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第 69 讲 以物质制备为主的综合实验
[复习目标] 1.掌握物质制备型实验方案设计的原则。2.掌握解答物质制备型实验综合题的
思维模型。
类型一 无机物的制备
1．常见的气体发生装置
辨认下列常见的气体发生装置，完成下列问题：
(1)①用氯化铵与消石灰制取氨气，化学方程式为_______________________________，
选用装置：______(填字母，下同)。
②用浓氨水与碱石灰制取氨气，选用装置：___________________________________。
(2)①用碳酸钠与稀硫酸制取二氧化碳，选用装置：__________。
②用石灰石与稀盐酸制取二氧化碳，选用装置：__________。
(3)①用浓盐酸与二氧化锰制取氯气，化学方程式为____________________________，
选用装置：______。
②用漂白粉与浓盐酸制取少量氯气，化学方程式为____________________________
________________________________________________________________________，
选用装置：______。
(4)铜与浓硝酸反应制取二氧化氮，选用装置：__________。
(5)实验室制取乙烯的装置，可以通过选用上面哪个装置进行改进？若橡皮塞最多只允许打
两个孔，应如何改进所选实验装置：__________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)上述B装置还能制取的气体有：_________________________________________。
2．气体的净化
(1)设计原则：根据主要气体及杂质气体的性质差异来选择除杂试剂及除杂装置。(2)吸收剂的选择
吸收剂的选择应根据被提纯气体的性质和杂质的性质来确定，一般情况如下：
①易溶于水的气体杂质可用水吸收；
②酸性杂质可用碱性物质吸收；
③碱性杂质可用酸性物质吸收；
④水为杂质时，可用干燥剂吸收；
⑤能与杂质发生反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。
3．尾气处理装置的选择
a装置用于吸收或溶解反应速率不是很快的气体，如用NaOH溶液吸收Cl、CO 等。
2 2
b装置用于收集少量气体。
c、d装置用于吸收极易溶且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH 等，其中d装置吸收量较
3
少。
e装置用于处理难以吸收的可燃性气体，如H、CO等。
2
4．实验条件的控制
(1)排气方法
为了防止空气中的O 、CO 、水蒸气等干扰实验，常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中
2 2
的空气；有时也可充分利用反应产物气体(如氨气、氯气、二氧化硫等)排尽装置中的空气。
(2)控制气体的流速及用量
①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。
②观察气泡，控制气流速度，如图甲，可通过观察气泡得到 N 、H 的体积比约为1∶3的混
2 2
合气体。
③平衡气压，如图乙，用长玻璃管平衡气压，防堵塞。
(3)压送液体
根据装置的密封性，让反应生成气体或消耗气体，产生压强差，将液体压入或倒流入另一反
应容器。
(4)温度控制
①控制低温的目的：减少某些反应物或产物分解，如HO 、NH HCO 等；减少某些反应物
2 2 4 3
或产物挥发，如盐酸、氨水等；防止某些物质水解，避免副反应发生等。
②采取加热的目的：加快反应速率或使平衡移动，加速溶解等。③常考的温度控制方式
a．水浴加热：均匀加热，反应温度在100 ℃以下。
b．油浴加热：均匀加热，反应温度在100～260 ℃之间。
c．冰水冷却：使某物质液化、降低产物的溶解度；减少其他副反应，提高产品纯度等。
d．保温：如真空双层玻璃容器等。
5．解答物质制备综合实验题的一般程序
(1)认真阅读题干，提取有用信息，包括实验目的、反应条件、陌生物质的性质、陌生反应
原理等。
(2)仔细观察装置图(或框图)，联想熟悉的实验，找出每件仪器(或步骤)与熟悉的某一实验相
似的地方，分析每件仪器中所装药品的作用。
(3)通读问题，整合信息，把所有的问题进行综合分析，运用题给信息和化学基础知识做出
正确解答。
1．(2022·齐齐哈尔市高三模拟)溴化亚铁(FeBr ，易潮解、800 ℃升华)是一种无机化工产品，
2
常用作聚合反应催化剂，也用于制药工业。某同学在实验室制备FeBr (Fe与HBr反应)，装
2
置(部分夹持仪器已省略)如图所示：
已知：2FeBr =====2FeBr ＋Br ↑。
3 2 2
回答下列问题：
(1)盛放浓磷酸的仪器名称为____________。
(2)写出烧瓶中发生反应的化学方程式：______________________________________
________________________________________________________________________
(磷酸过量)，该反应中体现的制酸原理是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)上述装置中，X、Y分别盛装的试剂依次是__________(填字母)。
A．氯化钙、碱石灰 B．碱石灰、氯化钙
C．氯化钙、硫酸铜 D．氢氧化钠、硫酸铜
(4)实验结束后，关闭热源，仍需要通入一段时间N，其目的是_________________
2
________________________________________________________________________。
(5)若用浓硫酸(生成SO 和Br )代替浓磷酸，同样可以制备FeBr ，请简述原因：
2 2 2________________________________________________________________________。
2．(2022·江西新余市高三模拟)硫氰化钾(KSCN)俗称玫瑰红酸钾，是一种用途广泛的化学药
品。实验室模拟工业制备硫氰化钾的实验装置如图所示：
已知：①CS 不溶于水，密度比水的大；②NH 不溶于CS ；③三颈烧瓶内盛有CS 、水和
2 3 2 2
催化剂。
回答下列问题：
(1)制备NH SCN溶液：
4
①实验前，经检查装置的气密性良好。其中装置B中的试剂是________。三颈烧瓶的下层
CS 液体必须浸没导气管口，目的是_________________________________________
2
________________________________________________________________________。
②实验开始时，打开K ，加热装置A、D，使A中产生的气体缓缓通入D中，发生反应CS
1 2
＋3NH ======NH SCN＋NH HS(该反应比较缓慢)至CS 消失。
3 4 4 2
(2)制备KSCN溶液：
①熄灭装置A处的酒精灯，关闭K 和K ，移开水浴，将装置D继续加热至105 ℃，当
1 2
NH HS完全分解后(NH HS===HS↑＋NH ↑)，打开K ，继续保持液温105 ℃，缓缓滴入
4 4 2 3 2
适 量 的 KOH 溶 液 ， 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 为
____________________________________________
________________________________________________________________________。
②使用KOH溶液会使产品KSCN固体中混有较多的KS，工业上用相同浓度的KCO 溶液
2 2 3
替换KOH溶液，除了原料成本因素外，优点是_______________________________
________________________________________________________________________。
③装置E的作用是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)制备KSCN晶体：先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂，再减压、________、________、过
滤、洗涤、干燥，得到硫氰化钾晶体。
类型二 有机物的制备
1．有机物制备的注意要点(1)熟知常用仪器及用途
(2)依据物质性质和反应特点选择加热或冷却方式
①加热：酒精灯的火焰温度一般在400～500 ℃，乙酸乙酯的制取、石油的蒸馏等实验选用
酒精灯加热，若温度要求更高，可选用酒精喷灯或电炉加热。除上述加热方式外还可以根据
加热的温度要求选择水浴、油浴、沙浴加热。
②冷凝回流：有机物易挥发，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。如图1、图3中的冷凝管，图2中的长玻璃管B的作用都
是冷凝回流。
③防暴沸：加沸石(或碎瓷片)，防止溶液暴沸；若开始忘加沸石(或碎瓷片)，需冷却后补加。
2．常见有机物分离提纯的方法
(1)分液：用于分离两种互不相溶(密度也不同)的液体。
(2)蒸馏：用于分离沸点不同的互溶液体。分馏的原理与此相同。(3)洗气：用于除去气体混合物中的杂质，如乙烷中的乙烯可通过溴水洗气除去。
(4)萃取分液：如分离溴水中的溴和水，可用四氯化碳或苯进行萃取，然后分液。
3．有机物制备实验题的答题思路
有机物制备一般会给出相应的信息，通常会以表格的形式给出，表格
根据题给信 中的数据主要是有机化合物的密度、沸点和在水中的溶解性，在分析
息，初步判定 这些数据时要多进行横向和纵向地比较，密度主要是与水比较，沸点
物质性质 主要是表中各物质的比较，溶解性主要是判断溶还是不溶。主要根据
这些数据选择分离、提纯的方法
注意仪器名称
所给的装置图中有一些不常见的仪器，要明确这些仪器的作用
和作用
大多数有机反应副反应较多，且为可逆反应，因此设计有机物制备实
验方案时，要注意控制反应条件，尽可能选择步骤少、副产物少的反
关注有机反应
应；由于副产物多，所以需要进行除杂、净化。另外，若为两种有机
条件
物参加的可逆反应，应考虑多加一些价廉的有机物，以提高另一种有
机物的转化率和生成物的产率
1．(2022·日照模拟)乙醇酸钠(HOCHCOONa)又称羟基乙酸钠，它是一种有机原料，其相对
2
分子质量为98。羟基乙酸钠易溶于热水，微溶于冷水，不溶于醇、醚等有机溶剂。实验室
拟用氯乙酸(ClCH COOH)和NaOH溶液制备少量羟基乙酸钠，此反应为剧烈的放热反应。
2
具体实验步骤如下：
步骤1：向如图所示装置的三颈烧瓶中，加入132.3 g氯乙酸、50 mL水，搅拌。逐步加入
40% NaOH溶液，在95 ℃继续搅拌反应2小时，反应过程控制 pH约为9至10之间。
步骤2：蒸出部分水至液面有薄膜，加少量热水，操作1，滤液冷却至15 ℃，过滤得粗产
品。步骤3：粗产品溶解于适量热水中，加活性炭脱色，操作2，分离掉活性炭。
步骤4：将去除活性炭后的溶液加入适量乙醇中，操作3，过滤，干燥，得到羟基乙酸钠。
请回答下列问题：
(1)步骤1中，发生反应的化学方程式是______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如图所示的装置中仪器B为球形冷凝管，下列说法不正确的是________(填字母)。
A．球形冷凝管与直形冷凝管相比，冷却面积更大，效果更好
B．球形冷凝管既可以作倾斜式蒸馏装置，也可用于垂直回流装置
C．在使用冷凝管进行蒸馏操作时，一般蒸馏物的沸点越高，蒸气越不易冷凝
(3)步骤2中，三颈烧瓶中如果忘加磁转子该如何操作：________________________。
(4)上述步骤中，操作1、2、3的名称分别是________(填字母)。
A．过滤，过滤，冷却结晶
B．趁热过滤，过滤，蒸发结晶
C．趁热过滤，趁热过滤，冷却结晶
(5)步骤4中，得到纯净羟基乙酸钠1.1 mol，则实验产率为________%(结果保留1位小数)。
2．席夫碱在有机合成、液晶材料、植物生长调节等多个领域有重要用途。学习小组在实验
室中探究由对甲基苯胺( )与苯甲醛( )在酸催化下制备对甲基
苯胺缩苯甲醛席夫碱( ，M＝195 g·mol－1)，有关信息和装置分别如表格和
图像所示。
物质 相对分子质量 密度/(g·cm－3) 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
微溶于水，
对甲基苯胺 107 0.96 44 200
易溶于乙醇
乙醇 46 0.78 －114 78 溶于水
微溶于水，
苯甲醛 106 1.0 －26 179
与乙醇互溶回答下列问题：
(1)实验步骤
①按图安装好制备装置，检查装置的气密性。向A中加入6.0 g对甲基苯胺、5.0 mL苯甲醛、
50 mL乙醇和适量乙酸。其中分水器可接收并分离生成的水。乙醇的作用为___________
________________。
②控制反应温度为50 ℃，加热回流至反应结束，合适的加热方式为____________；A中发
生的主要反应的化学方程式为________________________________________________；能说
明反应结束的实验现象为________________________________________________________。
(2)纯化产品
①按图安装好水蒸气蒸馏装置，检查装置的气密性。将 A中反应后余液转移至D中，在C
中加入适量水，进行蒸馏，将产品中的乙醇、对甲基苯胺和苯甲醛蒸出。玻璃管 a的作用为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
仪器b的名称为________。
②蒸馏操作结束后，需先打开止水夹再停止加热的原因为______________________。
③实验后将装置D中固体洗涤、干燥后，进一步通过__________(填操作名称)纯化后，得到
纯品6.0 g。本实验的产品产率为________________(保留三位有效数字)。
1．(2022·山东，18)实验室利用FeCl ·4H O和亚硫酰氯(SOCl )制备无水FeCl 的装置如图所
2 2 2 2
示(加热及夹持装置略)。已知SOCl 沸点为76 ℃，遇水极易反应生成两种酸性气体。回答
2
下列问题：
(1)实验开始先通N。一段时间后，先加热装置________(填“a”或“b”)。装置b内发生反
2
应的化学方程式为________________________________________________________。
装置c、d共同起到的作用是_______________________________________________。
(2)现有含少量杂质的FeCl ·nHO，为测定n值进行如下实验：
2 2
实验Ⅰ：称取m g样品，用足量稀硫酸溶解后，用c mol·L－1 KCr O 标准溶液滴定Fe2＋达
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终点时消耗V mL(滴定过程中Cr O转化为Cr3＋，Cl－不反应)。
2
实验 Ⅱ：另取m g样品，利用上述装置与足量SOCl 反应后，固体质量为m g。
1 2 2则n＝________________；下列情况会导致n测量值偏小的是__________(填字母)。
A．样品中含少量FeO杂质
B．样品与SOCl 反应时失水不充分
2
C．实验Ⅰ中，称重后样品发生了潮解
D．滴定达终点时发现滴定管尖嘴内有气泡生成
(3)用上述装置、根据反应TiO ＋CCl =====TiCl ＋CO 制备TiCl 。已知TiCl 与CCl 分子结
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构相似，与CCl 互溶，但极易水解。选择合适仪器并组装蒸馏装置对TiCl 、CCl 混合物进
4 4 4
行蒸馏提纯(加热及夹持装置略)，安装顺序为①⑨⑧__________(填序号)，先馏出的物质为
__________。
2．(2022·湖北，16)高技术领域常使用高纯试剂。纯磷酸(熔点为42 ℃，易吸潮)可通过市售
85%磷酸溶液减压蒸馏除水、结晶除杂得到，纯化过程需要严格控制温度和水分，温度低于
21 ℃易形成2HPO ·H O(熔点为30 ℃)，高于100 ℃则发生分子间脱水生成焦磷酸等。某
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兴趣小组为制备磷酸晶体设计的实验装置如下(夹持装置略)：
回答下列问题：
(1)A的名称是____________。B的进水口为________(填“a”或“b”)。
(2)P O 的作用是_________________________________________________________。
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(3)空气流入毛细管的主要作用是防止________________________________________
________________________________________________________________________，
还具有搅拌和加速水逸出的作用。
(4)升高温度能提高除水速度，实验选用水浴加热的目的是_____________________。
(5)磷酸易形成过饱和溶液，难以结晶，可向过饱和溶液中加入__________促进其结晶。
(6)过滤磷酸晶体时，除了需要干燥的环境外，还需要控制温度为__________(填字母)。
A．<20 ℃ B．30～35 ℃ C．42～100 ℃
(7)磷酸中少量的水极难除去的原因是_______________________________________
_______________________________________________________________________。
3．(2020·全国卷Ⅱ，27)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸，其反应原理简示如下：
＋KMnO ―→ ＋MnO
4 2
＋HCl―→ ＋KCl
名称 相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/(g·mL－1) 溶解性
不溶于水，易溶
甲苯 92 －95 110.6 0.867
于乙醇
122.4(100 ℃ 微溶于冷水，易
苯甲酸 122 248 —
左右开始升华) 溶于乙醇、热水
实验步骤：
(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入 1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03
mol)高锰酸钾，慢慢开启搅拌器，并加热回流至回流液不再出现油珠。
(2)停止加热，继续搅拌，冷却片刻后，从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液，
并将反应混合物趁热过滤，用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液，于冰水浴中冷却，然
后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤，用少量冷水洗涤，放在沸水浴上
干燥。称量，粗产品为1.0 g。
(3)纯度测定：称取0.122 g粗产品，配成乙醇溶液，于100 mL容量瓶中定容。每次移取
25.00 mL溶液，用0.010 00 mol·L－1的KOH标准溶液滴定，三次滴定平均消耗21.50 mL的
KOH标准溶液。
回答下列问题：
(1)根据上述实验药品的用量，三颈烧瓶的最适宜规格为________(填字母)。
A．100 mL B．250 mL
C．500 mL D．1 000 mL
(2)在反应装置中应选用________冷凝管(填“直形”或“球形”)，当回流液不再出现油珠即
可判断反应已完成，其判断理由是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是___________________________________；该步骤
亦可用草酸在酸性条件下处理，请用反应的离子方程式表达其原理______________
________________________________________________________________________。
(4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是______________。
(5)干燥苯甲酸晶体时，若温度过高，可能出现的结果是________________________。
(6)本实验制备的苯甲酸的纯度为______________；据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于______(填字母)。
A．70% B．60% C．50% D．40%
(7)若要得到纯度更高的苯甲酸，可通过在水中________的方法提纯。
