2023屆新教材高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)有機物制備實驗學(xué)案

有機物制備實驗1.分離提純常用裝置2.分離提純方法的判斷分離、提純方法目的主要儀器實例分液分離、提純互不相溶的液體混合物分液漏斗分離硝基苯和水蒸餾分離、提純沸點相差較大的液體混合物蒸餾燒瓶、冷凝管、接收器分離乙醛和乙醇洗氣分離氣體混合物洗氣瓶除去甲烷中的乙烯3.產(chǎn)率的計算產(chǎn)率＝(目標產(chǎn)物的實際產(chǎn)量/目標產(chǎn)物的理論產(chǎn)量)×100%理論產(chǎn)量可以通過反應(yīng)物的計算得到。4.有機物制備實驗的解題流程分析制備流程熟悉重要儀器依據(jù)反應(yīng)特點作答①有機物易揮發(fā)，反應(yīng)中通常采用冷凝回流裝置，以提高原料的利用率和產(chǎn)物的產(chǎn)率；②在實驗中需要控制反應(yīng)條件，以減少副反應(yīng)的發(fā)生；③根據(jù)產(chǎn)品與雜質(zhì)的性質(zhì)特點，選擇合適的分離提純方法【典例】(2020·全國Ⅱ卷)苯甲酸可用作食品防腐劑。實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸，其反應(yīng)原理簡示如下：名稱相對分子質(zhì)量熔點/℃沸點/℃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℃左右開始升華)248—微溶于冷水，易溶于乙醇、熱水實驗步驟：(1)在裝有溫度計、冷凝管和攪拌器的三頸燒瓶中加入1.5mL甲苯、100mL水和4.8g(約0.03mol)高錳酸鉀，慢慢開啟攪拌器，并加熱回流至回流液不再出現(xiàn)油珠。(2)停止加熱，繼續(xù)攪拌，冷卻片刻后，從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將反應(yīng)混合物趁熱過濾，用少量熱水洗滌濾渣。合并濾液和洗滌液，于冰水浴中冷卻，然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全。將析出的苯甲酸過濾，用少量冷水洗滌，放在沸水浴上干燥。稱量，粗產(chǎn)品為1.0g。(3)純度測定：稱取0.122g粗產(chǎn)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標準溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50mL的KOH標準溶液?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據(jù)上述實驗藥品的用量，三頸燒瓶的最適宜規(guī)格為________(填標號)。A．100mL B．250mLC．500mL D．1000mL(2)在反應(yīng)裝置中應(yīng)選用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，當回流液不再出現(xiàn)油珠即可判斷反應(yīng)已完成，其判斷理由是__________________________。(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是_________________________；該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理，請用反應(yīng)的離子方程式表達其原理________________________________________。(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是____________。(5)干燥苯甲酸晶體時，若溫度過高，可能出現(xiàn)的結(jié)果是_____________。(6)本實驗制備的苯甲酸的純度為________；據(jù)此估算本實驗中苯甲酸的產(chǎn)率最接近于________(填標號)。A．70%B．60%C．50%D．40%(7)若要得到純度更高的苯甲酸，可通過在水中_____________________的方法提純。【解析】(1)上述液體藥品的總量為101.5mL，根據(jù)“大而近”的原則選擇250mL三頸燒瓶最適宜。(2)為了增加冷凝回流的效果應(yīng)選用球形冷凝管；由題干表格可知甲苯不溶于水，苯甲酸易溶于熱水，無油珠說明不溶于水的甲苯已經(jīng)被完全氧化。(3)高錳酸鉀與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氯氣，利用亞硫酸氫鈉溶液的還原性除去過量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時，產(chǎn)生氯氣。草酸具有還原性，在酸性條件下可被高錳酸鉀氧化為CO2，根據(jù)原子、電子、電荷守恒配平離子方程式2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。(4)高錳酸鉀的還原產(chǎn)物通常是Mn2＋，也可能生成不溶于水的MnO2，故濾渣的主要成分是MnO2。(5)由題干表格可知苯甲酸在100℃左右開始升華，故干燥苯甲酸晶體時，若溫度過高，部分苯甲酸會因升華而損失。(6)25.00mL中苯甲酸的物質(zhì)的量n(苯甲酸)＝n(KOH)＝0.01000mol·L－1×21.50×10－3L＝2.150×10－4mol，則苯甲酸的純度為eq\f(2.150×10－4×\f(100,25)×122,0.122)×100%＝86.0%；甲苯的物質(zhì)的量為eq\f(1.5×0.867,92)mol，理論生成苯甲酸的質(zhì)量為eq\f(1.5×0.867,92)mol×122g·mol－1≈1.72g，則產(chǎn)率為(1.0g×86.0%)÷1.72g×100%＝50%。(7)提純固體有機物苯甲酸通常采用重結(jié)晶的方法。答案：(1)B(2)球形無油珠說明不溶于水的甲苯已經(jīng)被完全氧化(3)除去過量的高錳酸鉀，避免在用鹽酸酸化時，產(chǎn)生氯氣2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O(4)MnO2(5)苯甲酸升華而損失(6)86.0%C(7)重結(jié)晶總結(jié)不同形狀的冷凝管在不同實驗中的作用。提示：制備實驗→球形冷凝管→冷凝回流蒸餾→直形冷凝管→冷凝·命題角度一：有機物的分離提純1.(2022·佛山二模)在制備和純化溴苯及驗證反應(yīng)類型的實驗過程中，下列裝置未涉及的是()【解析】選B。苯與溴在催化條件下發(fā)生取代反應(yīng)生成溴苯和溴化氫，可用硝酸銀溶液檢驗HBr，證明發(fā)生取代反應(yīng)；用分液的方法分離有機物；用蒸餾的方法分離苯和溴苯。A.苯與溴在鐵作催化劑條件下生成溴苯與溴化氫，可以在該裝置中進行，A不符合題意；B.純化溴苯，可用蒸餾的操作，不需要蒸發(fā)操作，B符合題意；C.反應(yīng)后制取得到的HBr中含有揮發(fā)的Br2，可根據(jù)鹵素單質(zhì)易溶于有機溶劑的性質(zhì)，用四氯化碳吸收除去HBr中的雜質(zhì)Br2，反應(yīng)生成HBr可用AgNO3溶液檢驗，證明發(fā)生取代反應(yīng)，C不符合題意；D.反應(yīng)后產(chǎn)生的有機物與水是互不相溶的兩層液體，有機層與水層分層可用分液的方法分離，D不符合題意。2.下列物質(zhì)分離(括號內(nèi)的物質(zhì)為雜質(zhì))的方法錯誤的是()A．硝基苯(苯)——蒸餾B．乙烯(SO2)——氫氧化鈉溶液C．己烷(己烯)——溴水，分液D．乙酸乙酯(乙醇)——碳酸鈉溶液，分液【解析】選C。A.苯和硝基苯是互溶的液體混合物，利用沸點不同進行蒸餾分離，正確；B.二氧化硫和氫氧化鈉反應(yīng)，而乙烯不反應(yīng)，能分離除去，正確；C.己烯和溴水反應(yīng)二溴己烷，能溶于己烷，不能分離，錯誤；D.乙醇能溶于碳酸鈉溶液，而乙酸乙酯不溶于碳酸鈉溶液，可利用分液分離，正確。·命題角度二：有機物的制備綜合實驗3.(2022·貴陽模擬)1，2-二溴乙烷在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥上有多種用途，也可用作汽油抗震液中鉛的消除劑，用30mL濃硫酸、15mL95%乙醇和12.00g液溴制備1，2-二溴乙烷的原理和裝置如圖(加熱及夾持裝置略)。第一步用乙醇制乙烯：CH3CH2OHCH2＝CH2↑＋H2O(加熱時，濃硫酸可使乙醇炭化)；第二步將乙烯通入液溴：CH2＝CH2＋Br2→BrCH2—CH2Br(反應(yīng)放熱)。有關(guān)數(shù)據(jù)列表如下：物質(zhì)95%乙醇1，2-二溴乙烷液溴狀態(tài)無色液體無色液體深紅棕色液體密度/(g·cm－3)0.812.22.91沸點/(℃)78.513258.8熔點/(℃)－1309－7.2回答下列問題：(1)裝置A用于制備乙烯，儀器a的名稱為________________。(2)裝置B是安全瓶，可監(jiān)測實驗進行時D中是否發(fā)生堵塞，若發(fā)生堵塞，裝置B的玻璃管中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是______________________________。(3)裝置C中盛裝的是NaOH溶液，若沒有裝置C，裝置D中還可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________________；裝置C與D之間可增加一個盛裝品紅溶液的試劑瓶，目的是____________________________________________________________。(4)裝置D中試管和燒杯內(nèi)水的作用分別是___________________________、________________________________________________。(5)反應(yīng)結(jié)束后，將粗產(chǎn)物依次用10%的氫氧化鈉溶液和水洗滌，選用以下實驗儀器________(填編號)進行分離后加入無水氯化鈣干燥，靜置一段時間后棄去氯化鈣，最終經(jīng)________(填實驗操作名稱)得到產(chǎn)品11.28g。(6)本次實驗中，1，2-二溴乙烷的產(chǎn)率為_________________________?！窘馕觥坷靡掖嫉南シ磻?yīng)制備乙烯，裝置B是安全瓶，監(jiān)測實驗進行時D中是否發(fā)生堵塞，制備過程中可能產(chǎn)生雜質(zhì)氣體CO2和SO2，干擾乙烯與溴的反應(yīng)，所以利用裝置C將其除去，D中反應(yīng)生成1，2-二溴乙烷，裝置E進行尾氣吸收，據(jù)此分析答題。(1)觀察儀器a的結(jié)構(gòu)特征可知，儀器a為蒸餾燒瓶；(2)如果實驗進行時D中發(fā)生氣路堵塞，B中氣體增多壓強增大，將B中水壓入長玻璃管內(nèi)，所以玻璃管內(nèi)液面上升；(3)濃硫酸有脫水性可以將乙醇脫水炭化，單質(zhì)碳可以和濃硫酸發(fā)生下述反應(yīng)C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，裝置C中盛裝的是NaOH溶液，可以將CO2和SO2氣體吸收，若沒有裝置C，SO2和Br2發(fā)生下述反應(yīng)Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4，裝置C吸收SO2，裝置C與D之間增加一個盛裝品紅溶液的試劑瓶可以檢驗二氧化硫是否被除盡；（4）溴單質(zhì)易揮發(fā)，試管內(nèi)水的作用為形成液封，防止溴的揮發(fā)，溴和乙烯的反應(yīng)放熱，需要對裝置冷卻降溫進而防止溴的揮發(fā)；（5）生成的1，2-二溴乙烷與水不互溶，分離方法為分液，選擇實驗儀器為分液漏斗和燒杯，分離后加入無水氯化鈣干燥，靜置一段時間后棄去氯化鈣，繼續(xù)用蒸餾實驗方法得到純凈產(chǎn)品；（6）依據(jù)題中信息可計算出單質(zhì)溴和乙醇的物質(zhì)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，由反應(yīng)CH3CH2OHCH2＝CH2↑＋H2O和CH2＝CH2＋Br2→BrCH2—CH2Br可知Br2少量，用Br2來計算1，2-二溴乙烷的理論產(chǎn)量為n（1，2-二溴乙烷）＝0.075mol，所以1，2-二溴乙烷的產(chǎn)率＝eq\f(11.28g,0.075mol×188g·mol－1)×100%＝80%。答案：(1)蒸餾燒瓶(2)玻璃管中的液面上升(3)Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4驗證二氧化硫是否被除盡(4)液封降溫(5)②④蒸餾(6)80%4.山梨酸乙酯對細菌、霉菌等有很好的滅活作用，廣泛地用作各類食品的保鮮劑以及家畜、家禽的消毒劑。直接酯化法合成山梨酸乙酯的裝置(夾持裝置省略)如圖所示，該方法簡單，原料易得，產(chǎn)物純度高，反應(yīng)方程式如下：可能用到的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：物質(zhì)相對分子質(zhì)量密度(g·cm－3)沸點/℃水溶性山梨酸1121.204228易溶乙醇460.78978易溶山梨酸乙酯1400.926195難溶環(huán)己烷840.78080.7難溶實驗步驟：在三頸燒瓶中加入5.6g山梨酸、乙醇、帶水劑環(huán)己烷、少量催化劑和幾粒沸石，油浴加熱三頸燒瓶，反應(yīng)溫度為110℃，回流4小時后停止加熱和攪拌，反應(yīng)液冷卻至室溫，濾去催化劑和沸石，將濾液倒入分液漏斗中，先用5%NaHCO3溶液洗滌至中性，再用水洗滌，分液，在有機層中加入少量無水MgSO4，靜置片刻，過濾，將濾液進行蒸餾，收集195℃的餾分得到純凈的山梨酸乙酯5.0g?；卮鹣铝袉栴}：(1)儀器a的名稱是________，儀器b的作用是________________。(2)為了將反應(yīng)中生成的水及時移出反應(yīng)體系，常加入帶水劑。可作帶水劑的物質(zhì)必須滿足以下條件：①能夠與水形成共沸物(沸點相差30℃以上的兩個組分難以形成共沸物)；②在水中的溶解度很小。則環(huán)己烷能作帶水劑，乙醇不能作帶水劑的原因是_____________________________________。(3)該山梨酸乙酯合成過程中在使用帶水劑的同時還需在三頸燒瓶和儀器b之間裝一個填充除水劑的干燥管，原因是_______________________________。(4)洗滌、分液過程中，加入5%NaHCO3溶液的目的是______________，有機層從分液漏斗的________(填“上口倒出”或“下口放出”)。(5)在有機層中加入少量無水MgSO4的目的是_________________________。(6)為探究酸醇物質(zhì)的量比和帶水劑用量對產(chǎn)率的影響(固定山梨酸的質(zhì)量為5.6g，催化劑的質(zhì)量為1.4g)完成了相關(guān)實驗，結(jié)果如下：表1酸醇物質(zhì)的量比對產(chǎn)率的影響n(酸)∶n(醇)1∶31∶41∶51∶61∶7產(chǎn)率/%52.7957.7769.7663.3563.20表2帶水劑用量對產(chǎn)率的影響帶水劑用量/mL10152025產(chǎn)率/%62.0572.1865.9162.77根據(jù)實驗結(jié)果，酸醇物質(zhì)的量比為________，帶水劑為________mL時，條件最佳。本實驗中，山梨酸乙酯的產(chǎn)率是________(精確至0.1%)?！窘馕觥坑煞磻?yīng)方程式，反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)時間長，反應(yīng)不完全，要進行冷凝回流，提高反應(yīng)產(chǎn)率，生成的產(chǎn)物可用干燥劑進行干燥。先根據(jù)方程式，計算出5.6g山梨酸理論上可生成山梨酸乙酯的產(chǎn)量，再根據(jù)產(chǎn)率＝eq\f(實際產(chǎn)量,理論產(chǎn)量)×100%進行計算。(1)根據(jù)a的結(jié)構(gòu)特征，儀器a的名稱是恒壓滴液漏斗，乙醇、帶水劑環(huán)己烷沸點比較低，易汽化，儀器b的作用是冷凝回流末反應(yīng)乙醇和帶水劑環(huán)己烷。(2)環(huán)己烷能作帶水劑，乙醇不能作帶水劑的原因是環(huán)己烷的沸點和水的沸點相差小于30℃，且環(huán)己烷不溶于水，所以可以作帶水劑；乙醇易溶于水，所以不