高中化学人教版选择性必修3有机化学基础(2019)_2020届高考化学二轮复习考点全解:有机物制备与提纯实验方案设计.pdf
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1、2 0 2 0 届高三化学二轮复习考点全解:一一有机物制备与提纯实验方案设计【核心突破】1.有机制备与分离提纯的思维流程:2.有机物制备实验中常用的仪器:(1)制备装置。(2)蒸播装置。3.有机混合物的分离提纯常用方法:14.有机物制备的解题流程方法适用条件实例说明分液互不相溶的液体混合物分 离CCL和水等分液时下层液体从下口流出,上层液体从上口倒出蒸储两种或两种以上互溶的液体,沸点相差较大分离酒精和水在蒸储烧瓶中放少量碎瓷片,防止液体暴沸有机物的制备是中学化学实验的重要组成部分,以新物质制备为背景的实验图,涉及知识面广、题型多变、思维发散空间大,能很好地考查学生综合运用化学实验基础知识解决实
2、际问题的能力,因而倍受高考命题者的青睐。解答此类试题的一般流程是:第一步,明确实验目的。通过分析合成目标产物的有机反应方程式确定反应原理,分析反应的特点(如可逆反应等),并分析可能发生的副反应。第二步,确定实验装置。依据反应物状态及反应条件选择合适的反应容器,并控制合适的反应温度。根据反应原理及装置特点,确定每个装置的作用。第三步,设计除杂方案。根据产品和杂质的性质差异(如溶解性、熔沸点、密度大小、物质的状态等)选择合适的分离提纯方法。根据有机反应中反应物的挥发性及有机副反应较多的特点,分析除杂步骤、试剂及除杂装置。第四步,产品产率(纯度)计算。根据题目提供的反应原理和试剂的用量,利用有机反应
3、方程式或关系式,计算产品的理论产量,则产品产率为实普际器产量置x100%o【题组训练】1.一氯甲烷是一种重要的化工原料,常温下它是无色有毒气体,微溶于水,易溶于乙醇、CCL等。(1)某小组同学在实验室用如图所示装置模拟催化法制备和收集一氯甲烷。2甲静和浓盐酸ABC 无 水ZnCb为催化剂,圆底烧瓶中发生反应的化学方程式为Q W H+ZnCbH C lC L C l+H zO ,如果实验时圆底烧瓶加热时间过长,最终在瓶底得到一种白色物质,该物质的化学式是通式啦2逾 刎装置B的主要作用是除去氯化氢气体。收集到的CH3cl气体在氧气中充分燃烧,产物用过量的匕mL G m o l广1 NaOH溶液充分
4、吸收,以甲基橙作指示剂,用Q m o l 丁1盐酸标准液对吸收液进行反滴定,最终消耗七mL盐酸。则所收集CH3cl的物质的量为(。那一1团X 10-3 mol,(已知:2cH3CI+3O2速/2co2+2H2O+2HCI)(2)查阅资料可知:AgNOs的乙醇溶液可以检验C A X中的卤素原子。相关数据如下表:化学键CC1CBr键能(k Jmol-1)330276化合物AgClAgBr1.8X1O-105X 10-13CKX通入AgNOs的乙醇溶液中,除有沉淀生成外,还生成硝酸甲酯,请写出硝酸甲酯的结构简式口3颂2 _。CH3cl和(B B r的混合气体通入AgNOs的乙醇溶液中,先出现淡黄色沉
5、淀。请依据表中数据解释原因C B r键的键能小,更容易断裂,同时澳化银的溶度积更小,溟化银更容易形成沉淀。设计实验证明禽(AgCD照(AgBr):向等浓度的氯化钠和溟化钠的混合溶液中滴加硝酸银溶液,先生成淡黄色沉淀,则证明总(AgCl)40(AgBr)(其他合理答案也可)(简要说明实验操作、现象和结论)。解析(1)装置A为制备CH3CI,ZnCb作催化剂,即圆底烧瓶中发生反3Z n C l2应的化学方程式为C H a OH+H C l-s f C R C l+H z O。根据所加物质,在溶液中Z n C b水解:Z n C L+2 H 2 O Z n(OH)2+2 H C l,随着反应的进行和
6、盐酸挥发,平衡右移,生 成 Z n(0 H)2 沉淀,加热时Z n(OH)2 可分解生成Z n O,因此白色物质是Z n(OH)2或 Z n Oo 盐酸容易挥发,因此装置B的作用是除去挥发出的H C 1 气体。C H 3 c l燃烧产生 C O2 和 H C 1,C O?与 N a OH 反应:2 N a OH +C()2=N a 2 c+庆 0,H C 1 +N a OH=N a C l+H2O,然后以甲基橙为指示剂,用盐酸滴定吸收液,发 生 N a OH+H C l=N a C l+H z O、N a2C O3+2 H C l=2 N a C l+C O21 +H20,两次消耗的差值,应为
7、一氯甲烷燃烧生成H C 1 的量,即为(/Q-%C 2)X l(r m o L 根据氯元素守恒,即C H 3 c l 的物质的量为(G-%Q)X 1 0 T m o L (2)硝酸甲酯可看作H ON O,和C H 3 0 H 反应形成的酯,因此结构简式为C H 3 ON O2。根据表格数据,淡黄色沉淀是A g B r,原因是C B r 键的键能小,更容易断裂,同时漠化银的溶度积更小,澳化银更容易形成沉淀。向等浓度的氯化钠和溟化钠的混合溶液中滴加硝酸银溶液,先生成淡黄色沉淀,则证明A U A g C D X K A g B r);或者向足量氯化钠溶液滴加少量的硝酸银溶液,出现白色沉淀,然后向溶液
8、中滴加滨化钠溶液,出现淡黄色沉淀,说明4P(A g C l)&,(A g B r)。2.某化学小组以苯甲酸为原料,制取苯甲酸甲酯。已知有关物质的沸点如下表所示:物质甲醇苯甲酸苯甲酸甲酯沸点/6 4.72 4 91 9 9.6I.合成苯甲酸甲酯粗产品在圆底烧瓶中加入9.6 m L (密度约为1.2 7 g-此刃苯甲酸和2 0 mL甲醇(密度约为0.7 9 g -m L-1),再小心加入3 m L 浓硫酸,混匀后,投入几粒碎瓷片,小心加热使反应完全,得苯甲酸甲酯粗产品。(1)加入碎瓷片的作用是防 止 暴 沸,如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片,应该采取的正确操作是/_(填标号)。A.立即补加 B.
9、冷却后补加C.不需补加 D.重新配料4(2)浓 硫 酸 的 作 用 是 催 化 剂、吸 水 剂,混 合 液 体 时 最 后 加 入 浓 硫 酸 的 理由是 浓 硫 酸 密 度 较 大,且 与 苯 甲 酸、甲 醇 混 合 会 放 出 大 量 热 量,甲 醇 易 挥 发。(3)甲、乙、丙 三 位 同 学 分 别 设 计 了 如 图 所 示三套实验室合成苯甲酸甲酯的装 置(部 分 夹 持 仪 器 和 加 热 仪 器 已 略 去)。根 据 有 机 物 的 沸 点 最 好 采 用 装 置 乙(填“甲”“乙”或“丙”)。I I.粗产品的精制(4)苯 甲 酸 甲 酯 粗 产 品 中 含 有 少 量 甲 醇、
10、硫 酸、苯 甲 酸 和 水,现拟用下列流程 进 行 精 制,请 根 据 流 程 图 写 出 操 作n方 法 的 名 称 馅。水饱和碳(5)不 能 用N aO H溶 液 代 替 饱 和 碳 酸 钠 溶 液 的 原 因 是 氢 氧 化 钠 是 强 碱,会促进 苯 甲 酸 甲 酯 的 水 解,导 致 产 品 损 失。(6)苯 甲 酸 甲 酯 的 产 率 是6 5%(结 果 保 留 两 位 有 效 数 字)。解 析(1)反 应 需 要 加 热,则 加 入 碎 瓷 片 的 作 用 是 防 止 暴 沸;如果加热一段 时 间 后 发 现 忘 记 加 瓷 片,应 该 采 取 的 正 确 操 作 是 冷 却 后
11、 补 加;(2)酯化反应中浓 硫 酸 的 作 用 是 催 化 剂、吸 水 剂;因 为 浓 硫 酸 的 密 度 较 大,且 与 其 他 液 体 混 合时 放 出 大 量 的 热,先 放 入 浓 硫 酸 会 使 甲 醇 挥 发,所 以 混 合 液 体 时 最 后 加 入 浓 硫酸;(3)从 三 者 的 沸 点 可 知 甲 醇 易 挥 发,所 以 挥 发 的 甲 醇 需 冷 凝 回 流 到 反 应 器 中,甲、丙 装 置 都 不 能 达 到 此 目 的,乙 图 可 以,所 以 应 选 择 乙 装 置;(4)酯不溶于水,因 此 有 机 层 的 物 质 分 离 应 采 取 蒸 储 的 方 法,所 以 操
12、 作H为 蒸 储;(5)不能用氢氧化 钠 代 替 碳 酸 氢 钠,因 为 氢 氧 化 钠 的 碱 性 太 强,强 碱 性 条 件 下 酯 会 发 生 水 解,导 致 产 率 降 低;(6)已 知 苯 甲 酸 的 质 量 为9.6 m L X 1.27 g m L 7 g 1 2.2 g,甲醇的 质 量 为20 m L X O.7 9 g-m L-1 5.8 g,根 据 化 学 方 程 式 理论上应制得苯甲酸5甲酯1 3.6 g,苯甲酸甲酯的产率为:言8 8 4样 g*1。=6 5%3.(20 1 9 大庆二模)已知:2一硝基一 1,3一苯二酚是橘黄色固体,易溶于水、溶液呈酸性,沸点为8 8 ,
13、是重要的医药中间体。实验室常以间苯二酚为原料分以下三步合成:浓硫酸和浓硝酸具体实验步骤如下:I.磺化:称取5.5 g 碾成粉状的间苯二酚放入烧杯中,慢慢加入浓硫酸并不断搅拌,控制温度为6 0 6 5 约 1 5 m i n eH.硝化:将烧杯置于冷水中冷却后加入混酸,控制温度(2 5 5)C 左右继续搅拌1 5 m i n eI I I.蒸储:将反应混合物移入圆底烧瓶B 中,小心加入适量的水稀释,再加入 约 0.1 g尿素,然后用下图所示装置进行水蒸气蒸储;将播出液冷却后再加入乙醇一水混合剂重结晶。回答下列问题:(1)实验中设计I、m两步的目的是避免副产物的产生。(2)硝化步骤中制取“混酸”的
14、具体操作是在锥形瓶中加入适量的浓硝酸,在振荡下缓慢加入一定量的浓硫酸,冷 却。写 出 步 骤 n 的 化 学 方 程 式6(4)烧瓶A 中玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故,又能防止压强过小引起倒吸。(5)步骤的温度应严格控制不超过3 0 C,原因是温度较高时硝酸易分解(酚易被氧化),产 率 过 低。(6)步骤所得2 硝基一1,3 一苯二酚中仍含少量杂质,可用少量乙醇一水混合剂洗涤。请设计简单的实验证明2 一硝基一 1,3 一苯二酚已经洗涤干净:_取最后一次洗涤滤液少量,滴加Ba C L溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净(7)本实验最终获得1.5 5 g橘黄色固体,则 2 一硝
15、基一1,3 一苯二酚的产率约 为 2 0%解析(D实验中设计I、n i 两步分别是引入磺酸基、去掉磺酸基,所以目的是避免多硝基副产物的生成。(2)制 取“混酸”是把浓硝酸、浓硫酸混合,具体操作是在锥形瓶中加入适量的浓硝酸,在振荡下缓慢加入一定量的浓硫酸,H O冷却。(3)步骤I I 是H。3 s 与浓硝酸在浓硫酸的催化作用下发生取代反应H20O(4)装置中压强过大时玻璃管中液面上升,装置中压强过小时,空气可以由玻璃管进入装置中;所以烧瓶A中玻璃管起稳压作用,既能防止装置中压强过大引起事故,又能防止压强过小引起倒吸。(5)温度较高时硝酸易分解(酚易被氧化),产率过低,所以步骤的温度应严格控制不超
16、过3 0 (6)2 一硝基一1,3 一苯二酚若没有洗涤干净,则洗涤液中含有硫酸根离子,所以取最后一次洗涤滤液少量,滴加B a C L溶液,若无沉淀产生,证明已经洗涤干净。(7)设 2 一硝基一1,3 一苯二酚的理论产量是x,7HOHO NO2H110 g,mol5.5 g155 g,mol-xIIO 1RR 1 RR诏=工,-7.7 5 电2 硝基一1,3 一苯二酚的产率嬴*1。=2。4.(2 0 1 9 全 国 H,2 8)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇,熔点2 3 4.5 ,1 0 0 C以上开始升华),有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%5%,单宁酸(4约为IO-6,易溶
17、于水及乙醇)约 3%1 0%,还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如图所示。匿 强 卫 典 画鲍 生灰L 丽 而第9 叫阪赢!一 麻画上我一师丽索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发,蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与茶叶末接触,进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶,从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题:(1)实验时需将茶叶研细,放入滤纸套筒1 中,研细的目的是增加固液接触面积,提取充分。圆底烧瓶中加入9 5%乙醇为溶剂,加热前还要加几粒沸 石.(2)提取过程不可选用明火直接加热,原 因 是 乙醇易挥发,易 燃。与常规
18、的萃取相比,采用索氏提取器的优点是使用溶剂量少,可连续萃取(萃取效率高)。8(3)提取液需经“蒸储浓缩”除去大部分溶剂。与水相比,乙醇作为萃取剂的 优 点 是 乙醇沸点低,易 浓 缩。“蒸储浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸储头、温度计、接收管之外,还 有A C (填标号)A.直形冷凝管 B.球形冷凝管C.接收瓶 D.烧杯(4)浓缩液加生石灰的作用是中和单 宁 酸 和 吸 收 水.(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热,咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结,该分离提纯方法的名称是升 华。解析(1)实验时将茶叶研细,能增加茶叶与溶剂的接触面积,使萃取更加充分。乙醇为
19、溶剂,为防止加热时暴沸,需在加热前向乙醇中加入几粒沸石。(2)由于溶剂乙醇具有挥发性和易燃性,因此在提取过程中不可用明火直接加热。本实验中采用索氏提取器的优点是溶剂乙醇可循环使用,能减少溶剂用量,且萃取效率高。(3)提取液需经“蒸储浓缩”除去大部分溶剂,与水相比,乙醇作为萃取剂具有沸点低和易浓缩的优点。“蒸储浓缩”需选用的仪器除了所给仪器外,还有直形冷凝管和接收瓶(如锥形瓶)。(4)向浓缩液中加入生石灰能中和单宁酸并吸收水分。(5)结合分离提纯咖啡因的装置及将粉状物放入蒸发皿并小火加热,咖啡因凝结在扎有小孔的滤纸上,可知该分离提纯的方法为升华。5.(2 0 19 全国H I,2 7)乙酰水杨酸
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