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2024届高考化学复习专题科学探究——物质制备综合实验课件
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这是一份2024届高考化学复习专题科学探究——物质制备综合实验课件，共60页。PPT课件主要包含了浓H2SO4，恒压滴液漏斗，三颈烧瓶，碱石灰，碎瓷片，水浴加热，淀粉溶液，球形冷凝管，洗去混合液中的硫酸，正丁醇等内容，欢迎下载使用。
探究点 物质制备综合实验
一、明确物质制备综合实验思维流程
二、关注物质制备中的几个关键点1.掌握常用化学实验仪器的操作要点
2.掌握常用分离提纯的方法(1)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。(4)冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
(5)蒸馏或分馏: 搭建蒸馏装置→加入待蒸馏的药品和沸石→通冷凝水→加热→收集沸点由低到高的馏分→停止加热→待冷却后停止通冷凝水(中途加沸石,需停止加热,并冷却后再加入)(6)冷却法:利用气体液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨。
3.合理控制化学实验条件(1)调节溶液pH①目的:使某种或某些离子转化为沉淀,而目标离子不转化为沉淀以达到分离的目的;抑制某微粒的水解:②调节pH的方式多为加入某种能消耗H+且不引入新杂质的物质,每种离子都有开始沉淀和沉淀完全的两个pH,一定要正确控制pH的范围(杂质离子沉淀完全~目标离子不沉淀)。如要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH至Fe3+完全沉淀。
(2)控制体系的温度控制低温的目的:①防止某反应物及目标产物分解,如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质;②防止某反应物或目标产物挥发,如盐酸、醋酸和氨水等;③抑制物质的水解;④反应放热,低温使反应正向进行;⑤避免副反应的发生。
控制某一温度范围的原因:①低温反应速率慢,高温消耗能源;②确保催化剂的催化效果,兼顾反应速率和转化率,追求更好的经济效益;③防止副反应的发生,如乙醇的消去反应需迅速升温至170 ℃,防止140 ℃时生成乙醚。采取加热的目的:①加速某固体的溶解;②减少气体生成物的溶解并加速其逸出;③一般是加快反应速率;④使平衡向需要的方向移动;⑤趁热过滤,防止某物质降温时析出而损失或带入新的杂质。
(3)控制体系压强的目的①改变速率,影响平衡;②减压蒸馏,避免目标产物发生热分解。(4)反应物配比选择低于配比,反应物转化率低;高于配比,浪费原料。
例 亚磷酸三乙酯[P(OC2H5)3]是一类广泛应用于农药、塑料、药物等领域的有机磷试剂。某实验小组对亚磷酸三乙酯的制备进行了探究,其反应原理为PCl3+3C2H5OH →P(OC2H5)3+3HCl。部分物质相关性质如下表所示:
回答下列问题:Ⅰ.制备三氯化磷固体三氯化磷制备装置如图所示,图中部分夹持、加热装置已省略。(1)A中反应的离子方程式为 。
MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O
[解析]装置A中发生反应MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O,产生的氯气在B中经浓硫酸干燥,进入C中和白磷反应生成三氯化磷,三氯化磷经D冷凝后收集在E中,F中的碱石灰既用来吸收多余的Cl2、并防止水分进入E中。由反应PCl3+3C2H5OH P(OC2H5)3+3HCl制备亚磷酸三乙酯,该反应可逆,N,N-二甲基苯胺显碱性和氯化氢发生反应促进平衡正向进行,提高原料的转化率。(1)A中反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O。
(2)B中盛放的试剂是 ;F的作用为 。 (3)加热C装置选择的适宜温度为 (填标号)。 a.44~70 ℃b.85~90 ℃c.160~170 ℃
[解析] (2)已知三氯化磷遇水立即水解,则反应需要无水环境,B中盛放试剂是浓H2SO4;F的作用为吸收多余的Cl2、并防止水分进入E中。(3)C中白磷和氯气反应,由图表知,加热下白磷呈液态、氯气和白磷反应生成的三氯化磷呈气态、逸出的三氯化磷蒸气需冷凝到75.4 ℃以下才能呈液态收集在E中,综上C装置选择的适宜温度为85~90 ℃。
吸收多余的Cl2、并防止水分进入E中
Ⅱ.制备亚磷酸三乙酯向图所示的三颈烧瓶中加入14.6 mL(0.25 ml)无水乙醇、33.4 mL N,N-二甲基苯胺和73 mL石油醚,保持温度在5~10 ℃,强力搅拌下滴入由7.6 mL(0.083 ml)三氯化磷与38 mL石油醚混合后的溶液,滴加完毕后,升温至40~45 ℃,继续搅拌1 h。将得到的悬浮液冷却后抽滤、洗涤,然后合并滤液和洗涤液,先常压蒸馏回收溶剂,再减压蒸馏收集得到产品10.4 g。(4)图中的冷凝管 (“能”或“不能”)用来替换Ⅰ中装置图的冷凝管。
[解析]球形冷凝管,用于冷凝回流,直形冷凝管,用于冷凝蒸气,为防止液体凝结在球形部位,不能替换。
(5)制备亚磷酸三乙酯时加入N,N-二甲基苯胺的作用是 。
PCl3+3C2H5OH →P(OC2H5)3+3HCl反应是可逆反应,N,N-二甲基苯胺显碱性,和氯化氢发生反应促进平衡正向进行,提高原料的转化率
[解析]制备亚磷酸三乙酯时发生反应:PCl3+3C2H5OH →P(OC2H5)3+3HCl,该反应是可逆反应,平衡右移有利于提高原料转化率、提高产率,则加入N,N-二甲基苯胺的作用是N,N-二甲基苯胺显碱性,和氯化氢发生反应促进平衡正向进行,提高原料的转化率。
(6)洗涤粗产品时,最好的洗涤剂为 (填标号)。 a.蒸馏水b.75%乙醇溶液c.石油醚
[解析] N,N-二甲基苯胺盐酸盐是离子化合物,不溶于有机物,故将反应得到的悬浮液冷却后抽滤后所得固体为N,N-二甲基苯胺盐酸盐,滤液为石油醚、亚磷酸三乙酯、N,N-二甲基苯胺和多余乙醇的混合溶液,后续进行洗涤并合并滤液和洗涤液,先常压蒸馏回收溶剂,为防止产品损失且合并后的液体为互溶的沸点不同的有机物,则经过滤分离洗涤粗产品时,最好的洗涤剂为石油醚。
(7)本实验亚磷酸三乙酯的产率为 (保留一位小数)。
变式题 苯乙酮不仅是重要的化工原料,还是精细化学品、农药、医药、香料的中间体。苯乙酮广泛用于皂用香精和烟草香精中等,其合成路线为 + +CH3COOH已知:苯乙酮为无色晶体,能与氯化铝在无水条件下形成稳定的络合物。制备过程中还有CH3COOH+AlCl3 →CH3COOAlCl2+HCl↑等副反应。
主要步骤:用如图所示装置进行,迅速称取20.0 g无水氯化铝,加入反应瓶中,再加入30 mL无水苯,边搅拌边滴加6.5 g新蒸出的乙酸酐和10 mL无水苯,水浴加热直至气体全部逸出。请回答:
(1)仪器N的名称是 。
球形干燥管(或干燥管)
[解析]为防止氯化铝水解,失去催化活性,防止乙酸酐水解,迅速称取20.0 g无水氯化铝,加入反应瓶中,再加入30 mL无水苯;反应放热,滴加太快,温度过高,反应不易控制,所以边搅拌边滴加6.5 g新蒸出的乙酸酐和10 mL无水苯,水浴加热直至气体全部逸出,得苯乙酮粗产品。(1)根据装置图可知,仪器N的名称是球形干燥管。
(2)反应需在无水条件下进行,且称取氯化铝和投料都要迅速,其原因是 。
氯化铝易水解,失去催化活性;乙酸酐会水解(或与水反应),影响产率
[解析]氯化铝易水解,失去催化活性,乙酸酐会水解(或与水反应),影响产率,所以反应需在无水条件下进行,且称取氯化铝和投料都要迅速。
(3)反应过程中,为确保乙酸酐无水,需要加入干燥剂进行加热重新回流,下列选项中不能用作此过程的干燥剂的是 (填字母选项)。 A.五氧化二磷B.无水硫酸钠C.碱石灰D.分子筛
[解析]乙酸酐遇水反应生成乙酸,能与碱石灰反应,所以不能用碱石灰干燥,选C。
(4)制备过程中,需要慢速滴加,控制反应温热,理由是 。
反应放热,滴加太快,温度过高,反应不易控制,易发生危险
[解析]反应放热,滴加太快,温度过高,反应不易控制,易发生危险,所以制备过程中,需要慢速滴加,控制反应温热。
(5)反应中所使用的氯化铝大大过量,原因是 。
苯乙酮及产物乙酸均会消耗氯化铝,导致催化剂用量过大
[解析]苯乙酮及产物乙酸均会消耗氯化铝,导致使用的氯化铝大大过量。
(6)对粗产品提纯时,从下列选项中选择合适的操作(操作不能重复使用)并排序:f→( )→( )→( )→( )→a a.蒸馏除去苯后,收集198~202 ℃馏分b.水层用苯萃取,萃取液并入有机层c.过滤d.依次用5% NaOH溶液和水各20 mL洗涤e.加入无水MgSO4固体f.冰水浴冷却下,边搅拌边滴加浓盐酸与冰水的混合液,直至固体完全溶解后停止搅拌,静置,分液
[解析]苯乙酮不溶于水,易溶于多数有机溶剂,冰水浴冷却下,边搅拌边滴加浓盐酸与冰水的混合液,溶解氯化铝,破坏苯乙酮和氯化铝形成的络合物,直至固体完全溶解后停止搅拌,静置,分液;水层用苯萃取,萃取液并入有机层;依次用5% NaOH溶液和水各20 mL洗涤,除去无机物,加入无水MgSO4固体除水,过滤除去MgSO4,蒸馏除去苯后,收集198 ℃~202 ℃馏分,所以合适的操作排序为f→b→d→e→c→a。
(7)在分离提纯过程中,加入浓盐酸和冰水混合物的作用是 。
溶解氯化铝,破坏苯乙酮和氯化铝形成的络合物,减少苯乙酮的损失,提高产率
[解析]苯乙酮能与氯化铝在无水条件下形成稳定的络合物,氯化铝易水解,在分离提纯过程中,加入浓盐酸和冰水混合物的作用是溶解氯化铝,破坏苯乙酮和氯化铝形成的络合物,减少苯乙酮的损失,提高产率。
(8)经蒸馏后收集到5.6 g纯净物,其产率是 (用百分数表示,保留三位有效数字)。
1. [2023·河北石家庄精英中学开学考] 实验室制备乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)的反应原理为2CH3COOC2H5 CH3CH2OH+CH3COCH2COOC2H5,制备装置(三颈烧瓶中物质充分反应后再滴加乙酸溶液)如图所示:
已知:①几种物质的部分性质如下表。②10 mL乙酸乙酯粗品中含乙酸乙酯8.8 g和少量乙醇;③CH3COCH2COOC2H5中亚甲基上的H有一定的酸性,制备时部分形成乙酰乙酸乙酯的钠盐。回答下列问题:
(1)仪器X的名称是 ,实验过程中冷凝水从 (填“a”或“b”)端流进。
[解析]乙酸乙酯和乙醇的混合液与钠珠粒混合,乙醇和钠反应生成乙醇钠,乙醇钠催化乙酸乙酯生成乙酰乙酸乙酯,结合装置特点、物质的性质和问题分析解答。(1)根据仪器构造可知仪器X是恒压滴液漏斗,实验过程中冷凝水从a端流进。
(2)制备反应需要加热才能发生,最适合的加热方式为 (填字母)。 A.酒精灯直接加热B.水浴加热C.垫石棉网用酒精灯加热D.油浴加热
[解析]制备反应需要加热才能发生,由于乙酰乙酸乙酯在温度超过95 ℃时易分解,所以装置最适合的加热方式为水浴加热。
(3)装置Y盛放碱石灰的作用是 。
防止水蒸气进入三颈烧瓶中与钠、乙醇钠反应
[解析]由于空气中含有水蒸气,为防止水蒸气进入三颈烧瓶中与钠、乙醇钠反应,所以装置Y盛放碱石灰。
(4)反应结束后,滴加50%乙酸溶液至混合液呈弱酸性的原因是 。
使制备时部分生成的乙酰乙酸乙酯的钠盐转化为乙酰乙酸乙酯
[解析]制备时部分产物生成乙酰乙酸乙酯的钠盐,加入乙酸使其变为乙酰乙酸乙酯,加乙酸过少不能使其钠盐恢复为乙酰乙酸乙酯或恢复不完全,加乙酸过多会增加除掉剩余乙酸时Na2CO3的用量及增加分离的时间,所以滴加50%乙酸至恰好呈弱酸性。
(5)提纯产品时需要进行蒸馏,下列装置中温度计位置正确的是 (填字母)。 A B C D
[解析]蒸馏时温度计水银球的位置应该放在蒸馏烧瓶支管出口处。
(6)最终得到乙酰乙酸乙酯3.43 g,则上述实验中乙酰乙酸乙酯的产率为 (保留两位有效数字)。
2. [2022·河北石家庄二中模拟] 某实验小组用SiCl4和(CH3CO)2O合成四乙酸硅,装置如图所示(夹持装置略)。
相关物质的性质如表所示:回答下列问题:
(1)仪器①的名称是 ,管口A所接干燥管中盛装的试剂是 (填“P2O5”“CaCl2”或“碱石灰”)。
[解析]本实验的目的是以SiCl4、(CH3CO)2O为原料制取Si(CH3COO)4,由于反应物和产物都具有吸湿性,所以整个实验都应在干燥的环境中进行。(1)仪器①的名称是三颈烧瓶,管口A所接干燥管中所盛试剂,既能吸收水蒸气,又能吸收酸性气体,所以盛装的试剂是碱石灰。
(2)取255 g SiCl4放入1 L仪器①中,关闭旋塞⑥,再由分液漏斗滴入稍过量的乙酸酐,反应发生,放出大量的热,混合物略微带色,不久仪器①底部析出大颗粒晶体。写出制备四乙酸硅的化学方程式: , 该过程中,玻璃管③的管口必须保持在液面上方的原因是 。
SiCl4+4(CH3CO)2O =Si(CH3COO)4↓+4CH3COCl
防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口
[解析]制备四乙酸硅时,以SiCl4、(CH3CO)2O为原料,生成Si(CH3COO)4和CH3COCl,化学方程式为SiCl4+4(CH3CO)2O =Si(CH3COO)4↓+4CH3COCl,因为Si(CH3COO)4为米黄色晶体,易堵塞导管,所以该过程中玻璃管③的管口必须保持在液面上方,原因是防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口。
(3)待放置一段时间,用干冰-丙酮冷冻剂冷却,然后 (填具体操作),小心缓慢地除去仪器①中的残留液体,接着再分两次由分液漏斗各滴入75 mL左右的乙酸酐,再缓慢除去,最后得到335 g精制的四乙酸硅,则四乙酸硅的产率为 %(保留到小数点后一位)。
将③的管口插入液体中(或插入三颈烧瓶底部),再慢慢打开旋塞⑤
3. [2022·湖南湖湘名校教育联合体联考] 四氯化锡是一种重要的化工产品,实验室可用熔融的锡与Cl2反应制备SnCl4,装置如图所示。已知:①金属锡的熔点为231 ℃,化学活泼性与铁相似;②干燥的氯气与熔融金属锡反应生成SnCl4,SnCl4常温下为无色液体,沸点为114 ℃;③SnCl4极易水解生成SnO2·xH2O,并产生白雾;④Sn2+易被氧化。回答下列问题:
[解析]由实验装置图可知,装置A中二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气,浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气,装置B中盛有的饱和食盐水用于除去氯化氢气体,装置C中盛有的浓硫酸用于干燥氯气,装置E、F、G为氯气与锡反应、冷凝、收集装置,装置H中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收未反应的氯气,防止污染空气。
(1)检查装置气密性并加入Sn,先加热装置 (填“A”或“E”),装置A内发生反应的离子方程式为 。
[解析]由分析可知,装置A中发生的反应为二氧化锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O;由于装置中有空气,制备四氯化锡时,应加热装置A制备氯气,利用反应生成的氯气排尽装置中的空气后,再加热装置E。
MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)如果去掉装置B,从实验安全的角度看可能产生的影响是 。
[解析]由分析可知,装置B中盛有的饱和食盐水用于除去氯化氢气体,如果去掉装置B,则在仪器D中氯化氢会和锡发生反应生成氯化亚锡和氢气,氢气与氯气混合加热时会发生爆炸危险。
HCl和Sn反应生成氢气,氢气与氯气混合加热会发生爆炸危险
(3)实验过程中,发现装置G中有 产生(填现象),改进的措施为 。
[解析]由实验装置图可知,装置H中氢氧化钠溶液产生的水蒸气会进入装置G中,导致四氯化锡发生水解生成SnO2·xH2O而产生白雾,所以应在装置G与装置H之间连接一个装有碱石灰的球形干燥管吸收水蒸气,或把装置H换成装有碱石灰的球形干燥管吸收氯气,防止水蒸气进入装置G中。
在装置G与装置H之间连接一个装有碱石灰的球形干燥管(或把装置H换成装有碱石灰的球形干燥管)
(4)所得产品中可能含有SnCl2,可用碘量法测定产品SnCl4的纯度。准确称取该样品m g,放入锥形瓶中,用少量浓盐酸溶解,再加水稀释,用淀粉溶液作指示剂,用0.1 ml·L-1碘标准溶液滴定,发生反应Sn2++I2 =Sn4++2I-,滴定到终点时消耗碘标准溶液40.00 mL。则产品中SnCl4的纯度为 (用含m的代数式表示)。下列情况会导致纯度的测定值偏小的是 (填标号)。 A.滴定管未用碘标准溶液润洗B.Sn2+在盐酸中被空气氧化C.滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成
4.实验室利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2的熔点为-104.5 ℃、沸点为76 ℃,140 ℃开始分解,遇水极易反应生成两种酸性气体。
(1)按图示放入药品,连接好仪器,加热前还应向三颈瓶中加入 (填物质名称);装置b的加热方法是 。
[解析]连接好仪器,加热前还应向三颈烧瓶中加入碎瓷片,先通入氮气排尽装置中空气,装置b用水浴加热,装置c中SOCl2和FeCl2·4H2O反应生成氯化亚铁,尾气使用d吸收。(1)已知SOCl2的熔点为-104.5 ℃、沸点为76 ℃,140 ℃开始分解,遇水极易反应生成两种酸性气体,所以装置b的加热方法是为水浴加热;加热前还应向三颈烧瓶中加入碎瓷片防止液体剧烈沸腾。
(2)利用该装置制备无水FeCl2的缺陷是 。
[解析]若装置d中装的是尾气吸收液,由于SOCl2遇水极易反应生成两种酸性气体,根据质量守恒可知,生成的气体为氯化氢、二氧化硫气体,氯化氢极易溶于水、二氧化硫有毒会污染空气,所以应装有NaOH溶液吸收尾气,但应有防倒吸装置,若装置d中装的是浓硫酸,防止空气中的水蒸气进入装置使FeCl2水解,则没有尾气吸收装置,所以利用该装置制备无水FeCl2的缺陷是没有防倒吸装置或尾气处理装置。
没有防倒吸装置或尾气处理装置
(3)写出装置c中发生反应的化学方程式: 。
[解析]利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2,同时生成二氧化硫、氯化氢气体,反应的化学方程式为FeCl2·4H2O+4SOCl2 FeCl2+4SO2↑+8HCl↑。
FeCl2·4H2O+4SOCl2 FeCl2+4SO2↑+8HCl↑
(4)利用上述装置根据反应TiO2+CCl4 TiCl4+CO2可以制备TiCl4,但得到的是TiCl4和CCl4的混合物,需进一步分离提纯(已知TiCl4与CCl4分子结构相似,与CCl4互溶,但极易水解)。TiCl4的制取及提纯实验操作为 (需使用的药品:TiO2、CCl4及浓H2SO4)。
装置中通入氮气通过浓硫酸干燥装置a后进入装置bcd排尽装置中空气,然后加热b,b中四氯化碳受热进入c中,c中二氧化钛和四氯化碳加热反应得到TiCl4和CCl4的混合物,再冷凝回流进入b,装置d中装有浓硫酸,防止空气中水蒸气进入装置;反应后将TiCl4和CCl4的混合物蒸馏蒸出四氯化碳,最后得到TiCl4
[解析]已知TiCl4与CCl4分子结构相似,与CCl4互溶,但极易水解;利用题述装置二氧化钛和四氯化碳反应制备TiCl4,得到TiCl4和CCl4的混合物,TiCl4、CCl4均为分子晶体,TiCl4的相对分子质量大,故可利用两者的沸点不同进行蒸馏分离,四氯化碳首先蒸出,据此作答。
5. [2022·河北部分学校联考] 高纯二氧化锗主要用于生产光学及半导体用的锗材料等。在实验室以二氧化锗粗品(含GeO2和Ge及少量无关杂质)为原料制备GeCl4,然后使其水解得到GeO2·nH2O晶体,再加热干燥制得纯度较高的GeO2。实验制备GeCl4的装置图如下(加热及夹持装置已略去):
(1)仪器a的名称为 ;实验室用重铬酸钾与浓盐酸反应制备Cl2的离子方程式为 ; 通入氯气的目的是 。
[解析]在实验室以二氧化锗粗品(含GeO2和Ge及少量无关杂质)为原料制备GeCl4,然后使其水解得到GeO2·nH2O晶体,再加热干燥制得纯度较高的GeO2。再对产品进行分析,确定其成分。
加热条件下将Ge氧化为GeCl4
(2)为了防止烧瓶中盐酸浓度下降,实验过程中需要通过装置a不断滴加浓盐酸。盐酸保持较高浓度的原因为 。
[解析]盐酸保持较高浓度的原因为保证HCl氛围,防止GeCl4水解。
保证HCl氛围,防止GeCl4水解
(3)冷凝管中冷却水应从 (填“b”或“c”)口进入;为达到最佳效果,水槽中加入冰水混合物,则仪器d的作用为 ;实验室中温度计有不同规格,本实验应可选用 (填字母标号)。A.-30~20 ℃ B.0~50 ℃ C.50~100 ℃ D.100~150 ℃
[解析]根据逆流原则冷却水应从c口进入;仪器d用于收集冷却后的GeCl4;结合信息中GeCl4的理化性质可知,其沸点为86.6 ℃,可收集86 ℃左右的馏分,所选温度计的规格50~100 ℃为宜。
收集冷却后的GeCl4
(4)将d中的液体与蒸馏水按一定比例进行混合,静置12 h,可得到GeO2·nH2O晶体,此过程中的化学方程式为 。
[解析]将d中的液体与蒸馏水按一定比例进行混合,静置12 h,可得到GeO2·nH2O晶体,该过程中发生水解反应,化学方程式为GeCl4+(n+2)H2O ⇌ GeO2·nH2O↓+4HCl。
GeCl4+(n+2)H2O ⇌GeO2·nH2O↓+4HCl
(5)纯度测定称取m g GeO2样品,在加热条件下溶解,用NaH2PO2将其还原为Ge2+,用c ml·L-1 KIO3标准溶液滴定,消耗体积V mL,滴定指示剂为 ,样品纯度为 %(实验条件下NaH2PO2未被KIO3氧化)。
6. [2023·广东华南师大附中月考] 正丁醚常用作有机反应的溶剂。实验室制备正丁醚的主要实验装置如图:已知:Ⅰ.2CH3CH2CH2CH2OH H2O+ (CH3CH2CH2CH2)2O
Ⅱ.反应物和产物的相关数据如表:Ⅲ.制备流程如下:请回答:
[解析]正丁醇在浓硫酸作用下加热至135 ℃左右制备正丁醚,浓硫酸稀释过程放热,会出现液体暴沸飞溅,应该先加入正丁醇,再加入浓硫酸,并加入碎瓷片防止反应混合溶液暴沸,正丁醇易挥发,用冷凝管冷凝回流,提高原料利用率,并收集制备的正丁醚。
(1)仪器B的名称为 ,出水口是 (填“a”或“b”)。
[解析]仪器B为球形冷凝管,冷凝水的水流方向应该下口进,上口出,故冷凝水应该b进a出。
(2)浓硫酸和正丁醇添加到A中的先后顺序为 。
[解析]浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释,应该先加入正丁醇,再加入浓硫酸。
先加入正丁醇,再加入浓硫酸
(3)步骤②依次用水、NaOH溶液和水洗涤,第一次水洗的目的是 ,水层应从分液漏斗的 (填“上”或“下”)口分离出。
[解析]步骤②依次用水、NaOH溶液和水洗涤,第一次水洗的目的是洗去混合液中的硫酸,正丁醚的密度小于水,故水层从下口分离出。
(4)步骤④中,加热蒸馏时应收集 (填选项字母)左右的馏分。 A.100 ℃B.117 ℃C.135 ℃D.142 ℃
[解析] 步骤④中,加热蒸馏的目的是收集正丁醚,而正丁醚的沸点为142 ℃,故应收集142 ℃左右的馏分,故答案为D。
(5)反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质,且分为上下两层,随着反应的进行,分水器中液体逐渐增多至左侧支管口时,上层液体会流回A,下层液体可从下部放出。分水器中上层液体的主要成分为 (写物质名称),分水器的作用是 。
分离出生成物水,使平衡向正反应方向移动,提高正丁醇的转化率
[解析]正丁醇的沸点比正丁醚低,易随水蒸气蒸出,冷凝后进入分水器,分水器中收集到液体物质,因正丁醇密度比水小且微溶于水,会分为上下两层,上层为正丁醇,下层主要成分为水;分水器的作用是分离出生成物水,使平衡向正反应方向移动,提高正丁醇的转化率。
探究点 物质制备综合实验
一、明确物质制备综合实验思维流程
二、关注物质制备中的几个关键点1.掌握常用化学实验仪器的操作要点
2.掌握常用分离提纯的方法(1)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。(4)冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
(5)蒸馏或分馏: 搭建蒸馏装置→加入待蒸馏的药品和沸石→通冷凝水→加热→收集沸点由低到高的馏分→停止加热→待冷却后停止通冷凝水(中途加沸石,需停止加热,并冷却后再加入)(6)冷却法:利用气体液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨。
3.合理控制化学实验条件(1)调节溶液pH①目的:使某种或某些离子转化为沉淀,而目标离子不转化为沉淀以达到分离的目的;抑制某微粒的水解:②调节pH的方式多为加入某种能消耗H+且不引入新杂质的物质,每种离子都有开始沉淀和沉淀完全的两个pH,一定要正确控制pH的范围(杂质离子沉淀完全~目标离子不沉淀)。如要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH至Fe3+完全沉淀。
(2)控制体系的温度控制低温的目的:①防止某反应物及目标产物分解,如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质;②防止某反应物或目标产物挥发,如盐酸、醋酸和氨水等;③抑制物质的水解;④反应放热,低温使反应正向进行;⑤避免副反应的发生。
控制某一温度范围的原因:①低温反应速率慢,高温消耗能源;②确保催化剂的催化效果,兼顾反应速率和转化率,追求更好的经济效益;③防止副反应的发生,如乙醇的消去反应需迅速升温至170 ℃,防止140 ℃时生成乙醚。采取加热的目的:①加速某固体的溶解;②减少气体生成物的溶解并加速其逸出;③一般是加快反应速率;④使平衡向需要的方向移动;⑤趁热过滤,防止某物质降温时析出而损失或带入新的杂质。
(3)控制体系压强的目的①改变速率,影响平衡;②减压蒸馏,避免目标产物发生热分解。(4)反应物配比选择低于配比,反应物转化率低;高于配比,浪费原料。
例 亚磷酸三乙酯[P(OC2H5)3]是一类广泛应用于农药、塑料、药物等领域的有机磷试剂。某实验小组对亚磷酸三乙酯的制备进行了探究,其反应原理为PCl3+3C2H5OH →P(OC2H5)3+3HCl。部分物质相关性质如下表所示:
回答下列问题:Ⅰ.制备三氯化磷固体三氯化磷制备装置如图所示,图中部分夹持、加热装置已省略。(1)A中反应的离子方程式为 。
MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O
[解析]装置A中发生反应MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O,产生的氯气在B中经浓硫酸干燥,进入C中和白磷反应生成三氯化磷,三氯化磷经D冷凝后收集在E中,F中的碱石灰既用来吸收多余的Cl2、并防止水分进入E中。由反应PCl3+3C2H5OH P(OC2H5)3+3HCl制备亚磷酸三乙酯,该反应可逆,N,N-二甲基苯胺显碱性和氯化氢发生反应促进平衡正向进行,提高原料的转化率。(1)A中反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O。
(2)B中盛放的试剂是 ;F的作用为 。 (3)加热C装置选择的适宜温度为 (填标号)。 a.44~70 ℃b.85~90 ℃c.160~170 ℃
[解析] (2)已知三氯化磷遇水立即水解,则反应需要无水环境,B中盛放试剂是浓H2SO4;F的作用为吸收多余的Cl2、并防止水分进入E中。(3)C中白磷和氯气反应,由图表知,加热下白磷呈液态、氯气和白磷反应生成的三氯化磷呈气态、逸出的三氯化磷蒸气需冷凝到75.4 ℃以下才能呈液态收集在E中,综上C装置选择的适宜温度为85~90 ℃。
吸收多余的Cl2、并防止水分进入E中
Ⅱ.制备亚磷酸三乙酯向图所示的三颈烧瓶中加入14.6 mL(0.25 ml)无水乙醇、33.4 mL N,N-二甲基苯胺和73 mL石油醚,保持温度在5~10 ℃,强力搅拌下滴入由7.6 mL(0.083 ml)三氯化磷与38 mL石油醚混合后的溶液,滴加完毕后,升温至40~45 ℃,继续搅拌1 h。将得到的悬浮液冷却后抽滤、洗涤,然后合并滤液和洗涤液,先常压蒸馏回收溶剂,再减压蒸馏收集得到产品10.4 g。(4)图中的冷凝管 (“能”或“不能”)用来替换Ⅰ中装置图的冷凝管。
[解析]球形冷凝管,用于冷凝回流,直形冷凝管,用于冷凝蒸气,为防止液体凝结在球形部位,不能替换。
(5)制备亚磷酸三乙酯时加入N,N-二甲基苯胺的作用是 。
PCl3+3C2H5OH →P(OC2H5)3+3HCl反应是可逆反应,N,N-二甲基苯胺显碱性,和氯化氢发生反应促进平衡正向进行,提高原料的转化率
[解析]制备亚磷酸三乙酯时发生反应:PCl3+3C2H5OH →P(OC2H5)3+3HCl,该反应是可逆反应,平衡右移有利于提高原料转化率、提高产率,则加入N,N-二甲基苯胺的作用是N,N-二甲基苯胺显碱性,和氯化氢发生反应促进平衡正向进行,提高原料的转化率。
(6)洗涤粗产品时,最好的洗涤剂为 (填标号)。 a.蒸馏水b.75%乙醇溶液c.石油醚
[解析] N,N-二甲基苯胺盐酸盐是离子化合物,不溶于有机物,故将反应得到的悬浮液冷却后抽滤后所得固体为N,N-二甲基苯胺盐酸盐,滤液为石油醚、亚磷酸三乙酯、N,N-二甲基苯胺和多余乙醇的混合溶液,后续进行洗涤并合并滤液和洗涤液,先常压蒸馏回收溶剂,为防止产品损失且合并后的液体为互溶的沸点不同的有机物,则经过滤分离洗涤粗产品时,最好的洗涤剂为石油醚。
(7)本实验亚磷酸三乙酯的产率为 (保留一位小数)。
变式题 苯乙酮不仅是重要的化工原料,还是精细化学品、农药、医药、香料的中间体。苯乙酮广泛用于皂用香精和烟草香精中等,其合成路线为 + +CH3COOH已知:苯乙酮为无色晶体,能与氯化铝在无水条件下形成稳定的络合物。制备过程中还有CH3COOH+AlCl3 →CH3COOAlCl2+HCl↑等副反应。
主要步骤:用如图所示装置进行,迅速称取20.0 g无水氯化铝,加入反应瓶中,再加入30 mL无水苯,边搅拌边滴加6.5 g新蒸出的乙酸酐和10 mL无水苯,水浴加热直至气体全部逸出。请回答:
(1)仪器N的名称是 。
球形干燥管(或干燥管)
[解析]为防止氯化铝水解,失去催化活性,防止乙酸酐水解,迅速称取20.0 g无水氯化铝,加入反应瓶中,再加入30 mL无水苯;反应放热,滴加太快,温度过高,反应不易控制,所以边搅拌边滴加6.5 g新蒸出的乙酸酐和10 mL无水苯,水浴加热直至气体全部逸出,得苯乙酮粗产品。(1)根据装置图可知,仪器N的名称是球形干燥管。
(2)反应需在无水条件下进行,且称取氯化铝和投料都要迅速,其原因是 。
氯化铝易水解,失去催化活性;乙酸酐会水解(或与水反应),影响产率
[解析]氯化铝易水解,失去催化活性,乙酸酐会水解(或与水反应),影响产率,所以反应需在无水条件下进行,且称取氯化铝和投料都要迅速。
(3)反应过程中,为确保乙酸酐无水,需要加入干燥剂进行加热重新回流,下列选项中不能用作此过程的干燥剂的是 (填字母选项)。 A.五氧化二磷B.无水硫酸钠C.碱石灰D.分子筛
[解析]乙酸酐遇水反应生成乙酸,能与碱石灰反应,所以不能用碱石灰干燥,选C。
(4)制备过程中,需要慢速滴加,控制反应温热,理由是 。
反应放热,滴加太快,温度过高,反应不易控制,易发生危险
[解析]反应放热,滴加太快,温度过高,反应不易控制,易发生危险,所以制备过程中,需要慢速滴加,控制反应温热。
(5)反应中所使用的氯化铝大大过量,原因是 。
苯乙酮及产物乙酸均会消耗氯化铝,导致催化剂用量过大
[解析]苯乙酮及产物乙酸均会消耗氯化铝,导致使用的氯化铝大大过量。
(6)对粗产品提纯时,从下列选项中选择合适的操作(操作不能重复使用)并排序:f→( )→( )→( )→( )→a a.蒸馏除去苯后,收集198~202 ℃馏分b.水层用苯萃取,萃取液并入有机层c.过滤d.依次用5% NaOH溶液和水各20 mL洗涤e.加入无水MgSO4固体f.冰水浴冷却下,边搅拌边滴加浓盐酸与冰水的混合液,直至固体完全溶解后停止搅拌,静置,分液
[解析]苯乙酮不溶于水,易溶于多数有机溶剂,冰水浴冷却下,边搅拌边滴加浓盐酸与冰水的混合液,溶解氯化铝,破坏苯乙酮和氯化铝形成的络合物,直至固体完全溶解后停止搅拌,静置,分液;水层用苯萃取,萃取液并入有机层;依次用5% NaOH溶液和水各20 mL洗涤,除去无机物,加入无水MgSO4固体除水,过滤除去MgSO4,蒸馏除去苯后,收集198 ℃~202 ℃馏分,所以合适的操作排序为f→b→d→e→c→a。
(7)在分离提纯过程中,加入浓盐酸和冰水混合物的作用是 。
溶解氯化铝,破坏苯乙酮和氯化铝形成的络合物,减少苯乙酮的损失,提高产率
[解析]苯乙酮能与氯化铝在无水条件下形成稳定的络合物,氯化铝易水解,在分离提纯过程中,加入浓盐酸和冰水混合物的作用是溶解氯化铝,破坏苯乙酮和氯化铝形成的络合物,减少苯乙酮的损失,提高产率。
(8)经蒸馏后收集到5.6 g纯净物,其产率是 (用百分数表示,保留三位有效数字)。
1. [2023·河北石家庄精英中学开学考] 实验室制备乙酰乙酸乙酯(CH3COCH2COOC2H5)的反应原理为2CH3COOC2H5 CH3CH2OH+CH3COCH2COOC2H5,制备装置(三颈烧瓶中物质充分反应后再滴加乙酸溶液)如图所示:
已知:①几种物质的部分性质如下表。②10 mL乙酸乙酯粗品中含乙酸乙酯8.8 g和少量乙醇;③CH3COCH2COOC2H5中亚甲基上的H有一定的酸性,制备时部分形成乙酰乙酸乙酯的钠盐。回答下列问题:
(1)仪器X的名称是 ,实验过程中冷凝水从 (填“a”或“b”)端流进。
[解析]乙酸乙酯和乙醇的混合液与钠珠粒混合,乙醇和钠反应生成乙醇钠,乙醇钠催化乙酸乙酯生成乙酰乙酸乙酯,结合装置特点、物质的性质和问题分析解答。(1)根据仪器构造可知仪器X是恒压滴液漏斗,实验过程中冷凝水从a端流进。
(2)制备反应需要加热才能发生,最适合的加热方式为 (填字母)。 A.酒精灯直接加热B.水浴加热C.垫石棉网用酒精灯加热D.油浴加热
[解析]制备反应需要加热才能发生,由于乙酰乙酸乙酯在温度超过95 ℃时易分解,所以装置最适合的加热方式为水浴加热。
(3)装置Y盛放碱石灰的作用是 。
防止水蒸气进入三颈烧瓶中与钠、乙醇钠反应
[解析]由于空气中含有水蒸气,为防止水蒸气进入三颈烧瓶中与钠、乙醇钠反应,所以装置Y盛放碱石灰。
(4)反应结束后,滴加50%乙酸溶液至混合液呈弱酸性的原因是 。
使制备时部分生成的乙酰乙酸乙酯的钠盐转化为乙酰乙酸乙酯
[解析]制备时部分产物生成乙酰乙酸乙酯的钠盐,加入乙酸使其变为乙酰乙酸乙酯,加乙酸过少不能使其钠盐恢复为乙酰乙酸乙酯或恢复不完全,加乙酸过多会增加除掉剩余乙酸时Na2CO3的用量及增加分离的时间,所以滴加50%乙酸至恰好呈弱酸性。
(5)提纯产品时需要进行蒸馏,下列装置中温度计位置正确的是 (填字母)。 A B C D
[解析]蒸馏时温度计水银球的位置应该放在蒸馏烧瓶支管出口处。
(6)最终得到乙酰乙酸乙酯3.43 g,则上述实验中乙酰乙酸乙酯的产率为 (保留两位有效数字)。
2. [2022·河北石家庄二中模拟] 某实验小组用SiCl4和(CH3CO)2O合成四乙酸硅,装置如图所示(夹持装置略)。
相关物质的性质如表所示:回答下列问题:
(1)仪器①的名称是 ,管口A所接干燥管中盛装的试剂是 (填“P2O5”“CaCl2”或“碱石灰”)。
[解析]本实验的目的是以SiCl4、(CH3CO)2O为原料制取Si(CH3COO)4,由于反应物和产物都具有吸湿性,所以整个实验都应在干燥的环境中进行。(1)仪器①的名称是三颈烧瓶,管口A所接干燥管中所盛试剂,既能吸收水蒸气,又能吸收酸性气体,所以盛装的试剂是碱石灰。
(2)取255 g SiCl4放入1 L仪器①中,关闭旋塞⑥,再由分液漏斗滴入稍过量的乙酸酐,反应发生,放出大量的热,混合物略微带色,不久仪器①底部析出大颗粒晶体。写出制备四乙酸硅的化学方程式: , 该过程中,玻璃管③的管口必须保持在液面上方的原因是 。
SiCl4+4(CH3CO)2O =Si(CH3COO)4↓+4CH3COCl
防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口
[解析]制备四乙酸硅时,以SiCl4、(CH3CO)2O为原料,生成Si(CH3COO)4和CH3COCl,化学方程式为SiCl4+4(CH3CO)2O =Si(CH3COO)4↓+4CH3COCl,因为Si(CH3COO)4为米黄色晶体,易堵塞导管,所以该过程中玻璃管③的管口必须保持在液面上方,原因是防止结晶析出的四乙酸硅堵塞③的导气管口。
(3)待放置一段时间,用干冰-丙酮冷冻剂冷却,然后 (填具体操作),小心缓慢地除去仪器①中的残留液体,接着再分两次由分液漏斗各滴入75 mL左右的乙酸酐,再缓慢除去,最后得到335 g精制的四乙酸硅,则四乙酸硅的产率为 %(保留到小数点后一位)。
将③的管口插入液体中(或插入三颈烧瓶底部),再慢慢打开旋塞⑤
3. [2022·湖南湖湘名校教育联合体联考] 四氯化锡是一种重要的化工产品,实验室可用熔融的锡与Cl2反应制备SnCl4,装置如图所示。已知:①金属锡的熔点为231 ℃,化学活泼性与铁相似;②干燥的氯气与熔融金属锡反应生成SnCl4,SnCl4常温下为无色液体,沸点为114 ℃;③SnCl4极易水解生成SnO2·xH2O,并产生白雾;④Sn2+易被氧化。回答下列问题:
[解析]由实验装置图可知,装置A中二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气,浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气,装置B中盛有的饱和食盐水用于除去氯化氢气体,装置C中盛有的浓硫酸用于干燥氯气,装置E、F、G为氯气与锡反应、冷凝、收集装置,装置H中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收未反应的氯气,防止污染空气。
(1)检查装置气密性并加入Sn,先加热装置 (填“A”或“E”),装置A内发生反应的离子方程式为 。
[解析]由分析可知,装置A中发生的反应为二氧化锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O;由于装置中有空气,制备四氯化锡时,应加热装置A制备氯气,利用反应生成的氯气排尽装置中的空气后,再加热装置E。
MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)如果去掉装置B,从实验安全的角度看可能产生的影响是 。
[解析]由分析可知,装置B中盛有的饱和食盐水用于除去氯化氢气体,如果去掉装置B,则在仪器D中氯化氢会和锡发生反应生成氯化亚锡和氢气,氢气与氯气混合加热时会发生爆炸危险。
HCl和Sn反应生成氢气,氢气与氯气混合加热会发生爆炸危险
(3)实验过程中,发现装置G中有 产生(填现象),改进的措施为 。
[解析]由实验装置图可知,装置H中氢氧化钠溶液产生的水蒸气会进入装置G中,导致四氯化锡发生水解生成SnO2·xH2O而产生白雾,所以应在装置G与装置H之间连接一个装有碱石灰的球形干燥管吸收水蒸气,或把装置H换成装有碱石灰的球形干燥管吸收氯气,防止水蒸气进入装置G中。
在装置G与装置H之间连接一个装有碱石灰的球形干燥管(或把装置H换成装有碱石灰的球形干燥管)
(4)所得产品中可能含有SnCl2,可用碘量法测定产品SnCl4的纯度。准确称取该样品m g,放入锥形瓶中,用少量浓盐酸溶解,再加水稀释,用淀粉溶液作指示剂,用0.1 ml·L-1碘标准溶液滴定,发生反应Sn2++I2 =Sn4++2I-,滴定到终点时消耗碘标准溶液40.00 mL。则产品中SnCl4的纯度为 (用含m的代数式表示)。下列情况会导致纯度的测定值偏小的是 (填标号)。 A.滴定管未用碘标准溶液润洗B.Sn2+在盐酸中被空气氧化C.滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成
4.实验室利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2的装置如图所示(加热及夹持装置略)。已知SOCl2的熔点为-104.5 ℃、沸点为76 ℃,140 ℃开始分解,遇水极易反应生成两种酸性气体。
(1)按图示放入药品,连接好仪器,加热前还应向三颈瓶中加入 (填物质名称);装置b的加热方法是 。
[解析]连接好仪器,加热前还应向三颈烧瓶中加入碎瓷片,先通入氮气排尽装置中空气,装置b用水浴加热,装置c中SOCl2和FeCl2·4H2O反应生成氯化亚铁,尾气使用d吸收。(1)已知SOCl2的熔点为-104.5 ℃、沸点为76 ℃,140 ℃开始分解,遇水极易反应生成两种酸性气体,所以装置b的加热方法是为水浴加热;加热前还应向三颈烧瓶中加入碎瓷片防止液体剧烈沸腾。
(2)利用该装置制备无水FeCl2的缺陷是 。
[解析]若装置d中装的是尾气吸收液,由于SOCl2遇水极易反应生成两种酸性气体,根据质量守恒可知,生成的气体为氯化氢、二氧化硫气体,氯化氢极易溶于水、二氧化硫有毒会污染空气,所以应装有NaOH溶液吸收尾气,但应有防倒吸装置,若装置d中装的是浓硫酸,防止空气中的水蒸气进入装置使FeCl2水解,则没有尾气吸收装置,所以利用该装置制备无水FeCl2的缺陷是没有防倒吸装置或尾气处理装置。
没有防倒吸装置或尾气处理装置
(3)写出装置c中发生反应的化学方程式: 。
[解析]利用FeCl2·4H2O和亚硫酰氯(SOCl2)制备无水FeCl2,同时生成二氧化硫、氯化氢气体,反应的化学方程式为FeCl2·4H2O+4SOCl2 FeCl2+4SO2↑+8HCl↑。
FeCl2·4H2O+4SOCl2 FeCl2+4SO2↑+8HCl↑
(4)利用上述装置根据反应TiO2+CCl4 TiCl4+CO2可以制备TiCl4,但得到的是TiCl4和CCl4的混合物,需进一步分离提纯(已知TiCl4与CCl4分子结构相似,与CCl4互溶,但极易水解)。TiCl4的制取及提纯实验操作为 (需使用的药品:TiO2、CCl4及浓H2SO4)。
装置中通入氮气通过浓硫酸干燥装置a后进入装置bcd排尽装置中空气,然后加热b,b中四氯化碳受热进入c中,c中二氧化钛和四氯化碳加热反应得到TiCl4和CCl4的混合物,再冷凝回流进入b,装置d中装有浓硫酸,防止空气中水蒸气进入装置;反应后将TiCl4和CCl4的混合物蒸馏蒸出四氯化碳,最后得到TiCl4
[解析]已知TiCl4与CCl4分子结构相似,与CCl4互溶,但极易水解;利用题述装置二氧化钛和四氯化碳反应制备TiCl4,得到TiCl4和CCl4的混合物,TiCl4、CCl4均为分子晶体,TiCl4的相对分子质量大,故可利用两者的沸点不同进行蒸馏分离,四氯化碳首先蒸出,据此作答。
5. [2022·河北部分学校联考] 高纯二氧化锗主要用于生产光学及半导体用的锗材料等。在实验室以二氧化锗粗品(含GeO2和Ge及少量无关杂质)为原料制备GeCl4,然后使其水解得到GeO2·nH2O晶体,再加热干燥制得纯度较高的GeO2。实验制备GeCl4的装置图如下(加热及夹持装置已略去):
(1)仪器a的名称为 ;实验室用重铬酸钾与浓盐酸反应制备Cl2的离子方程式为 ; 通入氯气的目的是 。
[解析]在实验室以二氧化锗粗品(含GeO2和Ge及少量无关杂质)为原料制备GeCl4,然后使其水解得到GeO2·nH2O晶体,再加热干燥制得纯度较高的GeO2。再对产品进行分析,确定其成分。
加热条件下将Ge氧化为GeCl4
(2)为了防止烧瓶中盐酸浓度下降,实验过程中需要通过装置a不断滴加浓盐酸。盐酸保持较高浓度的原因为 。
[解析]盐酸保持较高浓度的原因为保证HCl氛围,防止GeCl4水解。
保证HCl氛围,防止GeCl4水解
(3)冷凝管中冷却水应从 (填“b”或“c”)口进入;为达到最佳效果,水槽中加入冰水混合物,则仪器d的作用为 ;实验室中温度计有不同规格,本实验应可选用 (填字母标号)。A.-30~20 ℃ B.0~50 ℃ C.50~100 ℃ D.100~150 ℃
[解析]根据逆流原则冷却水应从c口进入;仪器d用于收集冷却后的GeCl4;结合信息中GeCl4的理化性质可知,其沸点为86.6 ℃,可收集86 ℃左右的馏分,所选温度计的规格50~100 ℃为宜。
收集冷却后的GeCl4
(4)将d中的液体与蒸馏水按一定比例进行混合,静置12 h,可得到GeO2·nH2O晶体,此过程中的化学方程式为 。
[解析]将d中的液体与蒸馏水按一定比例进行混合,静置12 h,可得到GeO2·nH2O晶体,该过程中发生水解反应,化学方程式为GeCl4+(n+2)H2O ⇌ GeO2·nH2O↓+4HCl。
GeCl4+(n+2)H2O ⇌GeO2·nH2O↓+4HCl
(5)纯度测定称取m g GeO2样品,在加热条件下溶解,用NaH2PO2将其还原为Ge2+,用c ml·L-1 KIO3标准溶液滴定,消耗体积V mL,滴定指示剂为 ,样品纯度为 %(实验条件下NaH2PO2未被KIO3氧化)。
6. [2023·广东华南师大附中月考] 正丁醚常用作有机反应的溶剂。实验室制备正丁醚的主要实验装置如图:已知:Ⅰ.2CH3CH2CH2CH2OH H2O+ (CH3CH2CH2CH2)2O
Ⅱ.反应物和产物的相关数据如表:Ⅲ.制备流程如下:请回答:
[解析]正丁醇在浓硫酸作用下加热至135 ℃左右制备正丁醚,浓硫酸稀释过程放热,会出现液体暴沸飞溅,应该先加入正丁醇,再加入浓硫酸,并加入碎瓷片防止反应混合溶液暴沸,正丁醇易挥发,用冷凝管冷凝回流,提高原料利用率,并收集制备的正丁醚。
(1)仪器B的名称为 ,出水口是 (填“a”或“b”)。
[解析]仪器B为球形冷凝管,冷凝水的水流方向应该下口进,上口出,故冷凝水应该b进a出。
(2)浓硫酸和正丁醇添加到A中的先后顺序为 。
[解析]浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释,应该先加入正丁醇,再加入浓硫酸。
先加入正丁醇,再加入浓硫酸
(3)步骤②依次用水、NaOH溶液和水洗涤,第一次水洗的目的是 ,水层应从分液漏斗的 (填“上”或“下”)口分离出。
[解析]步骤②依次用水、NaOH溶液和水洗涤,第一次水洗的目的是洗去混合液中的硫酸,正丁醚的密度小于水,故水层从下口分离出。
(4)步骤④中,加热蒸馏时应收集 (填选项字母)左右的馏分。 A.100 ℃B.117 ℃C.135 ℃D.142 ℃
[解析] 步骤④中,加热蒸馏的目的是收集正丁醚,而正丁醚的沸点为142 ℃,故应收集142 ℃左右的馏分,故答案为D。
(5)反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质,且分为上下两层,随着反应的进行,分水器中液体逐渐增多至左侧支管口时,上层液体会流回A,下层液体可从下部放出。分水器中上层液体的主要成分为 (写物质名称),分水器的作用是 。
分离出生成物水,使平衡向正反应方向移动,提高正丁醇的转化率
[解析]正丁醇的沸点比正丁醚低,易随水蒸气蒸出,冷凝后进入分水器,分水器中收集到液体物质,因正丁醇密度比水小且微溶于水,会分为上下两层,上层为正丁醇,下层主要成分为水;分水器的作用是分离出生成物水,使平衡向正反应方向移动,提高正丁醇的转化率。
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