第十一章第二节物质制备类实验.docx

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第十一章第二节物质制备类实验

第十一章“四大题型”揭密高考热点

第2节物质制备类实验

考点一

涉及气体的物质制备

[思维流程]

　　1.物质制备流程

2.实验操作流程

3.操作先后流程

（1）装配仪器时：

先下后上，先左后右。

（2）加入试剂时：

先固后液。

（3）实验开始时：

先检查装置气密性，再加药品，后点酒精灯。

（4）净化气体时：

一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无味的气体，最后除水蒸气。

（5）防倒吸实验：

往往是最后停止加热或停止通气。

（6）防氧化实验：

往往是最后停止通气。

[典题示例]

（2014·山东高考）工业上常利用含硫废水生产Na2S2O3·5H2O，实验室可用如下装置（略去部分夹持仪器）模拟生产过程。

烧瓶C中发生反应如下：

Na2S（aq）＋H2O（l）＋SO2（g）===Na2SO3（aq）＋H2S（aq）　（Ⅰ）

2H2S（aq）＋SO2（g）===3S（s）＋2H2O（l）　（Ⅱ）

S（s）＋Na2SO3（aq）

Na2S2O3（aq）　（Ⅲ）

（1）仪器组装完成后，关闭两端活塞，向装置B中的长颈漏斗内注入液体至形成一段液注，若________，则整个装置气密性良好。

装置D的作用是________。

装置E中为________溶液。

（2）为提高产品纯度，应使烧瓶C中Na2S和Na2SO3恰好完全反应，则烧瓶C中Na2S和Na2SO3物质的量之比为________。

（3）装置B的作用之一是观察SO2的生成速率，其中的液体最好选择________。

a．蒸馏水

b．饱和Na2SO3溶液

c．饱和NaHSO3溶液

d．饱和NaHCO3溶液

实验中，为使SO2缓慢进入烧瓶C，采用的操作是____________________________。

已知反应（Ⅲ）相对较慢，则烧瓶C中反应达到终点的现象是_________________________。

反应后期可用酒精灯适当加热烧瓶A，实验室用酒精灯加热时必须使用石棉网的仪器还有________。

a．烧杯　　　b．蒸发皿　　　c．试管　　　d．锥形瓶

（4）反应终止后，烧瓶C中的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶即可析出Na2S2O3·5H2O，其中可能含有Na2SO3、Na2SO4等杂质。

利用所给试剂设计实验，检测产品中是否存在Na2SO4，简要说明实验操作、现象和结论：

__________________________________________

________________________________________________________________________。

已知Na2S2O3·5H2O遇酸易分解：

S2O

＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O

供选择的试剂：

稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、BaCl2溶液、AgNO3溶液

[流程分析]

答案：

（1）液柱高度保持不变　防止倒吸　NaOH（合理即可）

（2）2∶1

（3）c　控制滴加硫酸的速度（合理即可）　溶液变澄清（或浑浊消失）　a、d

（4）取少量产品溶于足量稀盐酸，静置，取上层溶液（或过滤，取滤液），滴加BaCl2溶液，若出现沉淀则说明含有Na2SO4杂质（合理即可）

[即时应用]

高铁酸钾（K2FeO4）是一种强氧化剂，可作为水处理剂或高容量电池材料。

FeCl3与KClO在强碱性条件下反应可制取K2FeO4。

某学习小组的学生设计了如下装置制取少量的K2FeO4，已知：

FeCl3的沸点为315℃。

请根据要求回答下列问题：

（1）检查装置的气密性后，应先点燃________（填“A”或“D”）处的酒精灯；

（2）B装置中盛放的试剂是________，其作用是_______________________；

（3）C装置中竖直玻璃管的作用是___________________________________________；

（4）从D装置通过导管进入E装置的物质是__________________________________；

（5）E中可能发生多个反应，其中一个为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；制备K2FeO4的离子方程式为________________________________________________________

________________________________________________________________________；

（6）简述K2FeO4作为水处理剂的优点：

_________________________________________。

解析：

（1）检验气密性后，应先点燃A处（气体发生装置）的酒精灯，排出装置中的空气，防止空气中的氧气与铁粉反应生成氧化铁。

（2）饱和食盐水用于除去氯气中的氯化氢。

（3）由于氯化铁降温后由气态变为固态，有可能堵塞连接D、E装置的导管，造成危险，故需通过观察C装置竖直导管中液面变化判断导管是否堵塞。

（4）D装置中铁粉与Cl2反应生成的氯化铁高温下以气体形式进入E，同时未反应完的氯气也会进入E。

（5）E中制备K2FeO4的离子方程式为2Fe（OH）3＋3ClO－＋4OH－===2FeO

＋5H2O＋3Cl－或2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO

＋5H2O＋3Cl－。

（6）K2FeO4具有强氧化性，其被还原产生的Fe3＋水解生成的Fe（OH）3胶体具有净水作用。

答案：

（1）A　

（2）饱和食盐水　除去Cl2中的氯化氢气体杂质　（3）便于观察D、E装置之间的导管是否堵塞　（4）Cl2、FeCl3　（5）2Fe（OH）3＋3ClO－＋4OH－===2FeO

＋5H2O＋3Cl－或2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO

＋5H2O＋3Cl－　（6）K2FeO4具有强氧化性，其被还原产生的Fe3＋水解生成的Fe（OH）3胶体具有净水作用

考点二

固态、液态物质的制备

[物质制备的原则]

1．选择最佳反应途径

①用铜制取硫酸铜：

2Cu＋O2

2CuO、

CuO＋H2SO4（稀）===CuSO4＋H2O

②用铜制取硝酸铜：

2Cu＋O2

2CuO、

CuO＋2HNO3（稀）===Cu（NO3）2＋H2O

③用铝制取氢氧化铝：

2Al＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2↑、

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

Al2（SO4）3＋6NaAlO2＋12H2O===8Al（OH）3↓＋3Na2SO4，当n（Al3＋）∶n（AlO

）＝1∶3时，Al（OH）3产率最高。

2．选择最佳原料

如实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝，应选用氨水，而不能选用强碱氢氧化钠溶液；用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜，应选用氢氧化钠溶液，而不能选用氨水（氢氧化铜可溶解在氨水中）等。

3．选择适宜操作方法

如实验室制备氢氧化亚铁时，因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁，更要注意隔绝空气。

其方法是：

①亚铁盐需新制（用足量铁与稀硫酸反应或还原氯化铁溶液）；②将所用氢氧化钠溶液煮沸以赶尽溶于其中的空气（O2）；③使用长滴管吸入氢氧化钠溶液后将滴管伸至氯化亚铁溶液的液面以下，慢慢挤压乳胶头使氢氧化钠与氯化亚铁接触。

命题点1　无机物的制备

[思维流程]

答案：

（1）干燥管　浓H2SO4　检查气密性　②③①　分馏（或蒸馏）　

（2）①Fe　温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀　②Fe2＋　Fe2O3

[即时应用]

（2014·济南调研）浅绿色的硫酸亚铁铵晶体[又名莫尔盐（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O]比绿矾（FeSO4·7H2O）更稳定，常用于定量分析。

莫尔盐的一种实验室制法如下：

废铁屑

溶液A

莫尔盐

（1）向废铁屑中加入稀硫酸后，并不等铁屑完全溶解而是剩余少量时就进行过滤，其目的是________________________________________________________________________；

证明溶液A不含Fe3＋的最佳试剂是________（填序号字母）。

a．酚酞溶液　　　　　　　b．KSCN溶液

c．烧碱溶液d．KMnO4溶液

操作Ⅰ的步骤是加热蒸发、________________、过滤。

（2）浓度均为0.1mol/L莫尔盐溶液和（NH4）2SO4溶液，c（NH

）前者大于后者，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）用托盘天平称量（NH4）2SO4晶体，晶体要放在天平________（填“左”或“右”）盘。

（4）从下列装置中选取必要的装置制取（NH4）2SO4溶液，连接的顺序（用接口序号字母表示）是a接________；________接________。

（5）将装置C中两种液体分离开的操作名称是________。

装置D的作用是________________________________________________________________________。

解析：

（1）制取莫尔盐需要的是亚铁离子，铁屑有剩余时可以防止生成三价铁离子；三价铁离子与SCN－会生成红色溶液，利用KSCN可以检验三价铁离子是否存在；从溶液中得到晶体，需要蒸发、结晶。

（2）莫尔盐中的NH

和Fe2＋水解都呈酸性，Fe2＋的水解会抑制NH

的水解。

（3）用托盘天平称量物质应遵循“左物右码”原则。

（4）氨气与稀硫酸反应制取（NH4）2SO4，氨气不需要干燥，故不需要B装置。

（5）分离密度不同且互不相溶的液体采用分液操作，为防止污染空气，过量的氨气要用水吸收，倒置的漏斗可防止倒吸。

答案：

（1）防止Fe2＋被氧化为Fe3＋（其他合理答案也可）　b　冷却结晶　

（2）莫尔盐中的Fe2＋易水解，使溶液显酸性，抑制NH

水解，故c（NH

）前者大于后者

（3）左

（4）d　e　f

（5）分液　吸收多余的NH3防止污染空气，防止倒吸

命题点2　有机物的制备

[思维流程]

[典题示例]　（2014·全国卷Ⅰ）乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。

实验室制备乙酸异戊酯的反应、装置示意图和有关数据如下：

相对分子质量

密度/（g·cm－3）

沸点/℃

水中溶解性

异戊醇

88

0.8123

131

微溶

乙　酸

60

1.0492

118

溶

乙酸异戊酯

130

0.8670

142

难溶

实验步骤：

在A中加入4.4g异戊醇、6.0g乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片。

开始缓慢加热A，回流50min。

反应液冷至室温后倒入分液漏斗中，分别用少量水、饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤；分出的产物加入少量无水MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4固体，进行蒸馏纯化，收集140～143℃馏分，得乙酸异戊酯3.9g。

回答下列问题：

（1）仪器B的名称是________。

（2）在洗涤操作中，第一次水洗的主要目的是________，第二次水洗的主要目的是________。

（3）在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后________（填标号）。

a．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出

b．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出

c．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出

d．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从上口倒出

（4）本实验中加入过量乙酸的目的是

________________________________________________________________________。

（5）实验中加入少量无水MgSO4的目的是

________________________________________________________________________。

（6）在蒸馏操作中，仪器选择及安装都正确的是________（填标号）。

（7）本实验的产率是________（填标号）。

a．30%　　　　　　　　　　b．40%

c．60%d．90%

（8）在进行蒸馏操作时，若从130℃便开始收集馏分，会使实验的产率偏________（填“高”或“低”），其原因是________________________________________________

________________________________________________________________________。

[流程应用]

第一步　明确实验目的

实验室里用异戊醇（

）与乙酸在浓H2SO4的催化作用下发生酯化反应生成乙酸异戊酯。

反应特点是可逆反应。

第二步　确定实验装置

用装置A制备乙酸异戊酯，而提纯乙酸异戊酯需要用蒸馏的方法，蒸馏时要求温度计水银球位于蒸馏烧瓶的支管口处，球形冷凝管主要用于冷凝回流。

直形冷凝管用于蒸馏回收产品，故蒸馏操作应选择b。

第三步　设计除杂方案

产品乙酸异戊酯中含有的杂质为乙酸、异戊醇、硫酸，先用水洗去能溶于水的乙酸和硫酸，再用饱和NaHCO3溶液除去残留的乙酸。

然后再用水除去乙酸异戊酯中的NaHCO3，再用MgSO4进行吸水干燥，最后通过蒸馏除去异戊醇而得到纯度较高的产品。

第四步　产品产率计算

实验过程中乙酸过量，从而使平衡正移，以提高异戊醇的转化率。

利用异戊醇（0.05mol）可以计算出乙酸异戊酯的理论产量，用实际产量与理论产量的比值可以得到本实验的产率。

答案：

（1）球形冷凝管　

（2）洗掉大部分硫酸和醋酸　洗掉碳酸氢钠　（3）d　（4）提高醇的转化率　（5）干燥　（6）b　（7）c　（8）高　会收集少量未反应的异戊醇

[即时应用]

苯甲酸甲酯是一种重要的工业原料，某研究性学习小组的同学拟用下列装置制取高纯度的苯甲酸甲酯。

有关数据如表所示：

熔点/℃

沸点/℃

密度

/g·cm－3

水溶性

苯甲酸

122.4

249

1.27

微溶

甲醇

－97

64.3

0.79

互溶

苯甲酸

甲酯

－12.3

199.6

1.09

不溶

请回答下列问题：

（1）在烧瓶中混合有机物及浓硫酸的方法是______________，在实际实验中，甲醇、苯甲酸的物质的量之比远大于理论上物质的量之比，目的是________________。

装置C中除加入甲醇、苯甲酸与浓硫酸外还需要加入________。

（2）C装置上部的冷凝管的主要作用是________，冷却剂在冷凝管中的流动方向是________。

（3）制备和提纯苯甲酸甲酯的操作先后顺序为________（填装置字母代号）。

（4）A中Na2CO3的作用是________；D装置的作用是________________；当C装置中温度计显示________℃时可收集苯甲酸甲酯。

解析：

（1）因苯甲酸在常温下是固体，浓硫酸的密度又比甲醇的大，故应先将苯甲酸放入烧瓶中，再加入甲醇，最后向烧瓶中加入浓硫酸。

为防止暴沸，还需要加沸石或碎瓷片。

甲醇过量，可提高苯甲酸的利用率。

（2）甲醇沸点较低，易汽化，C中冷凝管的作用是冷凝回流，避免造成试剂的损失，其中冷凝剂应从d口进入、c口流出。

（3）（4）反应完成后，取下冷凝管，向蒸馏烧瓶中加入水使反应液冷却，然后转移到分液漏斗中进行萃取（主要是除去甲醇）、分液，有机层密度较大，分液时进入锥形瓶中，其中没有反应完的苯甲酸与Na2CO3反应，没有反应完的Na2CO3再通过过滤的方法（利用D装置）除去，最后通过蒸馏的方法得到苯甲酸甲酯，蒸馏时温度达到苯甲酸甲酯的沸点时即可开始收集。

混合试剂的过程中，固体试剂通常是最先放入相应的容器中，当涉及浓硫酸与液体有机物的混合时，应将浓硫酸缓慢加入到液体有机物中。

答案：

（1）先将一定量的苯甲酸放入烧瓶中，然后再加入甲醇，最后边振荡边缓慢加入一定量的浓硫酸　提高苯甲酸的利用率　沸石（或碎瓷片）　

（2）冷凝回流　从d口进入、c口流出　（3）CFEADB　（4）除去酯中的苯甲酸　除去没有反应完的Na2CO3　199.6

命题点3　化工流程型制备

[制备流程]

规律：

主线主产品，分支副产品，回头为循环。

[典题示例]　从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下，请回答下列问题：

（1）步骤①中废渣的主要成分是________，③中X试剂为________。

（2）实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作是___________________________________________。

（3）②③的变化过程可简化为（下式R表示VO2＋，HA表示有机萃取剂）R2（SO4）n（水层）＋2nHA（有机层）2RAn（有机层）＋nH2SO4（水层）

为提高②中萃取百分率，应采取的措施是___________________________________。

（4）请完成④中的反应离子方程式：

ClO

＋

VO2＋＋

H＋===

VO3＋＋

________＋

________。

（5）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：

pH

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

钒沉淀率%

88.1

94.8

96.5

98.0

98.8

98.8

96.4

93.1

89.3

结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________。

（6）该工艺流程中，可以循环利用的物质有________。

[流程分析]

答案：

（1）SiO2　H2SO4　

（2）打开分液漏斗上口塞子（或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔）；先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中　（3）加入碱中和硫酸使平衡正移或多次连续萃取　（4）1　6　6　6　1　Cl－　3　H2O　（5）1.7～1.8　（6）氨气、有机萃取剂

[即时应用]

（2013·全国卷Ⅰ）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：

（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为________。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_______________________________

________________________。

（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是_____________________________

________________________________________________________________________。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_______________________________

________________________________________________________________________。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式________________________________________________________________________。

（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是

________________________________________________________________________。

在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有______________________________

________________________________________________________________（填化学式）。

解析：

（1）因锂在化合物中通常为＋1价，故LiCoO2中Co为＋3价。

（2）由碱浸后经一系列处理可得到Al（OH）3及正极材料中含有铝箔知，碱浸时单质铝与NaOH溶液反应，由此可写出对应的离子方程式。

（3）由流程图知，钴元素最后变成＋2价，故酸浸时发生的是LiCoO2氧化H2O2的反应：

LiCoO2＋H2SO4＋H2O2―→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。

另外还存在H2O2受热分解生成水与O2的反应。

用盐酸代替硫酸与H2O2的混合液时，会得到有毒的氧化产物Cl2，造成环境污染。

（4）由流程图知，加入NH4HCO3后硫酸钴转化为碳酸钴，HCO

在转化为CoCO3的过程中，电离出的H＋会与另外一部分HCO

作用生成CO2与水，NH

、SO

结合为（NH4）2SO4，由此可写出对应的化学方程式。

（5）由充电时阴极（题目中锂离子电池的负极）的电极反应式知，放电时LixC6是反应物、Li＋是生成物，锂的价态升高，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是Li1－xCoO2，相应的反应方程式为LixC6＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋6C。

（6）放电时，负极上的锂失去电子变成Li＋，进入溶液后再向正极移动并进入正极材料中，相当于在正极上富集了锂。

由流程图知，能回收的金属化合物有三种。

答案：

（1）＋3

（2）2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑　（3）2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2

Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2

2H2O＋O2↑　有氯气生成，污染较大　（4）CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋H2O＋CO2↑　（5）Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C　（6）Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中　Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4

1．（2014·山东高考）工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3＋）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。

工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：

（1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为______________________。

通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是____________________________________