2018届一轮复习人教版物质制备类实验学案

2018届一轮复习人教版物质制备类实验学案

第一讲物质制备类实验 ‎[典例1]　(2016·全国丙卷)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滤液 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＋6H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或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 ‎[命题点研究]‎ 第(1)问考查阳离子的分离与提纯 除去Ca2＋中混有的Fe3＋，加入氨水，使Fe3＋转化成Fe(OH)3沉淀而除去。‎ 第(2)问考查过滤的实验操作和使用范围 用过滤的方法可除去溶液中的大颗粒沉淀。过滤装置中漏斗末端要紧靠烧杯内壁、滤纸边缘要低于漏斗沿，用玻璃棒在漏斗中搅动容易弄碎滤纸。‎ 第(3)问考查CaCO3与盐酸的反应原理及碳酸的酸性 CaCO3与盐酸反应时产生CO2气体，其水溶液呈酸性，煮沸的目的除去溶液中CO2，以防止CaO2与酸反应。‎ 第(4)问考查质量守恒定律及H2O2的不稳定性 依据原子守恒，CaCl2与H2O2、氨水反应制得CaO2，同时还生成NH4Cl和H2O。‎ 由于H2O2性质不稳定，受热易分解，故应在冰水浴中进行。‎ 第(5)问考查混合物的分离与提纯 过氧化钙晶体经水洗后，表面会残留水分，利用酒精的易挥发性及与水互溶，可除去晶体表面的水分。‎ 第(6)问考查实验方案的评价 该方法一步可以直接制得CaO2，故工艺简单，操作方便；但产品中混有CaCO3杂质，产品的纯度较低。‎ ‎　　‎ ‎[典例2]　(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：‎ 实验步骤：‎ 在A中加入‎4.4 g异戊醇、‎‎6.0 g 乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片。开始缓慢加热A，回流50 min。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‎3.9 g。‎ 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________________________________________。‎ ‎[答案]　(1)球形冷凝管　(2)洗掉大部分硫酸和乙酸　洗掉碳酸氢钠溶液　(3)d　(4)提高异戊醇的转化率　(5)干燥　(6)b　(7)c　(8)高　会收集少量未反应的异戊醇 ‎[命题点研究]‎ 第(1)问考查仪器的名称 仪器B为球形冷凝管。‎ 第(2)问考查除杂方案的设计 依据各物质的溶解性确定乙酸异戊酯中混有的杂质是乙酸、异戊醇、浓硫酸、水等。除杂的方案设计为：‎ 第(3)问考查分液的实验操作 乙酸异戊酯难溶于水且密度比水小，故分层后，先将下层液体从下口流出，再将乙酸乙戊酯从上口倒出。‎ 第(4)问考查平衡移动原理的应用 乙酸与异戊醇的反应为可逆反应，增大乙酸的用量，可以使平衡正移，可以提高异戊醇的转化率。‎ 第(5)问考查除杂知识[参见第(2)问]‎ 第(6)问考查蒸馏的实验操作 蒸馏时温度计水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口处，且应使用直形冷凝管，若使用球形冷凝管会造成蒸馏液残留而损失。‎ 第(7)问考查产品纯度(即产率)计算 由反应方程式：‎ 可知，‎4.4 g异戊醇完全反应消耗‎3.0 g乙酸，生成‎6.5 g乙酸异戊酯，则可求得该反应的产率为×100%＝60%。‎ 第(8)问考查除杂知识[参见第(2)问]‎ ‎　　[典例3]　(2015·江苏高考)实验室用下图所示装置制备KClO溶液，并通过KClO溶液与Fe(NO3)3溶液的反应制备高效水处理剂K2FeO4。‎ 已知K2FeO4具有下列性质：①可溶于水、微溶于浓KOH溶液，②在0～5 ℃、强碱性溶液中比较稳定，③在Fe3＋和Fe(OH)3催化作用下发生分解，④在酸性至弱碱性条件下，能与水反应生成Fe(OH)3和O2。‎ ‎(1)装置A中KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2，其离子方程式为________________________________，将制备的Cl2通过装置B可除去________(填化学式)。‎ ‎(2)Cl2与KOH在较高温度下反应生成KClO3。在不改变KOH溶液的浓度和体积的条件下，控制反应在0～‎5 ℃‎进行，实验中可采取的措施是________、________。‎ ‎(3)制备K2FeO4时，KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液的混合方式为________________________。‎ ‎(4)提纯K2FeO4粗产品[含有Fe(OH)3、KCl等杂质]的实验方案为：将一定量的K2FeO4粗产品溶于冷的3 mol·L－1 KOH溶液中，_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎(实验中须使用的试剂有：饱和KOH溶液，乙醇；除常用仪器外须使用的仪器有：砂芯漏斗，真空干燥箱)。‎ ‎[答案]　(1)2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　HCl ‎(2)缓慢滴加盐酸　装置C加冰水浴 ‎(3)在搅拌下，将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中 ‎(4)用砂芯漏斗过滤，将滤液置于冰水浴中，向滤液中加入饱和KOH溶液，搅拌、静置，再用砂芯漏斗过滤，晶体用适量乙醇洗涤2～3次后，在真空干燥箱中干燥 ‎[命题点研究]‎ 第(1)问考查Cl2的制取原理与净化 KMnO4具有强氧化性，能将Cl－氧化成Cl2，反应离子方程式为2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O，用饱和食盐水可除去Cl2中的HCl气体。‎ 第(2)问考查化学反应条件的控制 由于Cl2与KOH反应是放热反应，可以通过缓慢加入盐酸来降低溶液的温度或直接将装置C用冰水浴降温。‎ 第(3)问考查题目信息③的运用 由于K2FeO4在Fe3＋的作用下会发生分解，故KClO与Fe(NO3)3反应时Fe3＋不能过量，故需要将Fe(NO3)3缓慢滴加到KClO溶液中，并不断搅拌。‎ 第(4)问考查题目信息的利用和混合物的提纯 K2FeO4溶于稀KOH溶液，但微溶于浓KOH溶液，故先将K2FeO4粗产品溶于稀KOH溶液，用砂芯漏斗过滤除去Fe(OH)3杂质，再加入饱和KOH溶液使K2FeO4从溶液中析出。经过滤(砂芯漏斗)、洗涤(乙醇洗涤)、干燥(真空干燥箱)后得K2FeO4。‎ ‎[考情分析]‎ ‎　　物质制备型实验题是近几年高考实验命题的一大亮点，也是主观大题的难点。分析近三年全国各地的高考试题，不难发现大部分是以陌生物质的制备为载体，综合考查实验相关知识和考生综合分析问题的能力。其主要命制角度有：以化工流程的形式进行物质的制备、结合气体的实验室制法进行无机物的制备、典型有机物的制备与提纯。‎ 考查点 ‎1‎ 考查制备原理：如试剂与仪器的使用、实验现象的描述、反应原理等 ‎2‎ 考查实验的基本操作：如气密性检查、物质分离提纯方法、沉淀洗涤、物质检验等 ‎3‎ 考查探究实验设计：如设计实验进行酸性强弱的判断、不同方案的评价等 ‎4‎ 考查绿色化学：如尾气的处理、循环利用等 ‎5‎ 考查计算：如计算原料投料比、产品纯度、产率等 ‎1．物质制备的三大原则 ‎(1)选择最佳反应途径 如用铝制取氢氧化铝：‎ ‎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。‎ ‎　　2.物质制备与提纯的思维流程 ‎[对点演练]‎ ‎1．实验室中以粗铜(含杂质Fe)为原料，制备铜的氯化物的某种流程如下：‎ 按要求回答下列问题：‎ ‎(1)操作①所用到的玻璃仪器有__________________________________。‎ ‎(2)上述流程中，所得固体1需要加稀盐酸溶解，其理由是________________________；溶液1中加试剂X用于调节pH以除去杂质，X可选用下列试剂中的________(填字母)。‎ A．NaOH　　　　　　　 　B．NH3·H2O C．CuO D．CuSO4‎ ‎(3)反应②是向溶液2中通入一定量的SO2，加热一段时间后生成CuCl白色沉淀。写出制备CuCl的离子方程式：____________________________________________。‎ ‎(4)现用如图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应(铁架台、铁夹省略)。‎ ‎①按气流方向连接各仪器，接口顺序是：a→____________、________→‎ ‎________、________→________、__________→________。实验中大试管加热前要进行一步重要操作，其操作是_________________________________________。‎ ‎②反应时，盛粗铜粉的试管中的现象是________________________________________。‎ ‎(5)在溶液2转化为CuCl2·2H2O的操作过程中，发现溶液颜色由蓝色变为绿色。小组同学欲探究其原因。已知氯化铜溶液中有如下转化关系：‎ Cu(H2O)(aq)＋4Cl－(aq)CuCl(aq)＋4H2O(l)‎ ‎　 蓝色　　　　　　　　　　绿色 该同学取氯化铜晶体配成蓝绿色溶液Y，进行如下实验，其中能证明溶液中有上述转化关系的是______(填字母)。‎ A．将Y稀释，发现溶液呈蓝色 B．在Y中加入CuCl2晶体，溶液变为绿色 C．在Y中加入NaCl固体，溶液变为绿色 D．取Y进行电解，溶液颜色最终消失 解析：(1)操作①是过滤，所用到的玻璃仪器有普通漏斗、烧杯、玻璃棒。(2)粗铜中的Cu、Fe均与Cl2反应，分别得到CuCl2、FeCl3，CuCl2、FeCl3均易水解，固体1溶解在稀盐酸中可抑制CuCl2、FeCl3水解。加入CuO调pH可除去杂质Fe3＋，又不引入新杂质。(3)SO2还原Cu2＋变成Cu＋，Cu＋与Cl－结合生成CuCl沉淀，离子方程式为SO2＋2H2O＋2Cu2＋＋2Cl－===2CuCl↓＋SO＋4H＋。(4)①要经过制取气体、除去杂质、干燥气体、发生反应、尾气处理等实验步骤，按气流方向连接各仪器，接口顺序是：a→d、e→h、i→f、g→b。实验中大试管加热前要通入一段时间的氯气，将装置中的空气排尽再进行实验，否则Cu会被氧化为CuO。②在大试管中发生反应：Cu＋Cl2△,CuCl2，盛粗铜粉的试管中产生大量棕黄色的烟。(5)A项，将Y稀释，即加入水，若存在上述平衡，则平衡逆向移动，产生更多的蓝色的Cu(H2O)(aq)；B项，在Y中加入CuCl2晶体，平衡正向移动，绿色的CuCl(aq)的浓度增大，溶液变为绿色；C项，在Y中加入NaCl固体，c(Cl－)的浓度增大，平衡正向移动，绿色的CuCl(aq)的浓度增大，溶液变为绿色；D项，取Y进行电解，溶液颜色最终消失，与题述转化关系无关。‎ 答案：(1)普通漏斗、烧杯、玻璃棒 ‎(2)抑制氯化铜、氯化铁水解　C ‎(3)SO2＋2H2O＋2Cu2＋＋2Cl－===2CuCl↓＋SO＋4H＋‎ ‎(4)①d　e　h　i　f　g　b　通入一段时间的氯气，将装置中的空气排尽 ‎②产生大量棕黄色的烟 ‎(5)ABC ‎2．(2017·武汉模拟)亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料，某学习小组设计实验制备亚硝酸钙，实验装置如图所示(夹持装置略去)。‎ 已知：2NO＋CaO2===Ca(NO2)2；2NO2＋CaO2===Ca(NO3)2。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)向三颈烧瓶中加入稀硝酸之前，应向装置中通入一段时间的N2，原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)仪器D的名称是_______；B中盛放的试剂是________。‎ ‎(3)装置F中，酸性K2Cr2O7溶液可将剩余的NO氧化成NO，溶液由橙色变为绿色(Cr3＋)，发生反应的离子方程式是___________________________________________。‎ ‎(4)已知Ca(NO2)2溶液需保持弱碱性，因为其遇酸会发生反应，产生NO气体。设计实验证明E中有亚硝酸钙生成_________________________________________________。‎ ‎(5)工业上可用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，反应原理为Ca(OH)2＋NO＋NO2===Ca(NO2)2＋H2O。‎ ‎①若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，则会导致__________________________________________；‎ ‎②若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会导致_____________________________________。‎ 解析：(1)三颈烧瓶中是铜片和稀硝酸反应生成NO，NO容易被空气中的氧气氧化，所以先通一段时间的N2是为了赶走装置中的O2；(2)D是U形干燥管，A中制取的NO可能含有的杂质气体是NO2，所以B中盛放蒸馏水可以除去NO中的NO2；(3)装置F中，酸性K2Cr2O7溶液可将剩余的NO氧化成NO，溶液由橙色变为绿色(Cr3＋)，根据电荷守恒、元素守恒配平方程式，方程式为Cr2O＋2NO＋6H＋===2Cr3＋＋2NO＋3H2O；(4)Ca(NO2)2溶液需保持弱碱性，因为其遇酸会发生反应，产生NO气体，生成的NO再与空气中的氧气反应得到红棕色气体NO2；(5)工业上用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，反应原理为Ca(OH)2＋NO＋NO2===Ca(NO2)2＋H2O。①若n(NO)∶n(NO2)>1∶1，NO过量，会导致NO反应不完全，排放到空气中污染环境；②若n(NO)∶n(NO2)<1∶1，则会发生副反应产生Ca(NO3)2。‎ 答案：(1)排除装置中的O2，防止其将生成的NO氧化为NO2‎ ‎(2)U形干燥管　蒸馏水 ‎(3)Cr2O＋2NO＋6H＋===2Cr3＋＋2NO＋3H2O ‎(4)取少量E中反应后的固体于试管中，滴加少量稀硫酸，试管口有红棕色气体生成 ‎(5)①排放气体中NO含量升高，污染环境 ‎②产品中Ca(NO3)2杂质含量升高 ‎3.(2017·潍坊模拟)‎ 醇脱水是合成烯烃的常用方法，实验室合成环己烯的反应和实验装置如图：‎ 可能用到的有关数据如下：‎ 相对分子质量 密度/(g·cm－3)‎ 沸点/℃‎ 溶解性 环己醇 ‎100‎ ‎0.961 8‎ ‎161‎ 微溶于水 环己烯 ‎82‎ ‎0.810 2‎ ‎83‎ 难溶于水 合成反应：在a中加入‎20 g环己醇和2小片碎瓷片，冷却搅动下慢慢加入1 mL浓硫酸。b中通入冷却水后，开始缓慢加热a，控制馏出物的温度不超过‎90 ℃‎。‎ 分离提纯：反应粗产物倒入分液漏斗中，分别用少量5%碳酸钠溶液和水洗涤，分离后加入无水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙，最终通过蒸馏得到纯净环己烯‎10 g。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)装置b的名称是__________________。‎ ‎(2)加入碎瓷片的作用是______________；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______(填正确答案标号)。‎ A．立即补加　　　　　　 　B．冷却后补加 C．不需补加 D．重新配料 ‎(3)本实验中最容易产生的副产物的结构简式为_________________________________。‎ ‎(4)分液漏斗在使用前须清洗干净并____________；在本实验分离过程中，产物应该从分液漏斗的________(填“上口倒出”或“下口放出”)。‎ ‎(5)分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是________________________________。‎ ‎(6)在环己烯粗产物蒸馏过程中，不可能用到的仪器有____(填正确答案标号)。‎ A．圆底烧瓶 B．温度计 C．吸滤瓶 D．球形冷凝管 E．接收器 ‎(7)本实验所得到的环己烯产率是____(填正确答案标号)。‎ A．41% B．50%‎ C．61% D．70%‎ 解析：(1)装置b是直形冷凝管。‎ ‎(2)在加热液体时需加入碎瓷片，以防止因加热而使液体暴沸。如果加热一段时间后发现忘记加碎瓷片，应该停止加热，冷却后再加入碎瓷片。‎ ‎(3)本实验中容易产生的副产物是发生分子间脱水生成的环己醚，其结构简式是。‎ ‎(4)分液漏斗在使用前要洗涤干净并检查是否漏水，在本实验分离过程中，产物是环己烯，密度为0.810 ‎2 g·cm－3，比水小，在上层，分离时先把水层从分液漏斗下口放出，产物从分液漏斗上口倒出。‎ ‎(5)加入无水氯化钙是为了除去醇和水。‎ ‎(6)蒸馏操作中所需仪器有：酒精灯、蒸馏烧瓶(可用圆底烧瓶)、温度计、带石棉网的铁架台、直形冷凝管、接引管(尾接管)、接收器等，不需用到的仪器是吸滤瓶和球形冷凝管。‎ ‎(7)根据化学方程式和表格数据可知，‎100 g环己醇可以生成‎82 g环己烯，那么‎20 g环己醇可以制取环己烯‎16.4 g，而实际得到‎10 g，所以产率为×100%＝61%。‎ 答案：(1)直形冷凝管(或冷凝管)　(2)防止暴沸　B　‎ ‎(3) ‎ ‎(4)检查是否漏水(检漏)　上口倒出　(5)干燥(或除水除醇)　 (6)C、D　(7)C