水蒸气蒸馏-2024高考化学一轮复习

备战2022年高考化学－实验综合题专项复习系列专项2－水蒸气蒸馏（一）简介水蒸气蒸馏是分离和纯化有机化合物的常用方法之一。进行水蒸气蒸馏时，对要分离的有机化合物有以下要求：（1）不溶或微溶于水，这是满足水蒸气蒸馏的先决条件。（2）长时间与水共沸时不与水发生反应。（3）近于100℃时有一定的蒸气压，一般不少于10mmHg（1.33kPa）。许多不溶于水或微溶于水的有机化合物，无论是固体还是液体，只要在100℃左右具有一定的蒸气压，即有一定的挥发性时，若与水在一起加热就能与水同时蒸馏出来这就称为水蒸气蒸馏。利用水蒸气蒸馏可把这些化合物同其他发性更低的物质分开而达到分离提纯的目的。水蒸气蒸馏也是从动植物中提取芳香油等天然产物最常用的方法之一。（二）装置水蒸气蒸馏的装置一般由蒸气发生器和蒸馏装置两部分组成（下图左、中）。这两部分在连接部分要尽可能紧凑，以防蒸气在通过长的管道后部分冷凝成水而影响水蒸气蒸馏的效率。如果从实验室的蒸气管道取得蒸气，在管道与蒸馏瓶之间接上气液分离器（下图右）或装上一个T形管以除去其中的冷凝水，即在T形管下端连一个弹簧夹，以便及时除去冷凝下来的水滴。（三）操作步骤通常采用以下两种方法：方法1将需蒸馏的有机化合物放在装有克氏蒸头的圆底烧瓶中，克氏蒸馏头与冷凝管相接（克氏蒸馏头用来防止蒸馏时蒸馏瓶中的混合物溅入冷凝管）。然后将水蒸气经玻璃管导入蒸馏瓶的底部。在长时间进行水蒸气蒸馏时，外部通入的水蒸气可能有部分在蒸馏瓶内冷凝下来，为此可温和地加热蒸餾瓶以防止水蒸气冷凝。方法2如果只要少量水蒸气就可以把所有的有机物蒸出的话，就可以省去水蒸气发生器而直接将有机化合物与水一起放在蒸馏瓶内，加热蒸馏瓶，使之产生水蒸气进行蒸馏。值得注意的是，第一种方法先将被蒸物放入蒸馏瓶中加热水蒸气发生器直至水开始沸腾后，才可以将T形管上的螺旋旋紧，使蒸气直接进入蒸馏瓶。（四）高中习题中的体现1．现代农业要精准施肥，科学种植。化学小组设计以下实验测定某土壤的含氮重。(一)提取土壤中的氮称取100g土壤于烧杯中，加入足量浓硫酸和一定量催化剂，充分反应后过滤、洗涤滤渣，往滤液加入足量NaOH溶液，按如图进行蒸馏，用过量硼酸(H3BO3)吸收生成的氨。已知：常温下H3BO3+H2OB(OH)+H+Ka=5.8×10-10（1）土壤中的尿素[CO(NH2)2]与浓硫酸反应，生成铵盐的同时还生成一种无色无味气体，该气体为_______________。（2）判断滤渣已洗涤干净的方法为____________________。（3）仪器f的名称为_______________，丙装置的缺点为_________________________。（4）当丙中牛角管无明显液滴后，需升高温度继续蒸出水蒸气一段时间，目的为________________________。(二)滴定测量含氮量将锥形瓶内溶液稀释至250mL，取出25.00mL稀释液，滴加2～3滴甲基红(变色范围4.4～6.2)，用0.1000mol•L-1盐酸标准溶液滴定.重复实验3次，平均消耗盐酸标准溶液18.00mL。（5）滴定过程：①盛装标准溶液的滴定管尖嘴处有气泡，排除气泡的操作为_______________________________________。②发生反应的离子方程式为________________________________________。（6）该土壤的含氮量为___________________g•kg-1(以N元素计算)。【答案】（1）二氧化碳（2）取最后一次的洗涤液于试管中，先滴加盐酸，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明滤渣已洗涤干净（3）直形冷凝管

牛角管未与硼酸溶液接触，氨气不能被完全吸收（4）保证把烧瓶中的氮元素全部转移到锥形瓶中，使实验结果更准确（5）将酸式滴定管稍稍倾斜，迅速打开活塞，气泡随溶液的流出而被排出

（6）2.52【解析】（1）尿素与浓硫酸发生了氧化还原反应，若生成铵盐和无色无味气体，依据得失电子守恒可知，反应方程式为：CO(NH2)2+H2SO4+H2O(NH4)2SO4+CO2，因此无色无味气体为二氧化碳。（2）若要判断滤渣是否洗净，需要检测是否还有硫酸根离子，因此方法为：取最后一次的洗涤液于试管中，先滴加盐酸，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明滤渣已洗涤干净。（3）仪器f是直形冷凝管；为了保证氨气被硼酸溶液充分吸收，应使牛角管与硼酸溶液接触。（4）氨气极易溶于水，为了保证把烧瓶中的氮元素全部转移到锥形瓶中，牛角管无明显液滴后，还需升高温度继续蒸出水蒸气一段时间，从而使实验结果更准确。（5）①标准液盐酸应放在酸式滴定管中，而酸式滴定管排除气泡的操作为：将酸式滴定管稍稍倾斜，迅速打开活塞，气泡随溶液的流出而被排出。②由已知条件可知，硼酸为弱酸，H3BO3+H2OB(OH)+H+，因此滴加盐酸的离子方程式为：（6）依据原子守恒，可得关系式：求得：x=910-4mol，则含氮量为。2．氮化锶()是工业上生产荧光粉的原材料。已知：锶与氮气在加热条件下可生成氮化锶，氮化锶遇水剧烈反应产生氨气。Ⅰ.利用装置A和B制备（1）装置A中仪器a的名称为______________________，装置B中洗气瓶盛放的试剂是___________(填名称)。（2）由装置A制备的化学方程式为___________________________________________________。（3）实验时先点燃装置___________处酒精灯(填“A”或“B”)，一段时间后，点燃另一只酒精灯；其原因是___________________________________________________。Ⅱ．已知Mr(Sr3N2)=292，测定产品的纯度称取3.2g产品，放入干燥的三颈瓶中，然后加入蒸馏水，通入水蒸气，将产生的氨全部蒸出，用200.0mL1.0mol/L的盐酸标准溶液完全吸收(吸收液体体积变化忽略不计)。从烧杯中量取20.00mL的吸收液放入锥形瓶中，用1.0mol/LNaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗18.00mLNaOH溶液(图中夹持装置略)。（4）三颈瓶中发生反应产生氨气的化学方程式为_______________________________。（5）通过计算可知产品纯度为_______________________________。（6）下列实验操作可能使氮化锶()测定结果偏高的是_____________________(填标号)。A．锥形瓶洗涤干净后未干燥，直接装入待测液B．滴定时未用NaOH标准溶液润洗滴定管C．滴定前滴定管尖嘴处有气泡，滴定结束后气泡消失D．读数时，滴定前平视，滴定后俯视【答案】（1）

蒸馏烧瓶

浓硫酸（2）（3）

A

为防止锶被氧气氧化，要用A中生成的氮气排出B中的空气后，再加热金属锶（4）（5）91.25%（6）D【解析】装置A为氮气发生装置，其反应为，装置B为反应装置，在加热条件下氮气与Sr反应生成氮化锶，其中碱石灰起到阻止空气中的水进入石英管中干预实验。（1）装置A中的仪器a为蒸馏烧瓶；氮化锶与水强烈水解，为了防止水蒸气进入石英管中，洗气瓶的主要作用为干燥氮气，其盛放试剂为浓硫酸；（2）装置A为氮气发生装置，其反应为：，故填；（3）实验时，先点燃装置A处的酒精灯，利用其产生的氮气排除装置B中的氧气，防止加热金属Sr时，金属Sr被氧化，故填A、为防止锶被氧气氧化，要用A中生成的氮气排出B中的空气后，再加热金属锶；（4）根据题意，氮化锶与水反应生成氨气，其反应的化学方程式为：，故填；（5）总的HCl的物质的量为：，从烧杯中取出20.00mL吸收液，用NaOH滴定，则消耗的NaOH的物质的量为：，即20mL中HCl的含量为0.018mol，则原烧瓶中HCl剩余量为：0.018×10=0.18mol，与氨气反应的HCl为：0.2-0.18=0.02mol，即生成氨气的含量为0.02mol。根据反应：，可计算出参与反应的氮化锶的量为：，其质量为：，其纯度为：，故填91.25%；（6）该方法为间接法测定氮化锶含量，根据题意，氮化锶的量与剩余HCl的量有关，即剩余HCl越多，氮化锶的量越少，反之亦然；A．锥形瓶洗净后干燥与否不影响待测液的含量，对结果无影响；B．滴定时未用NaOH标准液润洗，使得标准液浓度偏低，滴定时消耗标准液的体积偏大，计算时按原浓度计算，剩余HCl的量减小，使得结果偏小；C．滴定前尖嘴处有气泡，滴定后气泡消失，读数的标准液体积偏大，同理可得结果偏低；D．读数时，滴定前平视，滴定后俯视，标准液读数偏小，同理，计算出的剩余HCl偏低，结果偏高，故D正确；故填D。3．氮化钡()是一种棕色粉末，在空气中易被氧化，遇水会发生剧烈水解。实验室常用Ba与N2在加热条件下反应制得，某实验小组设计如下装置(夹持装置略去)：回答下列问题：L氮化钡的制取（1）A装置中盛放浓氨水仪器名称是_____________________，按气流从左到右的方向，装置连接的合理顺序为___________→hi→___________(填小写字母，装置可重复使用)，则实验方案中最后装置的作用是___________（2）实验简单步骤如下：①点燃B处的酒精灯

②添加实验药品

③检验装置的气密性④点燃D处的酒精灯

⑤打开装置A中的分液漏斗活塞⑥熄灭D处酒精灯

⑦熄灭B处酒精灯⑧关闭装置A中分液漏斗活塞。正确的实验操作步骤是_______________________________II．产品纯度的测定称取6.0gI中所得产品，加入干燥的仪器4中，由仪器3加入蒸馏水，然后通入水蒸气，用的稀硫酸标准溶液完全吸收(吸收液体积变化忽略不计)。从烧杯中量取20.00mL的吸收液，用标准溶液滴定过剩的稀硫酸，到终点时消耗溶液。（3）实验过程中，通入水蒸气的目的是_______________________________。（4）用标准溶液滴定过剩的稀硫酸时所选指示剂为_____________________(填字母)。a．石蕊试液

b．酚酞试液

c．甲基橙（5）产品纯度为___________________，下列实验操作可能使氮化钡()测定结果偏高的是___________(填字母)。a．实验I中，鼓入水蒸气流速太快，有少量液体溅出b．滴定前，碱式滴定管中无气泡，滴定结束后，有气泡c．配置标准稀硫酸溶液，俯视刻度线定容【答案】（1）

分液漏斗

aedbc

fghi

液封，防止空气中氧气、水蒸气、CO2等气体进入装置D（2）③②⑤①④⑥⑧⑦（3）排尽装置中空气，防止样品被氧化、将生成的NH3全部排入烧杯中，减小实验误差（4）c（5）

87.8%

b【解析】装置A目的为制备氨气，装置C目的为干燥氨气，装置B中进行氨气和氧化铜反应生成氮气，装置D中氮气和Ba反应生成氮化钡，最后再连接装置E，装置E中液封导气管，防止空气中氧气等气体进入装置D中。（1）装置A盛有浓氨水的仪器名称为分液漏斗；装置A是制备氨气，生成的NH3中含有水蒸气，气体经装置C干燥，干燥管大孔进气小孔出气，然后再通过装置B把氨气转化成氮气，装置B流出气体是N2、未反应NH3、水蒸气，氨气和水蒸气均能干扰试验，因此用装置E除去，再排装置中的空气，通一段时间气体后，再加热装置D制备氮化钡，此时还要防止外界空气中CO2、O2、H2O等气体进入装置D，因此最后再连接装置E，故按气流从左到右的方向，装置连接的合理顺序为aedbchifghi；实验方案最后连接装置E，其作用是液封，防止空气中氧气、水蒸气、CO2等气体进入装置D；（2）停止实验时，考虑防倒吸等因素，因此先熄灭装置D的酒精灯，此时装置B还要加热，保证氮气进入装置D，防止倒吸和防止对产品纯度产生影响，再关闭装置A分液漏斗活塞，最后熄灭装置B的酒精灯，因此正确的实验操作步骤是③②⑤①④⑥⑧⑦；（3）实验前，先通入一定量水蒸气，可将装置中空气排出，防止样品被氧化，其次，水蒸气可将生成的NH3全部排入烧杯中，减小实验误差，故此处填：排尽装置中空气，防止样品被氧化、将生成的NH3全部排入烧杯中，减小实验误差；（4）用0.10mol/L氢氧化钠标准溶液滴定过剩的硫酸时，应防止氢氧化钠溶液与硫酸铵溶液反应，所以应选择变色范围在酸性区域的甲基橙作指示剂，故合理选项是c；（5）由题意可知：与氨气反应的稀硫酸的物质的量为n(H2SO4)=n(H2SO4，总)-n(H2SO4，余)=(0.10mol/L×200mL×10-3L/mL-×)=0.012mol，则n(NH3)=2n(H2SO4)=2×0.012mol=0.024mol，由氮元素守恒可知：n(Ba3N2)=，则产品的纯度为；a．有少量液体溅出，则参与反应的样品量偏少，所测样品纯度偏低，a不符合题意；b．滴定前滴定管尖嘴处无气泡，滴定结束后有气泡，则导致所计消耗氢氧化钠溶液的体积偏小，即所测剩余硫酸偏少，导致计算出与氨气反应的硫酸物质的量偏大，产品的纯度偏高，b符合题意；c．配制稀硫酸时，俯视定容，导致所配稀硫酸浓度偏大，则吸收等量的NH3硫酸用量减少，导致所测产品纯度偏低，c不符合题意；故合理选项是b。4.8－羟基喹啉（）是白色或淡黄色粉末，可通过如下实验步骤制得：①如图所示，在三颈烧瓶中加入适量甘油、邻硝基苯酚、邻氨基苯酚和浓硫酸。②加热至反应自动激烈进行。③改为水蒸气蒸馏装置进行水蒸气蒸馏，直至馏出液中不再有油珠为止。④向三颈烧瓶中加入一定量NaOH溶液后，再滴加饱和Na2CO3溶液将pH调至7～8。⑤重新进行水蒸气蒸馏，至馏出液中不再有晶体析出。⑥将馏出液充分冷却后抽滤，进一步精制得产品。（1）上图中冷却水应从________（填“A”或“B”）口进。（2）上图是水蒸气发生装置。第一次水蒸气蒸馏的目的是___________________________________；当冷凝管出现堵塞时，图中可观察到的现象是_________________________________________。（3）抽滤装置中，布氏漏斗进入抽滤瓶的部分不宜过长，其原因是________________________________。（4）步骤②中移开火源，反应仍自动激烈进行的原因是__________________________________。（5）步骤④中加入的饱和Na2CO3溶液不能过量的原因是__________________________________。【答案】（1）A（2）将未反应的反应物等蒸出玻璃管中水位上升（3）防止滤液吸入抽滤瓶支管而进入减压系统（4）反应放出大量的热（5）如果饱和Na2CO3溶液过量，则酚羟基也要与Na2CO3反应生成钠盐【解析】（1）冷却水从下口进水上口出水，采用逆流原理，故答案为A；（2）第一次水蒸气蒸馏的目的是将未反应的反应物等蒸出，当冷凝管出现堵塞时，图中可观察到的现象是玻璃管中水位上升，故答案为将未反应的反应物等蒸出；玻璃管中水位上升；（3）布氏漏斗进入抽滤瓶的部分不宜过长，其原因是防止滤液吸入抽滤瓶支管而进入减压系统，故答案为防止滤液吸入抽滤瓶支管而进入减压系统；

（4）步骤②中移开火源，由于该反应为放热反应，故仍自动激烈进行，故答案为反应放出大量热量；

（5）步骤④中加入的饱和Na2CO3溶液不能过量的原因是如果饱和Na2CO3溶液过量，则酚羟基也要与Na2CO3反应生成钠盐，故答案为如果饱和Na2CO3溶液过量，则酚羟基也要与Na2CO3反应生成钠盐。5．柠檬烯（结构如图1所示）是食品行业中常用的一种香精，柠檬烯熔点为-74．3℃，沸点为177℃，难溶于水，在接近100℃时有一定的挥发性。柠檬、橙子和柚子等水果果皮中存在较多的柠檬烯，实验室通常用水蒸气蒸馏（装置如图2所示）的方法将柠檬烯从果皮中提取出来并进行后续的分离提纯。水蒸气蒸馏：将60g橙子皮剪成碎片投入仪器B中，加入30mL蒸馏水，打开T形管活塞，点燃酒精灯加热水蒸气发生装置，待T形管支管口有大量水蒸气冒出时关闭活塞并开始通入冷凝水，当D中收集到约60～70mL馏出液时停止蒸馏。分离提纯：将馏出液倒入分液漏斗，每次用10mL二氯甲烷（沸点39．95℃）萃取三次，萃取液合并后置于锥形瓶中，加入适量无水硫酸镁，半小时后过滤，将滤液进行蒸馏除去二氯甲烷，蒸馏烧瓶中得到主要成分是柠檬烯的橙油。请回答相关问题。（1）仪器A的名称是____________________。安全管下端不能抵住仪器A的底部，原因是__________________。仪器B中水蒸气导入管管口接近瓶底，目的是_______________________。（2）直形冷凝管填能否更换为球形冷凝管___________________（“能”或“否”），原因是___________________。（3）分离提纯过程中加入无水硫酸镁的作用是____________________________。对滤液进行蒸馏时合适的加热方法是____________________________。【答案】（1）圆底烧瓶若安全管下端抵住A的底部，水不能进入导管从而无法平衡压强有利于水蒸气与柠檬烯充分接触，使其被充分蒸出（2）否若换成球形冷凝管会有部分馏分残留在冷凝管中不利于收集（3）干燥水浴加热【解析】（1）仪器A的名称是圆底烧瓶，安全管的作用是平衡大气压强，若下端不能抵住仪器A的底部，A中的有液体不能进入导管从而无法平衡压强。仪器B中水蒸气导入管管口接近瓶底，目的是有利于水蒸气与柠檬烯充分接触，使其被充分蒸出；答案为：圆底烧瓶；若安全管下端抵住A的底部，水不能进入导管从而无法平衡压强；有利于水蒸气与柠檬烯充分接触，使其被充分蒸出；（2）若使用球形冷凝管会有部分馏分残留在冷凝管中不利于收集。答案为：否；若使用球形冷凝管会有部分馏分残留在冷凝管中不利于收集；（3）用水蒸气蒸馏的方法提取柠檬烯，100℃时有水蒸气，使制取的柠檬烯中含有水，导致制取分离不纯，加入一定无水硫酸镁可将柠檬烯含有的水蒸气吸收；为了使柠檬烯提取更纯净，不携带出更多的水蒸气，可使用温度较低的水浴加热的方法。答案为：干燥；水浴加热6．肉桂酸为微有桂皮香气的无色针状晶体，能抑制黑色酪氨酸酶的形成，是高级防晒霜中不可少的成分之一。实验室制取肉桂酸的原理如下：实验步骤：步骤1在图所示装置（夹持与加热仪器未画出，下同）的三颈烧瓶内加入K2CO3、苯甲醛（油状物）和乙酸酐，混合均匀后，在170℃～180℃加热反应1h，冷却。步骤2向三颈烧瓶内分批加入20mL水和Na2CO3固体，调节溶液pH约为8。步骤3在三颈烧瓶中加入活性炭，用图所示水蒸气蒸馏装置蒸馏除去未反应的苯甲醛。步骤4将三颈烧瓶内反应混合物趁热过滤，滤液冷却至室温，用浓盐酸酸化至pH＝3，析出大量晶体，抽滤。并用少量冷水洗涤晶体。步骤5将晶体在图所示热水浴上加热干燥。（1）上图中仪器A的作用是____________________________。（2）步骤2中Na2CO3需分批加入的原因是_____________________________________________。（3）水蒸气蒸馏时，判断蒸馏结束的方法是________________________。（4）步骤4中，“趁热过滤”的目的是_________________________。（5）抽滤时所需主要仪器有____________________、安全瓶及抽气泵等。（6）与使用烘箱烘干相比，热水浴干燥的优点是___________________________________________。【答案】（1）（利用空气）冷凝回流，提高原料利用率（2）防止加入太快，产生大量CO2气体，可能会将反应液冲出，且不利于pH测定（3）馏出液澄清透明或取少量馏出液滴入水中，无油珠存在（4）除去固体杂质，防止肉桂酸结晶析出（5）布氏漏斗、抽滤瓶（6）防止温度过高产品变质【解析】（1）根据仪器的结构可知，图1中仪器A的作用是（利用空气）冷凝回流，提高原料利用率；（2）步骤2中Na2CO3需分批加入的原因是防止加入太快，产生大量CO2气体，可能会将反应液冲出，且不利于pH测定；（3）水蒸气蒸馏时，馏出液澄清透明或取少量馏出液滴入水中，无油珠存在，则可判断蒸馏结束；（4）步骤4中，“趁热过滤”的目的是除去固体杂质，防止肉桂酸结晶析出；（5）抽滤时所需主要仪器有布氏漏斗、抽滤瓶、安全瓶及抽气泵等。（6）与使用烘箱烘干相比，热水浴干燥的优点是防止温度过高产品变质。7．2­硝基­1，3­苯二酚由间苯二酚先磺化，再硝化，后去磺酸基生成。原理如下：部分物质的相关性质如下：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桔红色针状晶体87.8难溶制备过程如下：第一步：磺化。称取71.5g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）。请回答下列问题：（1）磺化步骤中控制温度最合适的范围为（填字母）________________。a.30℃～60℃b.60℃～65℃c.65℃～70℃d.70℃～100℃（2）图2中的冷凝管是否可以换为图1所用冷凝管_______________________（填“是”或“否”）。（3）硝化步骤中制取“混酸”的具体操作是__________________________。（4）图2中，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