2022年《工科大学化学实验》思考题及答案_工科大学化学实验 .pdf
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1、工科大学化学实验思考题(附参考答案或提示)一、基本操作1. 关于蒸馏操作(1)沸石的作用是什么?如果在蒸馏前未加沸石,怎么办?用过的沸石能否重复使用?(2)在安装蒸馏装置时,温度计水银球插在液面上或者使其在蒸馏支管的上面是否正确?为什么?(3)在蒸馏过程中,火大小不变,为什么蒸了一段时间后,温度计的读数会突然下降?这意味着什么?(4)蒸馏低沸点或易燃液体时,应如何防止着火?(5)在进行减压蒸馏时,为什么一定要用热浴加热?为什么须先抽气后加热?(6)水蒸气蒸馏时,烧瓶内液体的量最多为多少?在蒸馏完毕后,为何要先打开T 形管螺旋夹方可停止加热?参考答案或提示:(1)形成汽化中心;停止加热,冷至接近
2、室温,补加;需经烘烤去水后才可重复使用(2)不正确。温度计水银球的上沿应与支管口的下沿平齐。若插在液面上,结果偏高;若在支管的上面,结果偏低,均因处于偏离气液平衡位置。(3)瓶中的蒸气量不够;意味着应停止蒸馏或者某一较低沸点的组分已蒸完。(4)严禁用明火加热。收集瓶中的蒸气应用橡皮管引入桌下、水槽或室外。(5)便于控制稳定的蒸馏速度;这样,能在控制在一定的压力下蒸馏提纯有机物,同时避免因突然减压造成暴沸将蒸馏液直接冲入冷凝管。(6)烧瓶容积的1/3;防止烧瓶内液体被吸到水蒸气发生器中。2. 关于萃取操作(1)萃取时为什么要开启旋塞放气?(2)怎样用简便的方法判定哪一层是水层,哪一层是有机层?(
3、3)为何上层液体要从分液漏斗上口放出,而下层液体要从下部放出?(4)实验室现有一混合物待分离提纯已知其中含有甲苯、苯胺和苯甲酸。请选择合适的溶剂,设计合理方案从混台物中经萃取分离、纯化得到纯净甲苯、苯胺、苯甲酸。参考答案或提示:(1)防止分液漏斗内压力过高冲开漏斗塞,造成溶液损失。(2)用吸管滴加1-2d 水于分液漏斗中,观察其是与上层液体相溶还是沉到下层液体中(3)防止已分开的两种液体因再次接触而造成污染名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共
4、15 页 - - - - - - - - - (4)查阅物理常数,根据理化性质设计实验方案。提示:可先将三种物质溶于乙醚,然后分别用盐酸萃取苯胺,用氢氧化钠萃取苯甲酸,而甲苯留于乙醚中,作进一步分离。再分别用氢氧化钠和盐酸置换出苯胺和苯甲酸,作进一步分离。3. 关于重结晶和熔点测定操作(1)活性炭为什么要在固体物质全部溶完后加入?又为何不能在溶液沸腾时加入?()抽气过滤收集晶体时,为什要先打开安全瓶的活塞再关水泵?(3)用有机溶剂重结晶时,容易着火,溶剂容易挥发,如何防止?()在布式漏斗中用溶剂洗涤固体时应注意些什么?(5)下列情况对熔点测定的结果有什么影响?A加热太快B样品不细装得不紧C样品
5、管粘贴在提勒管壁上D毛细管壁太厚E毛细管不洁净F样品未完全干燥或含有杂质(6)两样品的熔点都为150,以任何比例混合后测得的熔点仍为150, 这说明什么 ? ( ) 测过的样品能否重测?( ) 熔距短是否就一定是纯物质?参考答案或提示:(1) 便于观察固体全溶解,防止暴沸(2) 防止倒流(3) 水浴加热,回流装置(4) 停止抽滤,小心松动晶体,加少量、冷的溶剂使晶体润湿,再抽滤,如此反复2-3 次。(5) A . 偏高; B. 传热不好,偏高;C. 偏低,中部的浴液温度较高;D. 传热不好,偏高;E.偏低,有杂质;F. 偏低。(6) 同一物( ) 不能,可能晶形发生了改变或分解( ) 一般是。
6、若样品的组成与最低共熔点的组成相同时,熔点也很敏锐,不过这种情况很少。4. 关于水的净化实验(1)水中的主要无机杂质离子是哪些?怎样才能检查出来?(2)阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和阴阳离子混合柱各起什么作用?能否将前二者颠名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - 倒顺序安装?(3)为什么可由水样中的电导率估计它的纯度?参考答案或提示:(1)水中的主要无机杂质离子是钠、镁、钙的碳酸盐、硫酸盐、氯化物及
7、某些气体,所以水中含有 Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、CO32-等离子。用络黑 T 检验 Mg2+,在 pH=811 的溶液中,络黑T 本身显蓝色,若水样中含有Mg2+则与络黑 T 形成紫红色;用钙指示剂检验Ca2+,游离的钙指示剂呈蓝色,在 pH 12 的碱性溶液中, 它能与 Ca2+结合显红色;用焰色反应检验Na+,Na+的火焰呈黄色;用 AgNO3溶液检验Cl-,出现白色混浊说明有Cl-;用 BaCl2溶液检验SO42-,出现白色混浊说明有SO42-;用酸分解法检验CO32-,有气泡出现说明有CO32-。答:电导率是单位长度和单位截面积的电导值。而溶液的电导是溶液的一个
8、重要参数,它反映了溶液的导电能力。(2)阳离子交换树脂的作用是与水样中的Na+、Mg2+、 Ca2+等阳离子进行交换;阴离子交换树脂的作用是与水样中的Cl-、SO42-、CO32-等阴离子进行交换;阴阳离子混合柱的作用是为了进一步提高水质。它们的顺序不能颠倒,否则大量的Mg2+、Ca2+流过阴离子交换树脂会产生 Mg(OH)2、 Ca(OH)2沉淀,大大降低阴离子交换树脂的交换能力。(3)因为纯水是弱电解质,水中若有可溶性杂质,将使其导电能力增大。用电导仪测出水样的电导,再根据电导的大小估计出水样的纯度。5. 关于溶液的配制和标定操作(1)滴定管和移液管均要用待装液淌洗三次的原因何在?滴定用的
9、锥形瓶也要用待装液淌洗吗?(2)以下情况对滴定结果有何影响?1)滴定管中留有气泡。2)滴定近终点时,没有蒸馏水冲洗锥形瓶内壁。3)滴定完毕后有液滴悬挂在滴定管的尖端处。参考答案或提示:(1)滴定管、移液管均要用待装液淌洗三次,是为了保证溶液在滴定过程中或转移过程中被管内残留的水所稀释。滴定用的锥形瓶不能用待装液淌洗。(2)1)若滴定前,管中留有气泡,滴定后气泡消失,则测量体积比实际消耗体积高;2)会使得测量体积比实际消耗体积高;3)测量体积比实际消耗体积高。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - -
10、- - - - - - - - - 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - 6. 关于醋酸电离常数与电离度的测定实验(1)如果改变所测HAc溶液的温度,则电离度和电离常数有无变化?(2)温度一定时,CHAc分别对 Ka 及各有何影响?参考答案或提示:(1)若改变温度,则电离常数会变化,如果反应是吸热的,电离常数随温度的升高而增大,如果反应是放热的,电离常数随温度的升高而降低。根据稀释定律, 电离度与电离常数有关,温度改变,电离常数改变,则电离度也变化。(2)温度一定时,cHAc对 Ka无影响;但cHAc对有影响,根据稀释定律,若cHAc减小,则 增大,即溶液越稀,电离度越
11、大。7. 关于硝酸钾溶解度与温度的关系测定实验(1)在实验过程中,搅拌与不搅拌对实验结果有何影响?(2)实验过程中试管内的水显著蒸发,对实验结果有何影响?(3)为什么硝酸钾的称量要准确至1mg,水的量取要准确至0.01ml?参考答案或提示:(1)在固体溶解过程中不断搅拌,可以加快固体的充分溶解,缩短溶解时间,减少溶剂的蒸发;在晶体析出过程中不断搅拌,可以防止溶液出现过饱和现象。溶液过饱和会导致测得的晶体析出温度偏低、所测物质的溶解度偏高。(2)如果实验过程中试管内的水显著蒸发,溶剂的显著减少会使晶体提前析出,使测得的温度偏高,造成所测物质的溶解度偏低的结果。(3)为了减小实验误差。8. 关于气
12、体密度法测定二氧化碳的分子量测定实验(1)用启普发生器制取二氧化碳为什么要通过水、浓硫酸和无水氯化钙? (2)为什么 (CO2瓶塞子 )的质量要在分析天平上称量,而(水瓶塞子 )的质量可以在托盘天平上称量?(3)为什么计算锥形瓶的容积时,不考虑空气的质量,而在计算二氧化碳气体质量时却要考虑空气的质量?参考答案或提示:(1)净化和干燥。由于原料大理石CaCO3不纯,制取过程中会产生一些杂质气体,可用水洗除之,水还可除去多余的HCl 气体,再依次用浓硫酸除CO2中的水汽,用无水氯化钙进一步干燥。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选
13、学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - (2)锥形瓶注入水后,质量太大,超过了分析天平的承重限值,易损坏分析天平这种精密仪器;而托盘天平或电子台秤不会。(3)锥形瓶的容积是用称得的水重来计算的,称得的空气质量对于水来说,可以忽略 ,但称得的空气质量对于CO2气体来说,是同一个数量级,决不能忽略。二、物质制备关于采用苯胺与冰醋酸加热制备乙酰苯胺实验,请回答下列问题:(1)为提高转化率,实验中采用了哪几种手段?(2)制备了粗产品乙酰苯胺后,需要重结晶提纯,若得到粗产品乙酰苯胺6.0 g,在提纯过程中,大约需
14、要多少毫升水(100时乙酰苯胺在水中的溶解度为5.5 g/100mL 水) ,若用的水太多或太少会有什么影响?(3)在重结晶的热过滤、冷却结晶及晶体与母液分离的操作过程中,必须注意哪几点才能使产品的产率高且质量好?(4)测定熔点时,遇到下列情况将产生什么结果?A熔点管不洁净; B 试料研的不细或装得不实; C加热太快。参考答案或提示:()冰醋酸过量;加锌粉防止苯胺氧化;采用分馏装置控温边反应边蒸出水()加120-130mL 水( 2 分) ;水太多析不出结晶,水太少在热过滤时损失结晶。() 吸滤瓶和布氏漏斗必需充分预热;滤液应自然冷却,待有晶体析出后再适当加快冷速度,以确保晶形完整;最后抽滤时
15、用母液洗涤有残留产品的烧杯,用少量溶剂洗涤产品并抽干。() A熔点管不洁净(偏低,熔距拉长); B 试料研的不细或装得不实(偏高);C加热太快(偏高);实验室采用溴化钠、浓硫酸和正丁醇反应制备正溴丁烷。请回答以下问题。(1)该反应属于什么反应类型?为什么不能直接以溴化钠与正丁醇反应制备正溴丁烷?(2)硫酸浓度太高或太低会带来什么结果?()加料时,先使溴化钠和浓硫酸混合,然后再加正丁醇和水,行不行?为什么?()反应后的产物中可能含有哪些杂质?各步洗涤目的何在?用浓硫酸洗涤时为何需用干燥的分液漏斗?参考答案或提示:()该反应属于SN2。羟基不是好的离去基团,在酸催化下转变成质子化的醇,水是好的离去
16、基团。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - ()硫酸浓度太高易发生溴离子氧化成单质溴的反应;太低生成的HBr 量不足,使反应难以进行。()不行。因为:2NaBr + 3 H2SO4Br2+ SO2+ 2H2O + 2 NaHSO4()可能含有杂质为:nC4H9OH , (n C4H9)2O , HBr, H2SO4,NaHSO4, H2O 第一次水洗:除去部分硫酸及水溶性杂质。用硫酸洗涤:除去未反应
17、的正丁醇及副产物1丁烯和正丁醚。碱洗(Na2CO3):中和残余的硫酸。第二次水洗:除去残留的碱、硫酸盐及水溶性杂质。关于有机制备实验室常用的合成装置,请回答(1)有机实验中,什么时候利用回流反应装置?(2)安装有电动搅拌器的反应装置时要注意什么?参考答案或提示:(1)有两种情况需要使用回流反应装置:一是反应为强放热的、 物料的沸点又低, 用回流装置将气化的物料冷凝回到反应体系中。二是反应很难进行,需要长时间在较高的温度下反应,需用回流装置保持反应物料在沸腾温度下进行反应。(2)安装有电动搅拌器的反应装置时,除按一般玻璃仪器的安装要求外,还要求:A搅拌棒必须与桌面垂直;B搅拌棒与玻璃管或液封管的
18、配合应松紧适当,密封严密。C搅拌棒距烧瓶底应保持5mm 上的距离。D安装完成后应用手转动搅拌棒看是否有阻力;搅拌棒下端是否与烧瓶底、温度计等相碰。如相碰应调整好以后再接通电源,使搅拌正常转动。(答出A C 可得满分)有一苯甲酸和苯甲醇混合物。相关物理常数如下,按要求回答问题:苯甲酸:白色粉未;Pka 4.12 ; 熔 点: 122;微溶于水,易溶于乙醚;在水中的溶解度:25,0.34g; 40,0.6g; 60,1.2g; 80,2.75g; 95,6.8g。苯甲醇:无色液体;沸点:205;微溶于水,易溶于乙醚(1)设计分离与提纯的实验流程;(2)分离提纯涉及哪些基本操作;(3)水溶液酸化析出
19、苯甲酸时PH应调到什么范围,为什么?(4)如何鉴定苯甲酸的纯度?参考答案或提示:名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 15 页 - - - - - - - - - (1)加水分液水层乙醚萃取水层次,有机层合并;)水层浓盐酸酸化抽滤水重结晶干燥得苯甲酸;)有机层无水硫酸镁干燥水浴先蒸出乙醚空气浴蒸出苯甲醇,收集一定温度范围的馏分。(2)萃取;蒸馏;抽滤;重结晶;(3)测熔点以判断苯甲酸的纯度;(4)pH 2-3, 否则沉淀不完全。. 由冰醋酸和正
20、丁醇在硫酸催化下制备乙酸正丁酯,相关的试剂及物理常数如下:名称分子量性状折光率比重熔点沸点溶解度:克 /100 mL 溶剂水醇醚冰醋酸60.05 无色液体1.0492 16.6 118.1 正丁醇74.12 无色液体1.3993 0.8098 -80 117.7 乙酸正丁酯116.16 无色液体1.3941 0.8825 -77.9 126.5 0.7 乙酸正丁酯 -正丁醇 -水恒沸点91请回答下列相关的问题:(1)写出制备的计量反应式。(2)根据什么原理采取什么措施来提高反应转化率?(3)画出制备实验装置图()列出分离提纯的流程及相关操作的关键之处()如何进一步检测产品的结构和纯度?参考答案
21、或提示:(1)略(2)反应可逆;边反应便带出副产物水。(3)分水回流装置()()分液有机层水洗饱和Na2CO3洗水洗有机层名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 15 页 - - - - - - - - - 无水硫酸镁干燥空气浴蒸馏,收集一定温度范围的馏分。()红外光谱或核磁共振谱以确证结构;气相色谱以判断纯度。6. 关于硫酸铝的制备实验,请回答下列问题:(1)将铝酸钠转变为氢氧化铝时,所加的NH4HCO3起什么作用?(2)氢氧化铝的生产过程中,
22、为什么要加热这煮并充分搅拌?(3)浓缩硫酸铝溶液进行结晶时,为什么不要过分浓缩?参考答案或提示:(1)将铝酸钠转变为氢氧化铝时,用NH4HCO3调节溶液的pH 值至 89,将其转化形成为氢氧化铝沉淀。(2)因为氢氧化铝易形成胶体,吸附杂离子,加热搅拌,可破坏氢氧化铝胶体,加速陈化。(3)不能过分浓缩,否则得不到Al2(SO4)3 18 H2O,并防止爆沸。7. 关于焦磷酸钾的制备和无氰镀铜实验,请回答下列问题:(1) 焦磷酸钾的制备原理是什么?为什么要控制pH 为 8.5? pH 太高或太低, 有什么影响?(2)试举例比较电镀、电解、原电池的两极反应上的异同。(3)为什么要实现无氰镀铜?参考答
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