題型突破專項(xiàng)練(三)有機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)(36分鐘44分)1.(16分)環(huán)己酮()是一種重要的化工原料,一種由H2O2氧化環(huán)己醇制備環(huán)己酮的實(shí)驗(yàn)方法如圖:相關(guān)數(shù)據(jù)如下:物質(zhì)密度/g·cm-3沸點(diǎn)/℃(101kPa)與水形成共沸物的沸點(diǎn)/℃部分性質(zhì)環(huán)己醇0.96161.097.8能溶于水,具有還原性,易被氧化環(huán)己酮0.95155.098.0/3.4kPa95.0微溶于水,遇氧化劑易發(fā)生開環(huán)反應(yīng)回答下列問題:(1)FeCl3的作用是作催化劑;

加入食鹽的目的是降低環(huán)己酮在水中的溶解度,以便液體分離。(4分)

(2)環(huán)己酮的產(chǎn)率受H2O2用量的影響,當(dāng)環(huán)己酮產(chǎn)率達(dá)最大值后,增加H2O2的用量其產(chǎn)率反而下降,原因是環(huán)己酮進(jìn)一步被氧化發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。(2分)

(3)減壓蒸餾的裝置如圖所示,為了便于控制溫度,加熱方式最好選用油浴(填“水浴”或“油浴”)。進(jìn)行減壓蒸餾時(shí),使用磁力加熱攪拌器加熱,磁子的作用除攪拌使混合物均勻受熱外,還有防止暴沸。

減壓蒸餾的操作順序?yàn)榇蜷_雙通旋塞,打開真空泵,緩慢關(guān)閉雙通旋塞,接通冷凝水,開啟磁力加熱攪拌器,進(jìn)行減壓蒸餾。減壓蒸餾完成后,需進(jìn)行下列操作,正確的操作順序是bdca(填字母)。(6分)

a.關(guān)閉真空泵b.關(guān)閉磁力加熱攪拌器,冷卻至室溫c.緩慢打開雙通旋塞d.停止通冷凝水(4)本實(shí)驗(yàn)中環(huán)己酮的產(chǎn)率為83%(或0.83)(保留2位有效數(shù)字)。(2分)

(5)傳統(tǒng)的制備環(huán)己酮實(shí)驗(yàn)用酸性K2Cr2O7作氧化劑,更易把環(huán)己醇氧化生成己二酸,該反應(yīng)的離子方程式為4Cr2O72-+3+32H+→3HOOCCH2CH2CH2CH2COOH+8Cr3++19H2O。(2【解析】本實(shí)驗(yàn)題是用H2O2在FeCl3的催化下氧化環(huán)己醇制備環(huán)己酮。先把10mL環(huán)己醇和2.0gFeCl3混合,再滴加30%H2O2在60~70℃下反應(yīng)70min制備環(huán)己酮;向反應(yīng)后的溶液中加入50mL水進(jìn)行蒸餾得到共沸餾出液,向共沸餾出液中加入食鹽以減小環(huán)己酮在水中的溶解度,便于液體分離;攪拌后進(jìn)行分液得到有機(jī)層,主要含有環(huán)己酮和環(huán)己醇,向其中加入MgSO4吸收表面的水分,然后進(jìn)行過濾,得到的液體進(jìn)行減壓蒸餾即得到較純凈的環(huán)己酮,據(jù)此分析解題。(1)由分析可知,FeCl3的作用是作為反應(yīng)的催化劑,加入食鹽的目的是降低環(huán)己酮在水中的溶解度,以便液體分離;(2)由題干信息可知,環(huán)己酮微溶于水,遇氧化劑易發(fā)生開環(huán)反應(yīng),故當(dāng)環(huán)己酮產(chǎn)率達(dá)最大值后,增加H2O2的用量將導(dǎo)致環(huán)己酮進(jìn)一步發(fā)生開環(huán)反應(yīng),而導(dǎo)致其產(chǎn)率下降;(3)由題干信息可知,環(huán)己酮的沸點(diǎn)為155℃,故為了便于控制溫度,加熱方式最好選用油浴;進(jìn)行減壓蒸餾時(shí),使用磁力加熱攪拌器加熱,磁子的作用除攪拌使混合物均勻受熱外,還有防止暴沸的作用;根據(jù)減壓蒸餾的操作順序?yàn)榇蜷_雙通旋塞,打開真空泵,緩慢關(guān)閉雙通旋塞,接通冷凝水,開啟磁力加熱攪拌器,進(jìn)行減壓蒸餾。減壓蒸餾完成后,先后需進(jìn)行的操作為b.關(guān)閉磁力加熱攪拌器,冷卻至室溫,d.停止通冷凝水,c.緩慢打開雙通旋塞,a.關(guān)閉真空泵,即正確的操作順序是bdca;(4)根據(jù)碳原子守恒有n(環(huán)己酮)=n(環(huán)己醇)=10mL×0.96g·mL-1100g·mol-1=0.096mol,本實(shí)驗(yàn)中環(huán)己酮的產(chǎn)率為7.8g0.096mol×98g·mol-1×100%≈83%;(5)傳統(tǒng)的制備環(huán)己酮實(shí)驗(yàn)用酸性K22.(12分)(2024·濟(jì)南三模)鄰氯甲苯(M=126.5g·mol-1)能與多數(shù)有機(jī)溶劑混溶,沸點(diǎn)158.5℃。實(shí)驗(yàn)室采用Sandmeyer(桑德邁爾)反應(yīng)制取的路線如下:已知:①CuCl為白色固體,難溶于水,易溶于濃鹽酸;②酸性條件下HNO2能氧化I-;③重氮化反應(yīng)放熱且需在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行,否則易發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng);④乙醚有較強(qiáng)揮發(fā)性,有毒。步驟1:CuCl的制備向CuSO4和NaCl中加入NaHSO3和NaOH混合液,攪拌至溶液變無色并析出大量白色粉末,冰水浴冷卻、過濾、水洗。所得白色固體倒入冷的濃鹽酸中溶解,冰水浴中冷卻備用。步驟2:重氮鹽溶液的制備圓底燒瓶中加入濃鹽酸、水及2.1g鄰甲基苯胺(M=107g·mol-1),加熱溶解?？販?℃以下滴加NaNO2水溶液至反應(yīng)完全。步驟3:鄰氯甲苯的制備與純化將重氮鹽溶液緩慢滴入冷的氯化亞銅、鹽酸溶液中,有紅色固體析出。加完后室溫下攪拌半小時(shí)。然后用水浴慢慢加熱到50℃~60℃直至不再有氮?dú)庖莩?。水蒸氣蒸餾蒸出粗鄰氯甲苯。分出油層,水層用乙醚萃取2次,合并有機(jī)層。一系列操作后得鄰氯甲苯1.5g。回答下列問題:(1)步驟1制備CuCl的離子方程式為2Cu2++HSO3-+2Cl-+3OH-===2CuCl↓+SO42-+2H2(2)驗(yàn)證步驟2反應(yīng)完全的操作為取一滴充分反應(yīng)后的反應(yīng)液滴在淀粉-碘化鉀試紙上,試紙變藍(lán),表示反應(yīng)已完全(或用pH計(jì)測圓底燒瓶中溶液的pH,當(dāng)pH不變時(shí)說明反應(yīng)已經(jīng)完全)。

若NaNO2溶液過量太多,可能帶來的弊端是過多亞硝酸鈉溶液會(huì)降低反應(yīng)溶液的酸性,導(dǎo)致重氮鹽發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)(或后續(xù)反應(yīng)中亞硝酸鈉會(huì)氧化CuCl,使催化效率降低)。

控溫5℃最好選用(冷)水浴。(3分)

(3)步驟3水蒸氣蒸餾時(shí),a管作用為平衡氣壓。判斷水蒸氣蒸餾結(jié)束的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是餾出液無明顯油珠(或餾出液澄清透明不再含油滴)。

萃取及分離出乙醚時(shí)均需在通風(fēng)櫥中操作,原因是乙醚沸點(diǎn)較低易揮發(fā)且有毒性。(5分)

(4)本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為60%(保留兩位有效數(shù)字)。(2分)

【解析】(1)向CuSO4和NaCl中加入NaHSO3和NaOH混合液,攪拌得到氯化亞銅,則步驟1制備CuCl的離子方程式為2Cu2++HSO3-+2Cl-+3OH-===2CuCl↓+SO42(2)反應(yīng)完成后亞硝酸鈉過量,亞硝酸鈉具有氧化性,且反應(yīng)后溶液pH不再發(fā)生變化,則驗(yàn)證步驟2反應(yīng)完全的操作為取一滴充分反應(yīng)后的反應(yīng)液滴在淀粉-碘化鉀試紙上,試紙變藍(lán),表示反應(yīng)已完全或用pH計(jì)測圓底燒瓶中溶液的pH,當(dāng)pH不變時(shí)說明反應(yīng)已經(jīng)完全。由于亞硝酸鈉溶液顯堿性,若NaNO2溶液過量太多,可能帶來的弊端是過多亞硝酸鈉溶液會(huì)降低反應(yīng)溶液的酸性,導(dǎo)致重氮鹽發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)(或后續(xù)反應(yīng)中亞硝酸鈉會(huì)氧化CuCl,使催化效率降低)?？販?℃最好選用(冷)水浴。(3)步驟3水蒸氣蒸餾時(shí),a管與大氣相通,其作用為平衡氣壓。有機(jī)物一般是油狀的,因此判斷水蒸氣蒸餾結(jié)束的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是餾出液無明顯油珠或餾出液澄清透明不再含油滴。由于乙醚沸點(diǎn)較低易揮發(fā)且有毒性,所以萃取及分離出乙醚時(shí)均需在通風(fēng)櫥中操作。(4)2.1g鄰甲基苯胺的物質(zhì)的量是2.1107mol,理論上生成鄰氯甲苯的質(zhì)量是2.1107mol×126.5g·mol3.(16分)對叔丁基鄰苯二酚是一種無色晶體,有毒,是工業(yè)上常用的一種阻聚劑,實(shí)驗(yàn)室可用鄰苯二酚和甲基叔丁基醚在濃硫酸的催化下加熱制備,反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)過程如下。++CH3OH相關(guān)物質(zhì)的物理性質(zhì)如下:物質(zhì)熔點(diǎn)(℃)沸點(diǎn)(℃)溶解性鄰苯二酚103245溶于水、乙醇等,易溶于丙酮、吡啶、堿溶液甲基叔丁基醚-11055.2易溶于乙醇、乙醚等,不溶于水對叔丁基鄰苯二酚50285溶于甲醇、乙醚、四氯化碳等,難溶于冷水,微溶于熱水已知:實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)生成3,5-二叔丁基鄰苯二酚、磺化產(chǎn)物等副產(chǎn)物。請回答:(1)操作1主要在如圖所示裝置中進(jìn)行,儀器A的名稱是球形冷凝管,使用儀器B的優(yōu)點(diǎn)是平衡氣壓,使液體順利滴下。(5分)

(2)反應(yīng)中濃硫酸不宜過多的原因是濃硫酸過多,產(chǎn)品中雜質(zhì)含量增加,且會(huì)增加后續(xù)加入Na2CO3的量。(3分)

(3)向混合液A中加入Na2CO3溶液的目的主要是除去混合液中的硫酸,調(diào)節(jié)pH,操作2的名稱是分液,

操作3的目的是萃取水層1中的對叔丁基鄰苯二酚,減少產(chǎn)品的損失。(4分)

(4)①將混合液B進(jìn)行減壓蒸餾的目的是降低對叔丁基鄰苯二酚的沸點(diǎn),使其更易被蒸餾出來(其他合理答案也可)。(2分)

②用重結(jié)晶法提純對叔丁基鄰苯二酚的操作順序是acdgefbh(填序號(hào))。(2分)

a.向粗產(chǎn)品中加入石油醚b.用蒸餾水洗滌c.加熱充分溶解d.加入活性炭脫色e.冷卻結(jié)晶f.減壓過濾g.趁熱過濾h.干燥【解析】(1)結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置圖可知,A是球形冷凝管,B是恒壓滴液漏斗,B的作用是平衡氣壓,使液體順利滴下。(2)濃硫酸與苯環(huán)上的氫原子發(fā)生取代反應(yīng),使得雜質(zhì)含量增加,且后續(xù)會(huì)增加碳酸鈉的使用量。(3)向混合液A中加入Na2CO3溶液的目的主要是除去混合液中的硫酸,調(diào)節(jié)pH,操作2的名稱是分液;操作3加入乙醚,作用是萃取水層1中的對叔丁基鄰苯二酚,減少產(chǎn)品的損失。(4)①減壓蒸餾的目的是降低對叔丁基鄰苯二酚的沸點(diǎn),使其更易被蒸餾出來。②重結(jié)晶法提純對叔丁基鄰苯二酚的操作:先向粗產(chǎn)品中加入石油醚,再加熱充分溶解,加入活性炭脫色,再趁熱過濾出活性炭,再經(jīng)過冷卻結(jié)晶、減壓過濾、洗滌、干燥,得到產(chǎn)品,操作順序?yàn)閍cdgefbh。【加固訓(xùn)練】(2024·重慶模擬)芳香族化合物在一定條件下可與鹵代烴發(fā)生取代反應(yīng)。某科研小組以、ClC(CH3)3為反應(yīng)物,無水AlCl3為催化劑,制備(叔丁苯)。反應(yīng)原理如下:+ClC(CH3)3+HCl已知:項(xiàng)目相對分子質(zhì)量密度/g·cm-3沸點(diǎn)/℃溶解性AlCl3133.52.44180極易潮解并產(chǎn)生白色煙霧,微溶于苯780.8880.1難溶于水ClC(CH3)392.50.8551.6難溶于水,可溶于苯1340.87169難溶于水,易溶于苯Ⅰ.實(shí)驗(yàn)室模擬制備無水AlCl3的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O。

(2)裝置B中的試劑為飽和食鹽水。若缺少C,D中無水AlCl3發(fā)生的副反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl。

(3)加熱順序:應(yīng)先點(diǎn)燃A(填“A”或“D”)處酒精燈。

Ⅱ.實(shí)驗(yàn)室制取叔丁苯的裝置如圖所示。①將35mL苯和足量的無水AlCl3加入三頸燒瓶中;②滴加ClC(CH3)310mL;③打開恒溫磁力攪拌器反應(yīng)一段時(shí)間;④洗滌,將反應(yīng)后的混合物依次用稀鹽酸、Na2CO3溶液、H2O洗滌分離;⑤在所得產(chǎn)物中加入少量無水MgSO4固體、靜置,過濾,蒸餾;⑥稱量,得到叔丁苯10.0g。(4)圖中側(cè)管G的作用為平衡氣壓,有利于液體滴下。

(5)用稀鹽酸洗滌的目的是除去無水AlCl3并防止其水解,

“洗滌”后“分離”的操作名稱是分液。

(6)加無水MgSO4固體的作用是干燥(或除水)。

(7)叔丁苯的產(chǎn)率為81.2%。(保留至小數(shù)點(diǎn)后1位)

【解析】(1)A中發(fā)生濃鹽酸和二氧化錳的反應(yīng),生成氯化錳、氯氣和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)氯氣中有氯化氫、水等雜質(zhì),先用飽和食鹽水除氯化氫,再用濃硫酸干燥,因此B裝置中所盛試劑是飽和食鹽水;氯化鋁遇水極易水解,因此若缺少C,D中無水AlCl3發(fā)生的副反應(yīng)的化學(xué)方程式為AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl。(3)由于裝置中還含有空氣,加熱時(shí)氧氣能