天添资源网 http://www.ttzyw.com/
第31讲 物质制备类综合实验
课时集训
测控导航表
知识点
题号
无机物的制备
3
气体制备
1
工艺流程类制备
2
有机制备
4
1.(2019·中央民族大学附中质检)亚硝酰氯(NOCl,熔点:-64.5 ℃,沸点:-5.5 ℃)是一种黄色气体,遇水易水解。可用于合成清洁剂、触媒剂及中间体等。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成。
(1)甲组的同学拟制备原料气NO和Cl2,制备装置如图所示:
为制备纯净干燥的气体,下表中缺少的药品是
装置Ⅰ
装置Ⅱ
烧瓶中
分液漏斗中
制备纯净Cl2
MnO2
①
②
制备纯净NO
Cu
③
④
① ,② ,③ ,④ 。
(2)乙组同学利用甲组制得的NO和Cl2制备NOCl,装置如图所示:
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
①装置连接顺序为a→ (按气流自左向右方向,用小写字母表示)。
②装置Ⅳ、Ⅴ除可进一步干燥NO、Cl2外,另一个作用是
。
③装置Ⅶ的作用是 。
④装置Ⅷ中吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为
。
(3)丙组同学查阅资料,查得王水是浓硝酸与浓盐酸的混酸,一定条件下混酸可生成亚硝酰氯和氯气,该反应的化学方程式为 。
解析:(1)实验室通常用浓盐酸与MnO2混合加热制氯气,因浓盐酸有挥发性,氯气中混有的HCl气体需要用饱和食盐水除去,最后再用浓硫酸干燥即可得纯净Cl2;用铜与稀硝酸反应制NO气体,因装置中混有的氧气与NO反应生成少量NO2,因此需要通过水除去可能混有的NO2,最后再用浓硫酸干燥即可得纯净NO。(2)亚硝酰氯熔点、沸点较低,遇水易水解,故需要保持装置内干燥和反应混合气体干燥,同时需要考虑Cl2和NO尾气对环境的污染,需要用NaOH溶液除尾气,则装置连接顺序为a→e→f(或f→e)→c→b→d。②装置Ⅳ、Ⅴ
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
除可进一步干燥NO、Cl2外,还可以通过观察气泡调节气体的流速,控制NO和Cl2的比例。③亚硝酰氯遇水易水解,装置Ⅶ的作用是防止水蒸气进入反应器。④装置Ⅷ中NaOH溶液能吸收NO、Cl2及NOCl的尾气,其中NOCl与NaOH发生反应的化学方程式为NOCl+2NaOHNaCl+NaNO2+H2O。(3)浓硝酸与浓盐酸在一定条件下生成亚硝酰氯和氯气,发生反应的化学方程式为HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O。
答案:(1)①浓盐酸 ②饱和食盐水 ③稀硝酸 ④水
(2)①e→f(或f→e)→c→b→d ②通过观察气泡调节气体的流速,控制NO和Cl2的比例 ③防止水蒸气进入反应器 ④NOCl+2NaOH
NaCl+NaNO2+H2O
(3)HNO3(浓)+3HCl(浓)NOCl↑+Cl2↑+2H2O
2.(2019·中央民族大学附中质检)在实验室中,用下图所示流程,制备高锰酸钾晶体。
根据流程回答下列问题:
(1)操作①和②均需在坩埚中进行,根据实验实际应选择坩埚为 (填字母)。
a.瓷坩埚 b.氧化铝坩埚
c.铁坩埚 d.石英坩埚
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
(2)操作④中调pH=10～11,使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2时,一般通入CO2气体,而不通入HCl气体的原因是
。
(3)得到墨绿色溶液后,也可用如图所示方法制备KMnO4,电极均为铂电极。
①A极上的电极反应式为 。
②这种方法与上面的方法相比,其优点是 。
(4)实验室中,可用草酸作标准溶液,利用下述反应,测定所得KMnO4晶体的纯度。5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO410CO2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O
①除0.10 mol·L-1草酸标准溶液,样品溶液和稀硫酸外,下列提供的实验用品中,还需要的有 (填用品代号字母)。
②滴定终点的判断方法是(滴定管内为草酸溶液) 。
③取a g KMnO4晶体配制成100 mL溶液,每次取20.00 mL于锥形瓶中进行滴定实验两次。两次实验所用草酸标准溶液的体积分别为22.15 mL和22.17 mL,由此求得KMnO4晶体的纯度为 。
解析:(1)操作①和②
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
中均有强碱性物质加热,瓷坩埚和石英坩埚中含有二氧化硅,氧化铝坩埚中含有氧化铝,高温下均与强碱KOH发生反应,故应选用铁坩埚,故选c项。(2)HCl具有还原性,易被KMnO4氧化,不能用来调节pH。(3)A电极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为Mn-e-Mn,该方法无副产品,产率高,工艺简便。(4)①滴定实验中还需要的仪器有酸式滴定管、锥形瓶和铁架台(带滴定管夹);②在滴定过程中,当滴入最后一滴草酸溶液,溶液红色褪去,并在半分钟内不再变红,说明达到滴定终点。③两次实验所用草酸标准溶液的平均体积为=22.16 mL,由反应方程式5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO410CO2↑+2MnSO4+K2SO4+8H2O知n(KMnO4)=n(H2C2O4)=×0.10 mol·L-1×0.022 16 L=0.000 886 4 mol,KMnO4晶体的纯度为×100%≈×100%=%。
答案:(1)c (2)高锰酸钾与盐酸发生反应
(3)①Mn-e-Mn ②无副产品,产率高,工艺简便
(4)①acg
②滴入最后一滴草酸溶液,溶液红色褪去,并在半分钟内不再变红
③(或%)
3.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:
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
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 反应完毕后恢复至室温,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+3C2H5OC2H5MgBr2·3C2H5OC2H5
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 。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
(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)。
解析:(1)仪器A为球形干燥管。本实验要用镁屑与液溴反应生成无水溴化镁,所以装置中不应有能与镁反应的气体,例如氧气,所以不能用干燥的空气代替干燥的氮气。
(2)将装置B改为装置C,当干燥的氮气通入,会使气压变大,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。而装置B是利用干燥的氮气将溴蒸气带入三颈瓶中,可以控制反应的快慢。(3)步骤3第一次过滤去的是不溶于水的镁屑。(4)A.95%的乙醇中含有水,溴化镁有强烈的吸水性,错误;B.加入苯的目的是除去乙醚和溴,洗涤晶体用0 ℃的苯,可以减少产品的溶解,正确;C.加热至160 ℃
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
的主要目的是分解三乙醚合溴化镁得到溴化镁,不是为了除去苯,错误;D.该步骤是为了除去乙醚和溴,正确。(5)①滴定前润洗滴定管需要从滴定管上口加入少量待测液,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。②据题意知:MgBr2～Y4-,n(MgBr2)=n(Y4-)=
0.050 0 mol·L-1×0.026 5 L=1.325×10-3mol,m(MgBr2)=1.325×10-3mol×184 g·mol-1=0.243 8 g,无水溴化镁产品的纯度为×100%≈97.5%。
答案:(1)球形干燥管 防止镁屑与氧气反应生成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测液,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%
4.硝基苯是重要的精细化工原料,是医药和染料的中间体,还可作有机溶剂。制备硝基苯的过程如下:
①配制混酸,组装如图反应装置。
取100 mL烧杯,用20 mL浓硫酸与18
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
mL浓硝酸配制混合酸,加入恒压滴液漏斗中。把18 mL苯加入三颈烧瓶中。
②向室温下的苯中逐滴加入混酸,边滴边搅拌,混合均匀。
③在50～60 ℃下发生反应,直至反应结束。
④除去混合酸后,依次用蒸馏水和10% Na2CO3溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤得到粗产品。
已知:Ⅰ.+HNO3(浓)+H2O
+HNO3(浓)+++H2O
Ⅱ.可能用到的有关数据列表如下:
物质
熔点
/℃
沸点
/℃
密度(20 ℃)
/(g·cm-3)
溶解性
苯
5.5
80
0.88
微溶于水
硝基苯
5.7
210.9
1.205
难溶于水
1,3-二硝基苯
89
301
1.57
微溶于水
浓硝酸
83
1.4
易溶于水
浓硫酸
338
1.84
易溶于水
请回答下列问题:
(1)配制混酸应在烧杯中先加入 。
(2)恒压滴液漏斗的优点是
。
(3)实验装置中长玻璃导管可用 (填仪器名称)代替。
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
(4)反应结束后产品在液体的 (填“上”或者“下”)层,分离混酸和产品的操作方法为 。
(5)用10%Na2CO3溶液洗涤之后再用蒸馏水洗涤时,怎样验证液体已洗净?
。
(6)为了得到更纯净的硝基苯,还须先向液体中加入 除去水,然后蒸馏,最终得到17.5 g硝基苯。则硝基苯的产率为 (保留两位有效数字)。若加热后,发现未加沸石,应采取的操作是
。
解析:(1)由于浓硫酸的密度比浓硝酸的大,当浓硫酸遇水时放出大量的热,所以配制混酸应将浓硫酸加入浓硝酸中,也就是在烧杯中先加入浓硝酸。(2)由于在反应的过程中不断加热,会产生大量的气体,这对于液体的加入很不利。若采用恒压滴液漏斗滴加,可以保持漏斗内压强与发生器内压强相等,使漏斗内液体能顺利流下。(3)在实验的过程中苯、硝酸会因为加热而汽化,导致物质的浪费与环境污染,所以在装置中长玻璃管可以起到冷凝、降温使物质回流的作用。因此可用冷凝管等冷凝装置代替。(4)反应结束后产生的硝基苯、1,3-二硝基苯都是不溶于水的液体,密度比酸的混合溶液小。所以反应结束后产品在液体的上层,分离互不相溶的两层液体的方法是分液。(5)对于得到的粗产品依次用蒸馏水和10% Na2CO3溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤。如果洗涤干净,则洗涤液中不含有C
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
天添资源网 http://www.ttzyw.com/
,所以检验液体已洗净的方法是取最后一次洗涤液,向溶液中加入氯化钙,若无沉淀生成,说明已洗净。(6)可加入CaO除去水,根据表中数据,计算可知HNO3过量,根据苯的物质的量计算生成的硝基苯的理论产量为×123 g·mol-1≈24.98 g,故产率为×100%≈70%。如果忘记加沸石,只能停止加热,冷却后补加。
答案:(1)浓硝酸
(2)可以保持恒压滴液漏斗与三颈烧瓶内压强一致,使漏斗内液体能顺利流下
(3)冷凝管(或球形、蛇形、直形冷凝管)
(4)上 分液
(5)取最后一次洗涤液少许于试管中,滴加氯化钙溶液,无沉淀生成,则说明已洗净(其他合理答案均可)
(6)氧化钙 70% 停止加热,冷却后补加
【教师用书备用】 (2018·高考押题卷) 实验室制取高纯NaI晶体(无色)可按下列步骤进行:按化学计量称取各原料,在三颈烧瓶中(如图)先加入适量的高纯水,然后按Na2CO3、I2和水合肼的投料顺序分批加入。
已知:①I2+Na2CO3NaI+NaIO+CO2↑ ΔH
微信/支付宝扫码支付