第58講以物質(zhì)制備為主的綜合實(shí)驗(yàn)層次1基礎(chǔ)性1.(14分)(2024·七省適應(yīng)性測(cè)試黑龍江、吉林卷)芳基亞胺酯是重要的有機(jī)反應(yīng)中間體,受熱易分解,可由腈在酸催化下與醇發(fā)生Pinner反應(yīng)制備,原理如圖所示。R—CN某實(shí)驗(yàn)小組以苯甲腈(,Mr=103)和三氟乙醇(CF3CH2OH,Mr=100)為原料合成苯甲亞胺三氟乙酯。步驟如下:Ⅰ.將20.6g苯甲腈與21.6g三氟乙醇置于容器中,冰浴降溫至0℃。Ⅱ.向容器中持續(xù)通入HCl氣體4小時(shí),密封容器。Ⅲ.室溫下在HCl氛圍中繼續(xù)攪拌反應(yīng)液24小時(shí),冷卻至0℃,抽濾得白色固體,用乙腈洗滌。Ⅳ.將洗滌后的白色固體加入飽和Na2CO3溶液中,低溫下反應(yīng),有機(jī)溶劑萃取3次,合并有機(jī)相。Ⅴ.向有機(jī)相中加入無(wú)水MgSO4,過(guò)濾,蒸去溶劑得產(chǎn)品20.3g?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)實(shí)驗(yàn)室中可用濃鹽酸和無(wú)水CaCl2制備干燥的HCl氣體,下列儀器中一定需要的為(填儀器名稱)。

(2)第Ⅱ步通氣完畢后,容器密封的原因?yàn)椤?/p>

(3)第Ⅲ步中得到的白色固體主要成分為(填字母)。

(4)第Ⅳ步中選擇低溫的原因?yàn)椤?/p>

(5)第Ⅳ步萃取時(shí)可選用的有機(jī)溶劑為(填字母)。

A.丙酮 B.乙酸C.乙酸乙酯 D.甲醇(6)第Ⅴ步中無(wú)水MgSO4的作用為。

(7)本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為。

2.(10分)(2024·浙江1月卷)H2S可用于合成光電材料。某興趣小組用CaS與MgCl2反應(yīng)制備液態(tài)H2S,實(shí)驗(yàn)裝置如圖,反應(yīng)方程式為CaS+MgCl2+2H2OCaCl2+Mg(OH)2+H2S↑。已知:①H2S的沸點(diǎn)是-61℃,有毒;②裝置A內(nèi)產(chǎn)生的H2S氣體中含有酸性氣體雜質(zhì)。請(qǐng)回答:(1)儀器X的名稱是。

(2)完善虛框內(nèi)的裝置排序:A→B→()→()→()→F→G(3)下列干燥劑,可用于裝置C中的是。

A.氫氧化鉀 B.五氧化二磷C.氯化鈣 D.堿石灰(4)裝置G中汞的兩個(gè)作用是:①平衡氣壓;②。

(5)下列說(shuō)法正確的是。

A.該實(shí)驗(yàn)操作須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行B.裝置D的主要作用是預(yù)冷卻H2SC.加入的MgCl2固體,可使MgCl2溶液保持飽和,有利于平穩(wěn)持續(xù)產(chǎn)生H2SD.該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的尾氣可用硝酸吸收(6)取0.680gH2S產(chǎn)品,與足量CuSO4溶液充分反應(yīng)后,將生成的CuS置于已恒重、質(zhì)量為31.230g的坩堝中,煅燒生成CuO,恒重后總質(zhì)量為32.814g。產(chǎn)品的純度為。3.(13分)(2025·八省聯(lián)考云南卷)二苯乙醇酸是一種皮膚再生調(diào)節(jié)劑。由二苯乙二酮制備二苯乙醇酸的反應(yīng)原理為實(shí)驗(yàn)步驟如下:Ⅰ.在圓底燒瓶中加入1.30gKOH、2.6mL水、1.05g二苯乙二酮和4.0mL95%的乙醇溶液、水浴加熱回流15min(裝置如圖,加熱及夾持裝置省略)。Ⅱ.將Ⅰ中所得混合物轉(zhuǎn)入燒杯中,冰水浴冷卻結(jié)晶,過(guò)濾、洗滌。將晶體溶于35.0mL蒸餾水中,調(diào)節(jié)pH至少量膠狀物(未反應(yīng)的二苯乙二酮)浮于液面,加入活性炭,攪拌、過(guò)濾。Ⅲ.向?yàn)V液中緩慢滴加5.0%的鹽酸,調(diào)節(jié)pH<3.0(用剛果紅試紙檢測(cè))。冰水浴冷卻,有大量晶體析出。過(guò)濾、冰水洗滌,得粗產(chǎn)品。Ⅳ.將粗產(chǎn)品加熱水溶解,冷卻結(jié)晶,過(guò)濾、冰水洗滌、干燥,得0.46g產(chǎn)品。已知:①相關(guān)物質(zhì)的信息見(jiàn)下表物質(zhì)Mr性質(zhì)熔點(diǎn)pKa溶解性二苯乙二酮210淡黃色固體95-不溶于水,溶于乙醇、苯二苯乙醇酸228無(wú)色晶體1503.06易溶于熱水或苯,難溶于冰水②剛果紅試紙變色范圍:回答下列問(wèn)題:(1)步驟Ⅰ中選用量筒的最適宜規(guī)格為(填字母)。

A.5mLB.25mLC.50mL(2)圓底燒瓶中加沸石的作用是。

(3)步驟Ⅱ加活性炭的目的是。

(4)步驟Ⅲ中剛果紅試紙變色時(shí),停止滴加鹽酸;溶液中涉及的化學(xué)方程式為

。

(5)步驟Ⅳ中檢驗(yàn)產(chǎn)品是否洗凈的方法為。

(6)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(填字母)。

A.步驟Ⅰ改用酒精燈直接加熱更便于控制體系溫度B.步驟Ⅳ的操作為重結(jié)晶C.可通過(guò)測(cè)定二苯乙醇酸的熔點(diǎn)定性判斷其純度(7)二苯乙醇酸的產(chǎn)率為(列出計(jì)算式即可)。(8)不改變裝置和原料用量,提高產(chǎn)率的方法有(填一條即可)。

層次2綜合性4.(14分)(2023·湖南卷)金屬Ni對(duì)H2有強(qiáng)吸附作用,被廣泛用于硝基或羰基等不飽和基團(tuán)的催化氫化反應(yīng)。將塊狀Ni轉(zhuǎn)化成多孔型雷尼Ni后,其催化活性顯著提高。已知:①雷尼Ni暴露在空氣中可以自燃,在制備和使用時(shí),需用水或有機(jī)溶劑保持其表面“濕潤(rùn)”;②鄰硝基苯胺在極性有機(jī)溶劑中更有利于反應(yīng)的進(jìn)行。某實(shí)驗(yàn)小組制備雷尼Ni并探究其催化氫化性能的實(shí)驗(yàn)如下。步驟1:雷尼Ni的制備步驟2:鄰硝基苯胺的催化氫化反應(yīng)反應(yīng)的原理和實(shí)驗(yàn)裝置圖如下(夾持裝置和攪拌裝置略)。裝置Ⅰ用于儲(chǔ)存H2和監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程。回答下列問(wèn)題。(1)操作(a)中,反應(yīng)的離子方程式是。

(2)操作(d)中,判斷雷尼Ni被水洗凈的方法是。

(3)操作(e)中,下列溶劑中最有利于步驟2中氫化反應(yīng)的是(填字母)。

A.丙酮 B.四氯化碳C.乙醇 D.正己烷(4)向集氣管中充入H2時(shí),三通閥的孔路位置如下圖所示。發(fā)生氫化反應(yīng)時(shí),集氣管向裝置Ⅱ供氣,此時(shí)孔路位置需調(diào)節(jié)為。

(5)儀器M的名稱是。

(6)反應(yīng)前應(yīng)向裝置Ⅱ中通入N2一段時(shí)間,目的是。

(7)如果將三頸燒瓶N中的導(dǎo)氣管口插入液面以下,可能導(dǎo)致的后果是。(8)判斷氫化反應(yīng)完全的現(xiàn)象是。

5.(8分)(2023·山東卷節(jié)選)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高純硅的重要原料,常溫下為無(wú)色液體,沸點(diǎn)為31.8℃,熔點(diǎn)為-126.5℃,易水解。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)反應(yīng)Si+3HClSiHCl3+H2,利用如圖裝置制備SiHCl3粗品(加熱及夾持裝置略)?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)制備SiHCl3時(shí)進(jìn)行操作:(ⅰ)……;(ⅱ)將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中;(ⅲ)通入HCl,一段時(shí)間后接通冷凝裝置,加熱開(kāi)始反應(yīng)。操作(ⅰ)為;

判斷制備反應(yīng)結(jié)束的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是,圖示裝置存在的兩處缺陷是①;②。

(2)采用如下方法測(cè)定溶有少量HCl的SiHCl3的純度。m1g樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理過(guò)程得硅酸水合物后,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作:①,②(填操作名稱),③稱量等操作,測(cè)得所得固體氧化物質(zhì)量為m2g,從下列儀器中選出①、②中需使用的儀器,依次為(填字母)。測(cè)得樣品純度為(用含m1、m2的代數(shù)式表示)。

6.(8分)(2024·湖南長(zhǎng)沙高三模擬)醋酸鈷與雙水楊醛縮乙二胺形成的配合物[Co(Ⅱ)Salen]具有可逆載氧能力,能模擬金屬蛋白的載氧作用,在催化氧化反應(yīng)中應(yīng)用廣泛。該配合物的合成反應(yīng)如下所示,回答下列問(wèn)題。Ⅰ.合成(1)合成裝置如圖所示。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下,向含有雙水楊醛縮乙二胺的乙醇溶液中緩慢滴加醋酸鈷的乙醇溶液,加熱回流。A處應(yīng)安裝的儀器是(填名稱),B處應(yīng)安裝的儀器是(填名稱)。裝置C的作用是。

(2)回流1h,沉淀轉(zhuǎn)化為暗紅色晶體?；亓鹘Y(jié)束后進(jìn)行如下操作:A.停止通氮?dú)釨.停止加熱C.關(guān)閉冷凝水正確的操作順序?yàn)?填字母)。充分冷卻后將溶液過(guò)濾、洗滌并干燥,得到配合物[Co(Ⅱ)Salen]。

Ⅱ.載氧量測(cè)定(3)將mg的[Co(Ⅱ)Salen](相對(duì)分子質(zhì)量為Mr)加入圓底燒瓶中,在恒壓滴液漏斗中加入DMF(配合物在DMF中可吸氧),按如圖連接裝置。通入氧氣,趕盡體系內(nèi)的空氣。檢查儀器氣密性的操作為:先關(guān)閉,然后調(diào)節(jié)水平儀的液面至與量氣管液面產(chǎn)生一定液面差。裝置不漏氣的現(xiàn)象是。

(4)調(diào)整水平儀高度,待量氣管液面與水平儀液面齊平時(shí),記錄量氣管液面的體積刻度為V1。將DMF加入圓底燒瓶,待吸氧反應(yīng)結(jié)束后,再次使量氣管液面與水平儀液面齊平,記錄量氣管液面的體積刻度V2。已知大氣壓為p,氧氣的壓強(qiáng)為p(O2),溫度為t℃。配合物載氧量[n(吸收的O2)∶n([Co(Ⅱ)Salen])]的計(jì)算式為

(結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT進(jìn)行解答,上述V1、V2對(duì)應(yīng)的單位均為m3)。層次3創(chuàng)新性7.(12分)苯硫酚(C6H5—SH)是一種局部麻醉劑。某小組擬制備苯硫酚并探究其性質(zhì),已知相關(guān)物質(zhì)的部分信息如表所示:物質(zhì)化學(xué)式相對(duì)分子質(zhì)量熔點(diǎn)沸點(diǎn)相對(duì)密度溶解性苯硫酚C6H5SH110-14.8169.51.07難溶于水苯磺酰氯C6H5ClO2S176.514.52511.38難溶于水圖1圖2操作步驟:①向三頸燒瓶中加入72g冰和13mL濃硫酸。②再向三頸燒瓶中慢慢加入6g苯磺酰氯,盡快地分批次加入12g鋅粉,繼續(xù)反應(yīng)1~15h,溫度保持在-5℃左右,如圖1。③撤去水浴B,微熱三頸燒瓶,并保持一定的回流。反應(yīng)平穩(wěn)后,再加熱4~7h。④將反應(yīng)后的混合溶液進(jìn)行水蒸氣蒸餾,分出苯硫酚,如圖2。⑤加入氯化鈣,經(jīng)操作X得粗品3.59g。再進(jìn)行蒸餾,收集餾分,得純品3.40g?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)儀器A的名稱是。

(2)已知:在水中加入鹽,水的沸點(diǎn)會(huì)升高,凝固點(diǎn)會(huì)降低。水浴B應(yīng)選擇(填字母)。

a.冰鹽水浴 b.冷水浴c.熱水浴(3)在水蒸氣蒸餾中(如圖2),導(dǎo)管1的作用是,冷凝管中冷卻水從(填“a”或“b”,下同)口進(jìn)、口出。

(4)步驟⑤中操作X是。蒸餾時(shí),收集餾分時(shí)溫度計(jì)的讀數(shù)為℃。

(5)本實(shí)驗(yàn)中,苯硫酚的產(chǎn)率約為%(保留兩位有效數(shù)字)。

(6)取少量苯硫酚產(chǎn)品置于酸性KMnO4溶液中,振蕩,溶液褪色,說(shuō)明苯硫酚具有(填“氧化”或“還原”)性。

第58講以物質(zhì)制備為主的綜合實(shí)驗(yàn)1.答案(1)恒壓滴液漏斗(2)防止HCl氣體揮發(fā),使反應(yīng)更充分(3)C(4)防止芳基亞胺酯受熱分解(5)C(6)作為干燥劑除去有機(jī)相中的水(7)50%解析:由反應(yīng)原理可知,先在HCl氛圍中反應(yīng)轉(zhuǎn)化為,再與CF3CH2OH反應(yīng)生成,和碳酸鈉溶液反應(yīng)生成芳基亞胺酯。(1)實(shí)驗(yàn)室中可用濃鹽酸和無(wú)水CaCl2制備干燥的HCl氣體,需要用到恒壓滴液漏斗,不需要球形冷凝管、容量瓶和培養(yǎng)皿。(2)該反應(yīng)過(guò)程中涉及HCl氣體,需要考慮不能有氣體漏出,第Ⅱ步通氣完畢后,容器密封的原因?yàn)榉乐笻Cl氣體揮發(fā),使反應(yīng)更充分。(3)由反應(yīng)原理可知,先在HCl氛圍中反應(yīng)轉(zhuǎn)化為,再與CF3CH2OH反應(yīng)生成,故選C。(4)芳基亞胺酯受熱易分解,第Ⅳ步中選擇低溫的原因?yàn)榉乐狗蓟鶃啺孵ナ軣岱纸狻?5)苯甲亞胺三氟乙酯屬于酯類,在乙酸乙酯中的溶解度較大,乙酸和甲醇能溶于水,不能用來(lái)萃取,第Ⅳ步萃取時(shí)可選用的有機(jī)溶劑為乙酸乙酯,故選C。(6)第Ⅴ步中無(wú)水MgSO4的作用為除去有機(jī)相中的水。(7)實(shí)驗(yàn)中20.6g苯甲腈的物質(zhì)的量為20.6g103g·mol-1=0.2mol,21.6g三氟乙醇的物質(zhì)的量為21.6g100g·2.答案(1)圓底燒瓶(2)ECD(3)BC(4)液封(5)ABC(6)99%解析:A作為H2S的發(fā)生裝置,由于不能驟冷,所以D、E都是冷卻H2S的裝置,C裝置干燥H2S,F冷卻并收集H2S,G作為平衡氣壓和液封裝置。(1)儀器X的名稱是圓底燒瓶。(2)制備氣體的裝置包括發(fā)生裝置、除雜裝置、收集裝置和尾氣處理裝置,由于不能驟冷,要逐步冷卻,所以B連E,E連C,C連D,D連F。(3)H2S是酸性氣體,不可以用堿性干燥劑,所以不可以用氫氧化鉀和堿石灰,故選BC。(4)裝置G中汞的兩個(gè)作用是:①平衡氣壓;②液封。(5)A項(xiàng),H2S有毒,該實(shí)驗(yàn)操作須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,故A正確;B項(xiàng),氣體不能驟冷,裝置D的主要作用是預(yù)冷卻H2S,故B正確;C項(xiàng),加入的MgCl2固體,可使MgCl2溶液保持飽和,有利于平穩(wěn)持續(xù)產(chǎn)生H2S,故C正確;D項(xiàng),該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的尾氣不可用硝酸吸收,硝酸的氧化性雖然可以把H2S氧化為S單質(zhì),但是稀硝酸產(chǎn)生的NO或者濃硝酸產(chǎn)生的NO2會(huì)污染空氣,故D錯(cuò)誤;故選ABC。(6)根據(jù)銅守恒,氧化銅的質(zhì)量為32.814g-31.230g=1.584g,則氧化銅的物質(zhì)的量為0.0198mol,則硫化銅的物質(zhì)的量為0.0198mol,H2S的物質(zhì)的量為0.0198mol,H2S的質(zhì)量為0.6732g,產(chǎn)品純度為0.6733.答案(1)A(2)防止暴沸(3)吸附少量膠狀物(未反應(yīng)的二苯乙二酮)(4)藍(lán)(5)取最后一次洗滌后的濾液,向?yàn)V液中滴加幾滴硝酸酸化的硝酸銀溶液,如果沒(méi)有白色沉淀生成,則說(shuō)明產(chǎn)品已經(jīng)洗滌干凈(6)A(7)0.46(8)攪拌(或延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間、升高溫度等)解析:(1)根據(jù)所取溶液的體積,盡量選用能一次量取的最小規(guī)格的量筒,步驟Ⅰ中需要4.0mL乙醇,則最適宜規(guī)格為5mL的量筒。(2)圓底燒瓶中加沸石的作用是防止加熱時(shí)液體暴沸。(3)步驟Ⅱ中調(diào)節(jié)pH后產(chǎn)生少量膠狀物(未反應(yīng)的二苯乙二酮)浮于液面,加入活性炭,攪拌可吸附少量的膠狀物(未反應(yīng)的二苯乙二酮)。(4)由剛果紅試紙的變色范圍可知,當(dāng)pH<3.0時(shí)剛果紅試紙會(huì)變成藍(lán)色,則當(dāng)剛果紅試紙變成藍(lán)色時(shí),停止滴加鹽酸。(5)粗產(chǎn)品中可能含有KCl,則檢驗(yàn)方法為取最后一次洗滌后的濾液,向?yàn)V液中滴加幾滴硝酸酸化的硝酸銀溶液,如果沒(méi)有白色沉淀生成,則說(shuō)明產(chǎn)品已經(jīng)洗滌干凈。(6)與酒精燈相比,水浴加熱的溫度控制相對(duì)容易且穩(wěn)定,加熱均勻,更便于控制溫度,A錯(cuò)誤;步驟Ⅳ將粗產(chǎn)品加熱水溶解,冷卻結(jié)晶,過(guò)濾、冰水洗滌、干燥,這種操作為重結(jié)晶,B正確;純物質(zhì)的熔點(diǎn)是固定的,如果化合物中含有雜質(zhì),其熔點(diǎn)通常會(huì)發(fā)生變化,因此可通過(guò)測(cè)定二苯乙醇酸的熔點(diǎn)判斷其純度,C正確。(7)n(二苯乙醇酸)=n(二苯乙二酮)=1.05g210g·mol-1,m理論(二苯乙醇酸)=1.05g(8)適當(dāng)?shù)臄嚢?、延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間、升高溫度等可以確保反應(yīng)物充分反應(yīng),從而提高反應(yīng)產(chǎn)率。4.答案(1)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑(2)取最后一次洗滌液,用pH計(jì)(或pH試紙)測(cè)定其pH,若pH=7,說(shuō)明雷尼Ni已經(jīng)被水洗凈(3)C(4)B(5)恒壓滴液漏斗(6)排盡裝置中的空氣,防止雷尼Ni在空氣中自燃(7)發(fā)生倒吸(8)裝置Ⅰ中集氣管液面不再上升(或水準(zhǔn)瓶液面不再下降)時(shí),說(shuō)明氫化反應(yīng)完全解析:(1)Ni-Al合金與NaOH溶液混合后,Al與NaOH溶液反應(yīng)生成Na[Al(OH)4],與Ni分離而被除去。(2)除Al操作及雷尼Ni在水洗前的堿洗過(guò)程中,溶液呈堿性,故判斷雷尼Ni被水洗凈就是測(cè)定溶液中c(H+)=c(OH-),可用pH計(jì)精確測(cè)定(或用pH試紙粗略測(cè)定)最后一次洗滌液的pH是否為7,若測(cè)得pH=7,說(shuō)明雷尼Ni已經(jīng)被水洗凈。(3)A項(xiàng)中丙酮分子中含有羰基,會(huì)干擾鄰硝基苯胺的催化氫化反應(yīng),依據(jù)信息“鄰硝基苯胺在極性有機(jī)溶劑中更有利于反應(yīng)的進(jìn)行”,在題給B、C、D項(xiàng)中的三種有機(jī)溶劑中,乙醇分子的極性最大,故選C。(4)向集氣管中充入H2時(shí),應(yīng)將三通閥旋轉(zhuǎn)180°,使三通閥的孔路位置如B所示,故選B。(6)依據(jù)信息①可知,雷尼Ni在空氣中會(huì)自燃,故通入N2的作用為排盡裝置中的空氣,防止雷尼Ni在空氣中自燃。(7)由反應(yīng)原理可知,反應(yīng)物中有氣體而生成物中無(wú)氣體,因此將導(dǎo)氣管口插入液面以下可能會(huì)發(fā)生倒吸。(8)當(dāng)氫化反應(yīng)完全時(shí),裝置Ⅱ中H2不再參加反應(yīng)即不再消耗H2,則裝置Ⅰ中集氣管液面不再變化(或水準(zhǔn)瓶中液面不再變化)。5.答案(1)組裝好實(shí)驗(yàn)儀器,檢查裝置氣密性冷凝管下端無(wú)液體滴下①裝置C、D之間缺少吸水(或干燥)裝置②裝置D之后無(wú)尾氣(H2)處理裝置(2)①煅燒②冷卻A、C135.5解析:(1)因該實(shí)驗(yàn)中有氣體通入和產(chǎn)生,故實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前必須先檢查裝置的氣密性;制備反應(yīng)結(jié)束時(shí),管式爐中硅粉轉(zhuǎn)化為SiHCl3且被冷凝后進(jìn)入蒸餾燒瓶,因此可通過(guò)觀察冷凝管下端無(wú)液體滴下來(lái)判斷反應(yīng)結(jié)束。因SiHCl3易水解,需在裝置C、D之間增加吸水(或干燥)裝置;產(chǎn)物氫氣是可燃性氣體且無(wú)法被NaOH溶液吸收,需要另增加氫氣處理裝置(如用儲(chǔ)氣瓶、氣球收集等)。(2)樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理后,得到硅酸水合物;再將硅酸水合物置于坩堝中煅燒,轉(zhuǎn)化為SiO2,然后將坩堝放入干燥器中冷卻,反復(fù)2~3次后稱量,m2g即為所得固體氧化物SiO2的質(zhì)量。依據(jù)上述分析,實(shí)驗(yàn)操作①為煅燒,②為冷卻,①、②中需使用的儀器為A、C。SiHCl3純度測(cè)定過(guò)程中有以下關(guān)系式:SiHCl3~H2SiO3~SiO2,可知n(SiHCl3)=n(SiO2)=m260mol,故樣品純度為m260×1356.答案