高考化学考点解读命题热点突破专题13实验方案的设计与评价 53页

专题 13 实验方案的设计与评价 【考向解读】 1．了解化学实验是科学探究过程中的一种重要方法。 2．能根据实验试题要求，做到：(1)设计、评价或改进实验方案；(2)了解控制实验条件的方法；(3) 分析或处理实验数据，得出合理结论；(4)绘制和识别典型的实验仪器装置图。 3．各部分实验基础知识与技能的综合应用。 【命题热点突破一】化学实验方案的设计与探究 1．实验方案的设计 (1)基本要求 (2)基本步骤 ①认真审题，明确实验目的，确定实验原理。 ②根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。 ③准确地记录实验过程中的现象和数据，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和 数据，得出正确的结论。 2．实验方案的评价 (1)评价原则 ①实验原理科学合理；②操作和装置简单可行； ③符合绿色化学理念；④药品和操作安全可靠。 (2)评价类型 ①评价实验原理；②评价实验方案； ③评价药品和仪器；④评价实验现象和结论。 3．探究型实验的基本程序 解答探究型实验题的基本程序可用以下流程图表示： (1)提出问题 要提出问题，首先得发现问题，对题给信息进行对比、质疑，通过思考提出值得探究的问题。此外， 实验中出现的特殊现象也是发现问题、提出问题的重要契机。 (2)提出猜想 所谓猜想就是根据已有知识对问题的解决提出的几种可能的情况。有一些问题，结论有多种可能(这就 是猜想)，只能通过实验进行验证。 (3)设计验证方案 提出猜想后，就要结合题给条件，设计出科学、合理、安全的实验方案，对可能的情况进行探究。实 验设计中，关键点是对试剂的选择和实验条件的调控。 (4)观察实验现象，得出结论 根据设计的实验方案，根据实验现象进行推理分析或计算分析得出结论。 例 1．(2016·北京，27，12 分)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4 及炭黑等)和 H2SO4 为原料，制备高纯 PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下： (1) 过 程 Ⅰ 中 ， 在 Fe2 ＋ 催 化 下 ， Pb 和 PbO2 反 应 生 成 PbSO4 的 化 学 方 程 式 是 ________ ____________________________________________________________。 (2)过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为： i：2Fe2＋＋ PbO2＋4H＋＋SO2－ 4 ===2Fe3＋＋PbSO4＋2H2O ii: …… ①写出 ii 的离子方程式：_______________________________________________。 ②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。 a．向酸化的 FeSO4 溶液中加入 KSCN 溶液，溶液几乎无色，再加入少量 PbO2，溶液变红。 b．___________________________________________________________________。 (3)PbO 溶解在 NaOH 溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq) NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。 ①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液 1 经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选填序号)。 A．减少 PbO 的损失，提高产品的产率 B．重复利用 NaOH，提高原料的利用率 C．增加 Na2SO4 浓度，提高脱硫效率 ② 过 程 Ⅲ 的 目 的 是 提 纯 。 结 合 上 述 溶 解 度 曲 线 ， 简 述 过 程 Ⅲ 的 操 作 __________ ______________________________________________________________。 【答案】 (1)Pb＋PbO2＋2H2SO4=====Fe2＋ 2PbSO4＋2H2O (2)①2Fe3＋＋Pb＋SO2－ 4 ===PbSO4＋2Fe2＋ ②b.取 a 中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去 (3)①AB ②向 PbO 粗品中加入一定量的 35% NaOH 溶液，加热至 110 ℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得 到 PbO 固体 【变式探究】Fe2O3 熔点为 1 565 ℃，其红棕色粉末为一种低级颜料，工业上称为“铁红”，用于油漆、 油墨、橡胶等工业中，也可作催化剂和玻璃、宝石、金属的抛光剂等。某同学以碳酸亚铁为原料，设计 3 种方案制备高纯度的 Fe2O3。 方案 1：碳酸亚铁 ――→高温 Fe2O3； 方案 2：碳酸亚铁―――→ 稀硫酸 过滤 溶液――――――――――――→ （a）足量氢氧化钠溶液 （b）过滤 沉淀 ――→灼烧 Fe2O3； 方案 3：碳酸亚铁―――――――→ 过量稀硫酸 过滤 溶液―――――――→ 足量双氧水 溶液――――――→ 足量氨水 过滤 沉淀 ――→灼烧 Fe2O3。 根据上述方案，回答下列问题： (1)为了验证方案 1，甲同学设计了下列实验。 ①请你完成下列实验设计： 实验步骤 实验操作及现象 Ⅰ ____________________ Ⅱ 取少量实验步骤Ⅰ所得固体置于一洁净的试管中，用足量的________ 溶解 Ⅲ 向实验步骤Ⅱ所得溶液中滴加 KSCN 溶液，溶液变红色 ②由此甲同学得出结论：4FeCO3＋O2=====高温 2Fe2O3＋4CO2，乙同学分析上述实验步骤，认为甲同学的实验 结论不严密，他的理由是______________________________________ ________________________________________________________________________。 请帮他选择试剂进行进一步探究：取灼烧后的固体溶于稀硫酸，滴加________(填字母)，观察现象。 A．氯水 B．氯水和 KSCN 溶液 C．酸性高锰酸钾溶液 D．K3[Fe(CN)6]溶液 (2)方案 2 中得到的沉淀的化学式为________和________；方案 2 得到的 Fe2O3 中可能含有的杂质是 ________________(填化学式)。 (3)用离子方程式表示方案 3 中加入双氧水的目的：________________；还可以用 NaClO、NaNO3 或 Cl2 等替代双氧水，氧化等量的 FeSO4，分别需要 H2O2、NaClO、NaNO3 和 Cl2 的物质的量之比为________________。 (4)综合分析上述方案可知，以碳酸亚铁为原料制备高纯度的 Fe2O3，最佳方案是方案 ________________(填序号)。 (4)由上述分析可知，方案 3 制得的 Fe2O3 纯度最高。 【答案】 (1)①称取一定质量的碳酸亚铁固体置于坩埚中，高温灼烧至质量不再变化，冷却至室温 稀 硫酸(或稀盐酸) ②若灼烧产物为 Fe3O4，溶于稀硫酸(或稀盐酸)也能生成 Fe3＋，滴入 KSCN 溶液，溶液也能 变红色 CD (2)Fe(OH)2 Fe(OH)3 FeO、Fe3O4 (3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 3∶3∶2∶3 (4)3 【变式探究】 二氧化硫是重要的工业原料，探究其制备方法和性质具有非常重要的意义，请回答下列问题。 (1)某学习小组实验室中用图甲装置测定 SO2 被催化氧化为 SO3 的转化率。(已知 SO3 熔点为 16.8 ℃，假 设气体进入装置时分别被完全吸收，且忽略空气中 CO2 的影响) ①实验过程中，需要通入氧气。试写出一个用图乙所示装置制取氧气的化学方程式： ________________________________________________________________________。 ②当停止通入 SO2，熄灭酒精灯后，需要继续通一段时间的氧气，其目的是 ________________________________________________________________________。 ③实验结束后，若装置 D 增加的质量为 m g，装置 E 中产生白色沉淀的质量为 n g，则此条件下 SO2 的 转化率是________________(用含字母的代数式表示，不用化简)。 (2)该学习小组设计图丙所示装置验证二氧化硫的化学性质。 图丙 ①能说明二氧化硫具有氧化性的实验现象为________________________。 ②为验证二氧化硫的还原性，充分反应后取试管 b 中的溶液分成三份，分别进行如下实验： 方案Ⅰ：向第一份溶液中加入 AgNO3 溶液，有白色沉淀生成； 方案Ⅱ：向第二份溶液加入品红溶液，红色褪去； 方案Ⅲ：向第三份溶液加入 BaCl2 溶液，产生白色沉淀。 上述方案中合理的是________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)；试管 b 中发生反应的离子方程式是 ________________________________________________________________________。 【答案】 (1)①2KMnO4=====△ K2MnO4＋MnO2＋O2↑(或 2KClO3=====MnO2 △ 2KCl＋3O2↑) ②使残留在装置中的二 氧化硫和三氧化硫被充分吸收 ③ m 80 m 80 ＋ n 233 × 100% (2)①a 试管中有淡黄色沉淀生成 ②Ⅲ Cl2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SO2－ 4 【方法技巧】探究型实验题解题模板 一、弄清探究类 实验题的模式 提出问题―→进行假设或猜想―→设计实验―→验证假 设―→得出结论―→反思与拓展 二、找出实验探 究的目的，是探究未 知产物的成分还是探 究物质的性质 通过化学反应原理猜测可能生成哪些物质，对这些物质逐 一进行检验来确定反应产物：(1)在探究过程中往往可以利用对 比实验，即设置几组平行实验来进行对照和比较，从而研究和 揭示某种规律，解释某种现象形成的原因或证明某种反应机理。 (2)无机物、有机物性质的探究，必须在牢牢掌握元素化合物及 典型有机反应等知识的基础上，大胆猜想，细心论证 三、结合题目信 息及物质的性质回答 问题 首先要加工、分析题给信息(包括明确的和隐含的信息)， 搞清实验目的；在分析问题的基础上，有针对地提出尽可能多 的合理的假设(假设是制定研究方案的基础)。在假设的基础上， 合理应用知识与技能制定探究方案、开展研究并进行观察与记 录，最终得出结论。设计探究方案时应注意干扰因素的排除， 如用澄清石灰水检验 CO2 时应先排除 SO2 存在的干扰 【命题热点突破二】定量测定型实验题 1．测定实验中要有“数据”的采集处理意识 实验数据的采集是化学计算的基础，一般来讲，固体试剂称质量，而液体试剂和气体试剂则测量体积。 (1)称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到 0.1 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平 或电子天平，可精确到 0.000 1 g。 (2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到 0.1 mL，准确度要求高的定量实验 如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式)，可估读到 0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定 物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。 (3)气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气 体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。 2．气体体积的测量 (1)量气装置的改进 (2)量气时应注意的问题 ①量气时应保持装置处于室温状态。 ②读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。如上图(Ⅰ)(Ⅳ) 应使左侧和右侧的液面高度保持相平。 例 2．(2016·浙江，29，15 分)无水 MgBr2 可用作催化剂，实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水 MgBr2， 装置如图 1，主要步骤如下： 步骤 1 三颈瓶中装入 10 g 镁屑和 150 mL 无水乙醚；装置 B 中加入 15 mL 液溴。 步骤 2 缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。 步骤 3 反应完毕后恢复至常温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至 0 ℃，析出晶体，再 过滤得三乙醚合溴化镁粗品。 步骤 4 室温下用苯溶解粗品，冷却至 0 ℃，析出晶体，过滤、洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至 160 ℃ 分解得无水 MgBr2 产品。 已知：①Mg 与 Br2 反应剧烈放热；MgBr2 具有强吸水性。 ②MgBr2＋3C2H5OC2H5 MgBr2·3C2H5OC2H5 请回答： (1) 仪 器 A 的 名 称 是 ________ 。 实 验 中 不 能 用 干 燥 空 气 代 替 干 燥 N2 ， 原 因 是 _____________________________________________________________________。 (2)如将装置 B 改为装置 C(图 2)，可能会导致的后果是_______________________。 (3)步骤 3 中，第一次过滤除去的物质是________。 (4)有关步骤 4 的说法，正确的是________。 A．可用 95%的乙醇代替苯溶解粗品 B．洗涤晶体可选用 0 ℃的苯 C．加热至 160 ℃的主要目的是除去苯 D．该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴 (5)为测定产品的纯度，可用 EDTA(简写为 Y4－)标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2＋＋Y4－===MgY2－。 ①滴定前润洗滴定管的操作方法是____________________________________。 ②测定时，先称取 0.250 0 g 无水 MgBr2 产品，溶解后，用 0.050 0 mol·L－1 的 EDTA 标准溶液滴定至 终点，消耗 EDTA 标准溶液 26.50 mL，则测得无水 MgBr2 产品的纯度是________(以质量分数表示)。 【答案】 (1)干燥管 防止镁屑与氧气反应，生成的 MgO 阻碍 Mg 与 Br2 的反应 (2)会将液溴快速压 入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患 (3)镁屑 (4)BD (5)①从滴定管上口加入少量待装液，倾 斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复 2～3 次 ②97.5% 【变式探究】电石的主要成分为 CaC2，易与水反应生成 C2H2，故乙炔俗称电石气。某同学设计如下方 案，来测定电石中 CaC2 的纯度(杂质不参加反应)。 实验原理：CaC2＋2H2O―→Ca(OH)2＋C2H2↑ 通过测定生成的气体的体积(标准状况)，可确定样品中 CaC2 的含量。 实验步骤： ①称取样品 1.2 g。 ②把 1.2 g 样品放入气密性良好的气体发生装置，如图所示； ③向样品中滴入水，至不再产生气泡，用量筒排水集气，量筒内液面在 360 mL 处恰与水槽内液面相平； ④作为反应器的烧瓶中有 24 mL 液体。 请回答下列问题： (1)上述实验所用的玻璃仪器的名称为_________________________________________。 (2)若实验前有 1 000 mL、500 mL、250 mL 的量筒备用，则应选用________mL 的量筒。 (3)生成气体体积是________mL，为保证生成气体体积的准确性，读取量筒刻度时应注意的问题是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)若将 C2H2 通入 KMnO4 溶液，KMnO4 溶液的紫红色会变浅，化学反应方程式为 KMnO4＋C2H2＋H2SO4―→K2SO4 ＋MnSO4＋CO2↑＋H2O(未配平)。若上面实验生成的C2H2完全被 KMnO4 溶液吸收，请计算需 0.1 mol/L 的KMnO4 溶液________________mL。 (5)通过以上数据计算，可得样品中 CaC2 的纯度为________________。 【答案】 (1)分液漏斗、烧瓶、量筒、水槽 (2)500 (3)336 使量筒内外液面持平、视线与量筒内液面的最低处相切 (4)300 (5)80% 【变式探究】 资料显示：镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生大量气体和白色不溶物。某同学设计了如下实验方案并验 证产物、探究反应原理。 (1)提出假设 实验Ⅰ：用砂纸擦去镁条表面氧化膜，将其放入盛有适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的试管中，迅 速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液由浅红变红。 该同学对反应中产生的白色不溶物做出如下猜测： 猜测 1：白色不溶物可能为________。 猜测 2：白色不溶物可能为 MgCO3。 猜测 3：白色不溶物可能为碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2]。 (2)设计定性实验确定产物并验证猜测： 实验序号 实验 实验现象 结论 实验Ⅱ 将实验Ⅰ中收集到的 气体点燃 能安静燃烧、 产生淡蓝色火焰 气体成分为 ①________ 实验Ⅲ 取实验Ⅰ中的白色不 ③________ 白色不溶物 溶物，洗涤，加入足量② ____ ________ 可能含有 MgCO3 实验Ⅳ 取实验Ⅰ中的澄清液， 向其中加入少量 CaCl2 稀溶 液 产生白色沉 淀 溶液中存在 ④________离子 (3)为进一步确定实验Ⅰ的产物，设计定量实验方案，如图所示： 称取实验Ⅰ中所得干燥、纯净的白色不溶物 22.6 g，充分加热至不再产生气体为止，并使分解产生的 气体全部进入装置 A 和 B 中。实验前后装置 A 增重 1.8 g，装置 B 增重 8.8 g，试确定白色不溶物的化学 式___________________________________________________。 (4)请结合化学用语和化学平衡移动原理解释 Mg 和 NaHCO3 溶液反应产生大量气泡的原因 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】 (1)Mg(OH)2 (2)①氢气 ②稀盐酸(合理均可) ③产生气泡，沉淀全部溶解 ④CO2－ 3 (3)2MgCO3·Mg(OH)2 或 Mg(OH)2·2MgCO3 或 Mg3(OH)2(CO3)2 (4)NaHCO3 溶液中存在如下平衡：HCO－ 3 H＋＋CO2－ 3 、H2O H＋＋OH－；Mg 和 H＋反应生成 H2 和 Mg2＋， Mg2＋跟 OH－、CO 2－ 3 生成难溶物 Mg(OH)2·2MgCO3，则 H＋、OH－、CO 2－ 3 的浓度均降低，促使上述两平衡均向右移 动。故 Mg 和饱和 NaHCO3 溶液反应产生大量气体 H2 【方法技巧】定量型实验题的解题模板 一、巧审题，明确 实验目的、原理 实验原理可从题给的化学情境(或题目所给的实验目的) 并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上，依据可靠性、 简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的实验方案 二、想过程，理清 操作先后顺序 根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实 验操作的方法和步骤，把握各实验步骤的要点，理清实验操作 的先后顺序 三、看准图，分析 装置或流程作用 若题目中给出装置图，在分析解答过程中，要认真细致地 分析图中的各部分装置，并结合实验目的和原理，确定它们在 实验中的作用 四、细分析，得出 正确的实验结论 在定性实验的基础上研究量的关系，根据实验现象和记录 的数据，对实验数据进行筛选，通过分析、计算、推理等确定 有关样品含量及化学式 【命题热点突破三】有机化学综合实验 1．有机物的分离、提纯常用方法 (1)洗气法：如除去气态烷烃中混有的气态烯烃，可通过盛有溴水的洗气瓶； (2)分液法：如除去乙酸乙酯中的乙酸和乙醇，用饱和碳酸钠溶液洗涤、静置、分液； (3)蒸馏法：乙酸和乙醇的分离，先加固体 NaOH，蒸出乙醇，再加稀硫酸，再蒸馏出乙酸。 2．蒸馏装置 例 3．环己酮是一种重要的化工原料，实验室常用下列反应和装置进行制备和精制(部分夹持仪器和加 热装置未画出)： 环己醇、环己酮和水的部分物理性质如表所示(*括号中的数据表示该有机物与水形成的具有固定组成 的共沸混合物的沸点)： 物质 相对分子质量 沸点(℃) 密度(g·cm－3，20 ℃) 水中溶解性 环己醇 100 161.1(97.8) 0.962 4 微溶 环己酮 98 155.6(95) 0.947 8 微溶 水 18 100.0 0.998 2 － 请回答下列问题： (1)已知合成环己酮的反应是放热反应，剧烈反应将导致体系温度迅速上升，副反应增多。实验时，先 向合成装置中加入 5.2 mL(5 g)环己醇和几粒沸石，再用分液漏斗向三颈瓶中加入足量酸性 Na2Cr2O7 溶液。 酸性 Na2Cr2O7 溶液的加料方式为________(填字母)。 A．一次性加入 B．缓慢加入 C．怎样加入都可以 (2)若酸性 Na2Cr2O7 溶液的体积为 35 mL，则应选取________(填 “100 mL”或“250 mL”)的三颈瓶。 (3)反应完成后，向三颈瓶中加入适量水，将合成装置改为蒸馏装置，蒸馏，收集 95 ～100 ℃的馏分 A，其主要成分是________。 (4)合成装置中冷凝管的作用是______________________________________________， 冷凝水从冷凝管的________(填“a”或“b”)口进入。 (5)向馏分 A 中加入氯化钠固体至饱和，静置、分液、得有机层 B，加入氯化钠固体的作用是 ________________。 (6)向有机层 B 中加入无水硫酸镁固体，除去其中的少量水分。过滤，将滤液置于精制装置中蒸馏，收 集________(填字母)的馏分，得到纯净的环己酮。 A．100.0～102.0 ℃ B．154.0～156.0 ℃ C．160.0～162.0 ℃ (7)请指出精制装置中的两处错误：________、________。 (8)若最终得到环己酮的质量为 3.43 g，则环己酮的产率是________。 【答案】 (1)B (2)100 mL (3)环己酮和水 (4)冷凝回流反应物和产物，提高原料的利用率和产物 的产率 a (5)增大水层的密度，有利于液体分层 (6)B (7)温度计的水银球未放在蒸馏烧瓶支管口处 冷凝水进、出口方向颠倒 (8)70% 【变式探究】 溴乙烷是有机合成的重要原料。农业上用作仓储谷物的熏蒸杀虫剂。实验室制备溴乙烷的反应、装置 示意图及有关数据如下： NaBr＋H2SO4―→HBr＋NaHSO4 CH3CH2OH＋HBr―→CH3CH2Br＋H2O 相对分子质量 沸点/℃ 密度 g·cm－3 溶解性 CH3CH2OH 46 78.4 0.789 混溶 NaBr 103 1 390 3.203 易溶 CH3CH2Br 109 38.4 1.424 难溶 CH3CH2OCH2CH3 74 34.5 0.714 微溶 浓硫酸 98 338 1.84 易溶 实验步骤： 在图甲仪器 A 中加入 10 mL 95% 乙醇和几滴水，并缓缓加入 19.0 mL 浓硫酸，再加入 15.0 g 溴化钠 粉末和几粒沸石；在仪器 C 中加入少量水，并浸于冰水浴中；仪器 A 用酒精灯加热(先小火，30 min 后用 大火)，至无油状馏出物时，停止加热；将仪器 C 中液体转入分液漏斗中，振摇后静置分层，取下层液体于 干燥的锥形瓶中，缓缓加入 5 mL 浓硫酸；将锥形瓶中混合液转移到一个干燥的分液漏斗中，静置分液，将 上层液体转移到图乙仪器 D 中，再加入几粒沸石，用水浴加热，收集一定温度范围内的馏分。 (1)仪器 C 的名称是________________。 (2)实验中加入沸石的作用是________________，仪器 B 为冷凝管，实验开始时，b 口进水，a 口出水， 原因是________________。 (3)仪器 C 中加入少量水的目的是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)实验步骤中，两次使用到浓硫酸，第一次浓硫酸的作用是________________，第二次浓硫酸的作用 是_________________________________________________________________。 (5)实验步骤中，将锥形瓶中的混合液转移到一个干燥的分液漏斗中，静置分液。分液时，取上层液体 的正确操作方法是________。 (6)图乙蒸馏操作中，需要收集的馏分温度范围为________。 A．34 ℃～38 ℃ B．36 ℃～40 ℃ C．34.5 ℃～78.4 ℃ D．38.4 ℃～78.4 ℃ (7)实验中测得仪器 G 的质量为 56.8 g，收集一定温度范围内的馏分后质量为 66.9 g，则该溴乙烷制 备的产率为________。 【答案】 (1)锥形瓶 (2)防止暴沸 下口进、上口出可使水充满整个装置，冷却效果好 (3)吸收挥 发出的可溶性杂质 (4)反应物 吸水(或答“干燥”) (5)D (6)B (7)63.5% 【方法技巧】有机制备解题模板 一、分 析制备流 程 二、熟 悉重要仪 器 三、结 合有机物 和有机反 应特点回 答问题 (1)有机物通常易挥发，因此在反应中通常要采用冷凝回流装置，以减少有 机物的挥发，提高原料的利用率和产物的产率； (2)有机反应通常都是可逆反应，且易发生副反应，因此常常需要使某种价 格较低廉的反应物过量，以提高另一反应物的转化率和产物的产率(如本实验中 使甲醇过量)，同时在实验中需要控制反应条件，以减少副反应的发生； (3)根据产品与杂质的性质特点选择合适的分离提纯方法，如蒸馏、分液等 【高考真题解读】 1．(2016·课标Ⅲ，26，14 分)过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。 以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题： (一)碳酸钙的制备 (1)步骤①加入氨水的目的是____________________。 小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于____________。 (2)右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是________(填标号)。 a．漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁 b．玻璃棒用作引流 c．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁 d．滤纸边缘高出漏斗 e．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度 (二)过氧化钙的制备 CaCO3 ――――――――――→ 稀盐酸、煮沸、过滤 ② 滤液―――――――――→ 氨水和双氧水 冰浴③ ――→过滤 白色结晶 (3)步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈________性(填 “ 酸 ”“ 碱 ” 或 “ 中 ”) 。 将 溶 液 煮 沸 ， 趁 热 过 滤 。 将 溶 液 煮 沸 的 作 用 是 _______________________________________________________________。 (4)步骤③中反应的化学方程式为________________________________________， 该反应需要在冰浴下进行，原因是________________________________________。 (5) 将 过 滤 得 到 的 白 色 结 晶 依 次 使 用 蒸 馏 水 、 乙 醇 洗 涤 ， 使 用 乙 醇 洗 涤 的 目 的 是 ___________________________________________________________________。 (6)制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产 品。该工艺方法的优点是______________________________， 产品的缺点是_________________________________________________________。 【答案】 (1)调节溶液 pH 使 Fe(OH)3 沉淀 过滤分离 (2)ade (3)酸 除去溶液中的 CO2 (4)CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2===CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O 温度过高时双氧水易分解 (5)去除结晶表面水分 (6)工艺简单、操作方便 纯度较低 2．(2016·浙江，29，15 分)无水 MgBr2 可用作催化剂，实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水 MgBr2， 装置如图 1，主要步骤如下： 步骤 1 三颈瓶中装入 10 g 镁屑和 150 mL 无水乙醚；装置 B 中加入 15 mL 液溴。 步骤 2 缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。 步骤 3 反应完毕后恢复至常温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至 0 ℃，析出晶体，再 过滤得三乙醚合溴化镁粗品。 步骤 4 室温下用苯溶解粗品，冷却至 0 ℃，析出晶体，过滤、洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至 160 ℃ 分解得无水 MgBr2 产品。 已知：①Mg 与 Br2 反应剧烈放热；MgBr2 具有强吸水性。 ②MgBr2＋3C2H5OC2H5 MgBr2·3C2H5OC2H5 请回答： (1) 仪 器 A 的 名 称 是 ________ 。 实 验 中 不 能 用 干 燥 空 气 代 替 干 燥 N2 ， 原 因 是 _____________________________________________________________________。 (2)如将装置 B 改为装置 C(图 2)，可能会导致的后果是_______________________。 (3)步骤 3 中，第一次过滤除去的物质是________。 (4)有关步骤 4 的说法，正确的是________。 A．可用 95%的乙醇代替苯溶解粗品 B．洗涤晶体可选用 0 ℃的苯 C．加热至 160 ℃的主要目的是除去苯 D．该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴 (5)为测定产品的纯度，可用 EDTA(简写为 Y4－)标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2＋＋Y4－===MgY2－。 ①滴定前润洗滴定管的操作方法是____________________________________。 ②测定时，先称取 0.250 0 g 无水 MgBr2 产品，溶解后，用 0.050 0 mol·L－1 的 EDTA 标准溶液滴定至 终点，消耗 EDTA 标准溶液 26.50 mL，则测得无水 MgBr2 产品的纯度是________(以质量分数表示)。 【答案】 (1)干燥管 防止镁屑与氧气反应，生成的 MgO 阻碍 Mg 与 Br2 的反应 (2)会将液溴快速压 入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患 (3)镁屑 (4)BD (5)①从滴定管上口加入少量待装液，倾 斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复 2～3 次 ②97.5% 3．(2016·江苏，20，14 分)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。 (1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有 Cr2O 2－ 7 的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正 极上 Cr2O 2－ 7 转化为 Cr3＋，其电极反应式为_______________________________________________。 (2)在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中 Cu2＋和 Pb2＋的去除率，结果如图所示。 ① 当 铁 炭 混 合 物 中 铁 的 质 量 分 数 为 0 时 ， 也 能 去 除 水 中 少 量 的 Cu2 ＋ 和 Pb2 ＋ ， 其 原 因 是 ________________________________________________________________。 ②当铁炭混合物中铁的质量分数大于 50%时，随着铁的质量分数的增加，Cu2＋和 Pb2＋的去除率不升反降， 其主要原因是____________________________________。 (3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。 ①一定条件下，向 FeSO4 溶液中滴加碱性 NaBH4 溶液，溶液中 BH－ 4 (B 元素的化合价为＋3)与 Fe2＋反应生 成纳米铁粉、H2 和 B(OH)－ 4 ，其离子方程式为_________________________________________。 ②纳米铁粉与水中 NO － 3 反应的离子方程式为 4Fe＋NO－ 3 ＋10H＋===4Fe2＋＋NH＋ 4 ＋3H2O，研究发现，若 pH 偏 低将会导致 NO － 3 的去除率下降，其原因是________________________________________________。 ③相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中 NO － 3 的速率有较大差异(如图)，产生该差异的可能原因是 __________________________________________________。 【解析】 (1)将含有 Cr2O 2－ 7 的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上 Cr2O 2－ 7 获得电子，被还原产 【答案】 (1)Cr2O2－ 7 ＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O (2)①活性炭对 Cu2＋和 Pb2＋有吸附作用 ②铁的质量分数增加，铁炭混合物中微电池数目减少 (3)①2Fe2＋＋BH－ 4 ＋4OH－===2Fe＋2H2↑＋B(OH)－ 4 ②纳米铁粉与 H＋反应生成 H2 ③Cu 或 Cu2＋催化纳米铁粉去除 NO － 3 的反应(或形成的 Fe—Cu 原电池增大纳米铁粉去除 NO － 3 的反应速率) 4．(2016·北京，27，12 分)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4 及炭黑等)和 H2SO4 为原料，制备高纯 PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下： (1) 过 程 Ⅰ 中 ， 在 Fe2 ＋ 催 化 下 ， Pb 和 PbO2 反 应 生 成 PbSO4 的 化 学 方 程 式 是 ________ ____________________________________________________________。 (2)过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为： i：2Fe2＋＋ PbO2＋4H＋＋SO2－ 4 ===2Fe3＋＋PbSO4＋2H2O ii: …… ①写出 ii 的离子方程式：_______________________________________________。 ②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。 a．向酸化的 FeSO4 溶液中加入 KSCN 溶液，溶液几乎无色，再加入少量 PbO2，溶液变红。 b．___________________________________________________________________。 (3)PbO 溶解在 NaOH 溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq) NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。 ①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液 1 经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选填序号)。 A．减少 PbO 的损失，提高产品的产率 B．重复利用 NaOH，提高原料的利用率 C．增加 Na2SO4 浓度，提高脱硫效率 ② 过 程 Ⅲ 的 目 的 是 提 纯 。 结 合 上 述 溶 解 度 曲 线 ， 简 述 过 程 Ⅲ 的 操 作 __________ ______________________________________________________________。 【答案】 (1)Pb＋PbO2＋2H2SO4=====Fe2＋ 2PbSO4＋2H2O (2)①2Fe3＋＋Pb＋SO2－ 4 ===PbSO4＋2Fe2＋ ②b.取 a 中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去 (3)①AB ②向 PbO 粗品中加入一定量的 35% NaOH 溶液，加热至 110 ℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得 到 PbO 固体 5．(2016·江苏，19，15 分)实验室以一种工业废渣(主要成分为 MgCO3、Mg2SiO4 和少量 Fe、Al 的氧化 物)为原料制备 MgCO3·3H2O。实验过程如下： 40% H2SO4 30% H2O2 有机萃取剂 ↓ ↓ ↓ 废渣―→ 酸溶 ―→ 过滤 ―→ 氧化 ―→ 萃取分液 ―→……―→MgCO3·3H2O ↓ ↓ 滤渣 含 Fe3＋的有机相 (1)酸溶过程中主要反应的热化学方程式为 MgCO3(s)＋2H＋(aq)===Mg2＋(aq)＋CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－50.4 kJ·mol－1 Mg2SiO4(s)＋4H＋(aq)===2Mg2＋(aq)＋H2SiO3(s)＋H2O(l) ΔH＝－225.4 kJ·mol－1 酸溶需加热的目的是__________________________________________________； 所加 H2SO4 不宜过量太多的原因是______________________________________。 (2)加入 H2O2 氧化时发生反应的离子方程式为______________________________ ____________________________________________________________________。 (3)用如图所示的实验装置进行萃取分液，以除去溶液中的 Fe3＋。 ①实验装置图中仪器A 的名称为________。 ②为使 Fe3＋尽可能多地从水相转移至有机相，采取的操作：向装有水溶液的仪器 A 中加入一定量的有 机萃取剂，______________、静置、分液，并重复多次。 (4)请补充完整由萃取后得到的水溶液制备 MgCO3·3H2O 的实验方案：边搅拌边向溶液中滴加氨水， ____________________________________________________ __________________________________，过滤、用水洗涤固体 2～3 次，在 50 ℃下干燥，得到 MgCO3·3H2O。 [已知该溶液中 pH＝8.5 时 Mg(OH)2 开始沉淀；pH＝5.0 时 Al(OH)3 沉淀完全]。 【答案】 (1)加快酸溶速率 避免制备 MgCO3 时消耗过多的碱 (2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O (3)①分液漏斗 ②充分振荡 (4)至 5