2019《》高考化学总复习（人教版）讲义第十章综合课8物质的制备及定量分析实验

综合课8物质的制备及定量分析实验物质制备实验和定量分析实验是高考的经典题型，其中物质的制备实验题常涉及到物质制备的原理、仪器的选用和基本操作、实验步骤的设计、反应条件的控制、物质的分离和提纯等常见考点，但命题形式灵活，其中理解实验的目的，反应原理，物质成分和性质以及仪器的用途是解题的关键；定量分析类实验题的命题角度通常为物质含量的测定，物质成分的定量分析等。其实定量分析大都可以归结到根据化学反应或对物质分离提纯后物质质量、气体体积、溶液浓度的测定上。解题的关键是理解测定原理、分析数据的关联，排除误差进行计算。物质的制备实验1．以“气体”为纽带的物质制备实验(1)物质制备流程eq\x(\a\al(气体发,生装置))→eq\x(\a\al(气体净,化装置))→eq\x(\a\al(气体干,燥装置))→eq\x(\a\al(物质制,备装置))→eq\x(\a\al(尾气吸,收装置))↓↓↓↓↓eq\x(\a\al(反应物状态,及反应条件))eq\x(\a\al(气体及杂,质的性质))eq\x(\a\al(由气体的,性质选择,吸收剂))eq\x(\a\al(气体的性质,及制取物质,的性质))eq\x(\a\al(由气体的,性质选择,干燥剂))(2)选用仪器及连接顺序(3)操作先后流程①加入试剂时：先固后液。②实验开始时：先检查装置气密性，再加药品，然后点酒精灯。③净化气体时：一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气。④防倒吸实验：往往是最后停止加热或停止通气。⑤防氧化实验：往往是最后停止通气。(4)有气体参与实验中应注意的事项①爆炸：可燃性气体的点燃、不纯气体受热、气体导管堵塞导致。②炸裂：玻璃仪器的骤冷骤热、受热不均等导致。③倒吸：气体在用液体吸收或与液态试剂反应时，由于极易溶解或反应导致。④堵塞：生成的蒸气易凝结、生成气体的同时产生粉尘等导致。⑤空气污染：生成的气体有毒，缺少尾气处理措施或措施不当导致。2．有机物的制备实验(1)制备过程eq\a\vs4\al(原料和,目标产品)→eq\a\vs4\al(确定制,备原理)→eq\a\vs4\al(设计反,应途径)→eq\a\vs4\al(选择合理的,仪器和装置)→eq\a\vs4\al(分离,提纯)→eq\a\vs4\al(产率,计算)↓↓↓↓eq\a\vs4\al(原子利用,率高、环,境污染小)eq\a\vs4\al(操作,简单)eq\a\vs4\al(方便控制,反应条件)eq\a\vs4\al(依据产品和,杂质的性质,差异选择合,适的分离提,纯方法)(2)实验要点①温度计水银球的位置：若要控制反应温度，应插入反应液中，若要选择收集某温度下的馏分，则应放在支管口附近。②冷凝管的选择：球形冷凝管只能用于冷凝回流，直形冷凝管既能用于冷凝回流，又能用于冷凝收集馏分。③冷凝管的进出水方向，下进上出。④加热方法的选择a．酒精灯加热。酒精灯的火焰温度一般在400～500℃b．水浴加热。水浴加热的温度不超过100℃⑤防暴沸：加碎瓷片，防止溶液暴沸，若开始忘加沸石，需冷却后补加。1．(2017·江苏卷，21B)1­溴丙烷是一种重要的有机合成中间体，沸点为71℃，密度为1.36g·cm－3。实验室制备少量1­步骤1：在仪器A中加入搅拌磁子、12g正丙醇及20mL水，冰水冷却下缓慢加入28mL浓H2SO4；冷却至室温，搅拌下加入24gNaBr。步骤2：如下图所示搭建实验装置，缓慢加热，直到无油状物馏出为止。步骤3：将馏出液转入分液漏斗，分出有机相。步骤4：将分出的有机相转入分液漏斗，依次用12mLH2O、12mL5%Na2CO3溶液和12mLH2O洗涤，分液，得粗产品，进一步提纯得1­溴丙烷。(1)仪器A的名称是________；加入搅拌磁子的目的是搅拌和________。(2)反应时生成的主要有机副产物有2­溴丙烷和________。(3)步骤2中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中的目的是________________________________________________________________________。(4)步骤2中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行，目的是__________________。(5)步骤4中用5%Na2CO3溶液洗涤有机相的操作：向分液漏斗中小心加入12mL5%Na2CO3溶液，振荡，________________________，静置，分液。解析：(1)仪器A是蒸馏烧瓶；加入搅拌磁子的作用与沸石相似，其目的是搅拌和防止暴沸。(2)正丙醇在浓硫酸、加热条件下可发生分子内消去反应生成丙烯，也可以发生分子间脱水反应(取代反应)生成正丙醚，故反应时生成的副产物还有丙烯和正丙醚。(3)1­溴丙烷的沸点为71℃，加热时易挥发。步骤2中需向接受瓶内加入少量冰水并置于冰水浴中，其目的是减少1­(4)步骤2中需缓慢加热使反应和蒸馏平稳进行的目的是减少HBr的挥发。(5)洗涤时加入洗涤剂需振荡，在振荡的过程中可能会产生气体，故需要将产生的气体排出，其操作是将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体。答案：(1)蒸馏烧瓶防止暴沸(2)丙烯、正丙醚(3)减少1­溴丙烷的挥发(4)减少HBr挥发(5)将分液漏斗下口向上倾斜、打开活塞排出气体2．(2016·浙江卷，29)无水MgBr2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2，装置如图甲，主要步骤如下：步骤1：三颈瓶中装入10g镁屑和150mL无水乙醚；装置B中加入15mL液溴。步骤2：缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。步骤3：反应完毕后恢复至室温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至0℃步骤4：常温下用苯溶解粗品，冷却至0℃，析出晶体，过滤，洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至160℃分解得无水MgBr已知：①Mg和Br2反应剧烈放热；MgBr2具有强吸水性。②MgBr2＋3C2H5OC2H5MgBr2·3C2H5OC2H5。请回答：(1)仪器A的名称是________。实验中不能用干燥空气代替干燥N2，原因是________________________________________________________________________。(2)如将装置B改为装置C(图乙)，可能会导致的后果是________________________________________________________________________。(3)步骤3中，第一次过滤除去的物质是________。(4)有关步骤4的说法，正确的是________。A．可用95%的乙醇代替苯溶解粗品B．洗涤晶体可选用0℃C．加热至160℃D．该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴(5)为测定产品的纯度，可用EDTA(简写为Y4－)标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2＋＋Y4－=MgY2－①滴定前润洗滴定管的操作方法是_______________________________________。②测定时，先称取0.2500g无水MgBr2产品，溶解后，用0.0500mol·L－1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液26.50mL，则测得无水MgBr2产品的纯度是________(以质量分数表示)。解析：(1)由实验装置图知仪器A是干燥管；空气中含有O2，而溴与Mg反应可放出大量的热，该条件下Mg易与O2反应生成MgO，因此实验中不能用干燥空气代替干燥N2，原因是防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg和Br2的反应。(2)将装置B改为装置C，当通入干燥的N2时，瓶内压强增大，引起的后果是将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患。(3)第一次过滤除去的固体为反应剩余的镁屑。(4)95%的乙醇含有水分，而MgBr2具有强吸水性，因此不能用95%的乙醇代替苯溶解粗品；由步骤4中信息“用苯溶解粗品，冷却至0℃，析出晶体”，由此可知洗涤晶体也可直接选用0℃的苯；加热至160℃的主要目的是使三乙醚合溴化镁分解得到无水溴化镁，而不是为了除去苯；洗涤的目的是除去乙醚和可能残留的溴。(5)①润洗滴定管的操作方法是从滴定管上口加入少量标准溶液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次。②利用滴定时反应的离子方程式，由原子守恒可知称取的样品中含有m(MgBr2)＝26.50×10－3L×0.0500mol·L－1×184g·mol－1＝0.2438g，故制得无水MgBr2产品的纯度是eq\f(0.2438g,0.2500g)×100%＝97.5%答案：(1)干燥管防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg和Br2的反应(2)会将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患(3)镁屑(4)BD(5)①从滴定管上口加入少量标准溶液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复2～3次②97.5%3．(2018·邵阳大联考)保险粉(Na2S2O4)有极强的还原性，遇热水或潮湿空气会分解放热，但在碱性环境下较稳定。回答下列问题：(1)二氧化硫的制备①二氧化硫的发生装置可以选择上图中的________(填相应编号)，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。②欲收集一瓶干燥的二氧化硫，选择上图中的装置，其接口的连接顺序为发生装置→________→________→________→________→________(按气流方向，用小写字母表示)。(2)保险粉的制备在35～45℃下，将SO2气体通入锌粉­水悬浮液中(如图)，使之发生反应生成ZnS2O4；待反应完全后，移走恒温水浴装置并冷却至室温，向三颈烧瓶中加入18%的NaOH溶液，使之发生反应生成Na2S2O4和Zn(OH)2；经一系列操作后得到无水Na2S2O4样品。①实验开始时，应先关闭止水夹K3、打开K1和K2，通入一段时间SO2，其原因是________________________________________________________________________。②通过观察________________，调节止水夹K1来控制SO2的流速。③由ZnS2O4生成Na2S2O4的化学方程式为________。(3)称取2.0gNa2S2O4样品溶于冷水中，配成100mL溶液，取出10mL该溶液于试管中，用0.10mol/L的KMnO4溶液滴定(滴定至终点时产物为Na2SO4和MnSO4)，重复上述操作2次，平均消耗溶液12.00mL。则该样品中Na2S2O4的质量分数为________(杂质不参与反应)。解析：(1)①实验室利用Na2SO3固体和浓硫酸反应制二氧化硫，不需要加热，应选择题图中的A装置作为发生装置，反应的化学方程式为Na2SO3＋H2SO4(浓)=Na2SO4＋SO2↑＋H2O。②SO2的干燥只能使用浓硫酸，不能用碱石灰，SO2的密度比空气大，要用NaOH溶液或碱石灰吸收其尾气，实验流程为制取、干燥、收集及尾气处理，装置接口的连接顺序为发生装置→g→h→e→f→i或c。(2)①装置中的氧气会氧化锌，所以实验开始时，应先关闭止水夹K3、打开K1和K2，通入一段时间SO2，这样可排除装置中的氧气。②通过观察三颈烧瓶或装置G中通入二氧化硫导管中的气泡数，调节止水夹K1来控制SO2的流速。③合成保险粉的反应物为ZnS2O4和NaOH，生成物为Na2S2O4和Zn(OH)2，化学方程式为ZnS2O4＋2NaOH=Na2S2O4＋Zn(OH)2↓。(3)根据6KMnO4＋4H2SO4＋5Na2S2O4=5Na2SO4＋3K2SO4＋6MnSO4＋4H2O，样品中Na2S2O4的物质的量为0.10mol/L×0.012L×eq\f(5,6)×eq\f(100,10)＝0.01mol，该样品中Na2S2O4的质量分数为eq\f(0.01mol×174g·mol－1,2.0g)×100%＝87%。答案：(1)①ANa2SO3＋H2SO4(浓)=Na2SO4＋SO2↑＋H2O②ghefi(或c)(2)①排除装置中的氧气②三颈烧瓶(或装置G)中通入二氧化硫导管中的气泡数③ZnS2O4＋2NaOH=Na2S2O4＋Zn(OH)2↓(3)87%物质制备实验的解题思路eq\x(明确目的、原理)——明确实验目的，理解实验原理是正确理解实验步骤，选择药品和仪器，分析现象，判断误差的基础和关键。eq\x(了解仪器、药品)——根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件(如反应物和生成物的状态、是否腐蚀仪器，反应是否需要加热及温度是否需要控制在一定的范围等)了解化学仪器和药品的应用。eq\x(理解装置、步骤)——根据实验目的和原理以及所选用的仪器和药品，理解实验仪器及装置的作用和实验操作步骤。应具备识别和绘制典型的实验仪器及装置图的能力，实验步骤应既完整又简明。eq\x(分析现象、数据得出结论)——根据观察到的实验过程中的现象和记录的数据，联系实验原理和理论知识找准问题切入点，进行分析、计算，推理等方法，得出正确的结论。定量分析实验1．数据的测定方法(1)沉淀法先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。(2)测气体体积法对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。量气装置的设计：下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。(3)测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。(4)滴定法即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。(5)热重法只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。2．常考定量实验及考查方法(1)常考定量实验如下①一定物质的量浓度溶液的配制与溶液稀释的操作方法和简单计算；②酸碱中和滴定的操作方法与滴定曲线的绘制；③中和热的测定原理、方法；④硫酸铜晶体中结晶水含量的测定；⑤物质的质量、液体或气体体积、溶液pH的测定方法，其他定量实验的数据处理等。(2)从高考命题来看，定量实验主要包含两种类型：一是含量测定，二是物质组成测定。这些测定都是以上五大定量实验知识的迁移和应用，主要包含定量实验原理、数据处理、误差分析等。实验设计中的误差分析，可从两方面来考虑，一是外界环境(H2O、CO2、O2等)对该实验的影响而产生误差；二是实验操作中，由于操作不当引起的误差。如果是分析最终结果的误差，应通过最后得出的表达式来观察哪些物理量发生了变化，从而得出实际误差情况。1．(2017·全国卷Ⅰ，26)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3。回答下列问题：(1)a的作用是____________________________________。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____________________________________。f的名称是________。(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是____________________________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。①d中保留少量水的目的是____________________________________。②e中主要反应的离子方程式为____________________________________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_________________________________________。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L－1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。解析：(1)加热水蒸气时，若关闭k1，b中压强增大，a可起安全管的作用，防止烧瓶内压强过大，造成事故。(2)碎瓷片可防止蒸馏水在加热时暴沸；f是直形冷凝管。(3)关闭k1后形成密封体系，水蒸气冷凝，管路内形成负压，导致g中水倒吸入c中。(4)①d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。②铵盐与碱在加热条件下反应生成氨气，离子方程式为NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。e采用中空双层玻璃瓶可起到保温作用，使生成的氨气尽可能地逸出，以减小实验误差。(5)由题给化学方程式NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3、NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3，根据氮原子守恒可得关系式：C2H5NO2～N～HCl。n(C2H5NO2)＝n(N)＝n(HCl)＝cV×10－3mol，则样品中氮的质量分数为eq\f(cV×10－3mol×14g·mol－1,mg)×100%＝eq\f(1.4cV,m)%；样品的纯度≤eq\f(75g·mol－1×cV×10－3mol,mg)×100%＝eq\f(7.5cV,m)%。答案：(1)避免b中压强过大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中温度下降，管路中形成负压(4)①液封，防止氨气逸出②NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O保温使氨完全蒸出(5)eq\f(1.4cV,m)eq\f(7.5cV,m)2．(2017·全国卷Ⅱ，28)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下：Ⅰ.取样、氧的固定用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合，反应生成MnO(OH)2，实现氧的固定。Ⅱ.酸化、滴定将固氧后的水样酸化，MnO(OH)2被I－还原为Mn2＋，在暗处静置5min，然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2Oeq\o\al(2－,3)＋I2=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))。回答下列问题：(1)取水样时应尽量避免扰动水体表面，这样操作的主要目的是________________________________________________________________________。(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为________________________________。(3)Na2S2O3溶液不稳定，使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和________；蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，其目的是杀菌、除________及二氧化碳。(4)取100.00mL水样经固氧、酸化后，用amol·L－1Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为________；若消耗Na2S2O3溶液的体积为bmL，则水样中溶解氧的含量为________mg·L－1。(5)上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏________。(填“高”或“低”)解析：(1)本实验为测定水样中的溶解氧，如果扰动水体表面，会增大水体与空气的接触面积，增大氧气在水中的溶解量。避免扰动水体表面是为了使测定值与水体中的实际值保持一致，避免产生误差。(2)由题意知，反应物为O2和Mn(OH)2，生成物为MnO(OH)2，因此该反应的化学方程式为O2＋2Mn(OH)2=2MnO(OH)2。(3)配制溶液时还需要容量瓶、胶头胶管；煮沸可以使蒸馏水中的氧气挥发，达到除去氧气的目的。(4)由于混合液中含有碘单质，加入淀粉时，溶液为蓝色；滴定时，当Na2S2O3与碘恰好完全反应时，溶液蓝色刚好褪去，且半分钟内颜色不恢复。由各反应关系可建立如下关系式：O2～2Mn(OH)2～2I2～4S2Oeq\o\al(2－,3)，由题意知，滴定消耗Na2S2O3的物质的量为ab×10－3mol，因此0.1L水样中溶解氧的物质的量＝eq\f(ab,4)×10－3mol，质量为eq\f(ab,4)×10－3mol×32g·mol－1＝8ab×10－3g＝8abmg，即溶解氧的含量为80abmg·L－1。(5)滴定完成时，滴定管尖嘴处留有气泡，会使最后的读数偏小，测得消耗Na2S2O3的体积偏小，所以测量结果偏低。答案：(1)使测定值与水体中的实际值保持一致，避免产生误差(2)O2＋2Mn(OH)2=2MnO(OH)2(3)容量瓶、胶头滴管氧气(4)当滴入最后一滴时，蓝色刚好褪去，且半分钟内不恢复80ab(5)低3．(2018·四川遂宁模拟)碳化铝(Al4C3)用于冶金及催化剂，可由两种单质在高温下直接化合来制备，产物中含有大量氮化铝(AlN)和少量Al2O3已知：①AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑；②Al4C3为测定某Al4C3取一定量的样品，选择以下装置测定样品中Al4C3的纯度(夹持仪器已略去)(1)写出Al4C3____________________________________。(2)测定样品中Al4C3的纯度可以选择上图装置中的A、________、C(3)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先____________________________________，再加入实验药品，打开分液漏斗活塞，滴加NaOH浓溶液至不再产生气体，关闭分液漏斗活塞，待装置恢复到室温后，上下调节量气管使左右液面相平，然后读数。(4)若要选择D装置，则D装置中所装试剂是________，作用是____________________________________，装置中球形干燥管的作用是____________________________________。(5)为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是________(填序号)。A．CCl4B．H2OC．(6)①若样品中含铝元素的质量是13.5g，滴加100mL氢氧化钠溶液，样品完全溶解且氢氧化钠也恰好完全反应，则所加氢氧化钠溶液的物质的量浓度为________(忽略反应前后溶液体积的变化)。②若将a处橡胶管用弹簧夹夹住，其他操作均同上(样品完全反应)，则最终测定的结果________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。解析：(1)Al4C3与水接触，会很快放出易燃气体甲烷，并生成氢氧化铝，氢氧化铝能够与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，因此Al4C3与过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和甲烷，反应的化学