水的作用分别是___________________________、________________________________________________。(5)反应结束后，将粗产物依次用10%的氢氧化钠溶液和水洗涤，选用以下实验仪器________(填编号)进行分离后加入无水氯化钙干燥，静置一段时间后弃去氯化钙，最终经________(填实验操作名称)得到产品11.28g。(6)本次实验中，1，2­二溴乙烷的产率为_________________________。【解析】利用乙醇的消去反应制备乙烯，装置B是安全瓶，监测实验进行时D中是否发生堵塞，制备过程中可能产生杂质气体CO2和SO2，干扰乙烯与溴的反应，所以利用装置C将其除去，D中反应生成1，2­二溴乙烷，装置E进行尾气吸收，据此分析答题。(1)观察仪器a的结构特征可知，仪器a为蒸馏烧瓶；(2)如果实验进行时D中发生气路堵塞，B中气体增多压强增大，将B中水压入长玻璃管内，所以玻璃管内液面上升；(3)浓硫酸有脱水性可以将乙醇脱水炭化，单质碳可以和浓硫酸发生下述反应C＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，装置C中盛装的是NaOH溶液，可以将CO2和SO2气体吸收，若没有装置C，SO2和Br2发生下述反应Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4，装置C吸收SO2，装置C与D之间增加一个盛装品红溶液的试剂瓶可以检验二氧化硫是否被除尽；（4）溴单质易挥发，试管内水的作用为形成液封，防止溴的挥发，溴和乙烯的反应放热，需要对装置冷却降温进而防止溴的挥发；（5）生成的1，2­二溴乙烷与水不互溶，分离方法为分液，选择实验仪器为分液漏斗和烧杯，分离后加入无水氯化钙干燥，静置一段时间后弃去氯化钙，继续用蒸馏实验方法得到纯净产品；（6）依据题中信息可计算出单质溴和乙醇的物质的量如下：n（Br2）＝eq\f(12.00g,160g·mol－1)＝0.075mol，n（CH3CH2OH）＝eq\f(15×0.81×95%,46)≈0.251mol，由反应CH3CH2OHCH2＝CH2↑＋H2O和CH2＝CH2＋Br2→BrCH2—CH2Br可知Br2少量，用Br2来计算1，2­二溴乙烷的理论产量为n（1，2­二溴乙烷）＝0.075mol，所以1，2­二溴乙烷的产率＝eq\f(11.28g,0.075mol×188g·mol－1)×100%＝80%。答案：(1)蒸馏烧瓶(2)玻璃管中的液面上升(3)Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4验证二氧化硫是否被除尽(4)液封降温(5)②④蒸馏(6)80%4.山梨酸乙酯对细菌、霉菌等有很好的灭活作用，广泛地用作各类食品的保鲜剂以及家畜、家禽的消毒剂。直接酯化法合成山梨酸乙酯的装置(夹持装置省略)如图所示，该方法简单，原料易得，产物纯度高，反应方程式如下：可能用到的有关数据如下表：物质相对分子质量密度(g·cm－3)沸点/℃水溶性山梨酸1121.204228易溶乙醇460.78978易溶山梨酸乙酯1400.926195难溶环己烷840.78080.7难溶实验步骤：在三颈烧瓶中加入5.6g山梨酸、乙醇、带水剂环己烷、少量催化剂和几粒沸石，油浴加热三颈烧瓶，反应温度为110℃，回流4小时后停止加热和搅拌，反应液冷却至室温，滤去催化剂和沸石，将滤液倒入分液漏斗中，先用5%NaHCO3溶液洗涤至中性，再用水洗涤，分液，在有机层中加入少量无水MgSO4，静置片刻，过滤，将滤液进行蒸馏，收集195℃的馏分得到纯净的山梨酸乙酯5.0g。回答下列问题：(1)仪器a的名称是________，仪器b的作用是________________。(2)为了将反应中生成的水及时移出反应体系，常加入带水剂。可作带水剂的物质必须满足以下条件：①能够与水形成共沸物(沸点相差30℃以上的两个组分难以形成共沸物)；②在水中的溶解度很小。则环己烷能作带水剂，乙醇不能作带水剂的原因是_____________________________________。(3)该山梨酸乙酯合成过程中在使用带水剂的同时还需在三颈烧瓶和仪器b之间装一个填充除水剂的干燥管，原因是_______________________________。(4)洗涤、分液过程中，加入5%NaHCO3溶液的目的是______________，有机层从分液漏斗的________(填“上口倒出”或“下口放出”)。(5)在有机层中加入少量无水MgSO4的目的是_________________________。(6)为探究酸醇物质的量比和带水剂用量对产率的影响(固定山梨酸的质量为5.6g，催化剂的质量为1.4g)完成了相关实验，结果如下：表1酸醇物质的量比对产率的影响n(酸)∶n(醇)1∶31∶41∶51∶61∶7产率/%52.7957.7769.7663.3563.20表2带水剂用量对产率的影响带水剂用量/mL10152025产率/%62.0572.1865.9162.77根据实验结果，酸醇物质的量比为________，带水剂为________mL时，条件最佳。本实验中，山梨酸乙酯的产率是________(精确至0.1%)。【解析】由反应方程式，反应是可逆反应，反应时间长，反应不完全，要进行冷凝回流，提高反应产率，生成的产物可用干燥剂进行干燥。先根据方程式，计算出5.6g山梨酸理论上可生成山梨酸乙酯的产量，再根据产率＝eq\f(实际产量,理论产量)×100%进行计算。(1)根据a的结构特征，仪器a的名称是恒压滴液漏斗，乙醇、带水剂环己烷沸点比较低，易汽化，仪器b的作用是冷凝回流末反应乙醇和带水剂环己烷。(2)环己烷能作带水剂，乙醇不能作带水剂的原因是环己烷的沸点和水的沸点相差小于30℃，且环己烷不溶于水，所以可以作带水剂；乙醇易溶于水，所以不