第2 讲 物质制备为载体的综合实验
考点一 无机物的制备
1.物质(固体物质)制备的三大原则
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+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑、
Al2(SO4)3+6Na[Al(OH)4]===8Al(OH)3↓+3Na2SO4, 当n(Al3+)∶n[Al(OH)4]-=1∶3
时,Al(OH)3产率最高
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(如
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
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.气体制备综合实验的分析
分析
制备
流程
装置排
气目的
和方法
常用稳定气体(如N2等)或反应产物气体(如SO2等)排尽装置中的空气,
以防止空气中的O2、CO2、水蒸气干扰实验
温度控
制目的
和方式
(1)控制低温的目的:减少某些反应物、产品分解或挥发,如H2O2、氨水
等;防止某物质水解,避免副反应发生等。
(2)加热目的:增大反应速率或使平衡移动,加速溶解等。
(3)温度控制方式:水浴、油浴均匀加热;冰水冷却等
控制气
(1)用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。
体流速
和用量
(2)观察气泡,控制气流速度。如图甲,既能干燥气体,又能通过观察控制
气泡逸出速率得到N2、H2的一定体积比的混合气体
(3)平衡气压。如图乙,用长玻璃管平衡气压,防止堵塞
1.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 。
答案 (1)①2NH4Cl+Ca(OH)2
CaCl2+2NH3↑+2H2O A ②C
(2)①C ②B 或C
(3)①MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O D
②Ca(ClO)2+4HCl(浓)===CaCl2+2Cl2↑+2H2O C
(4)C
(5)D,将分液漏斗换成温度计(或将烧瓶换成蒸馏烧瓶,将导气管换成温度计)
(6)H2或H2S(合理即可)
2.二氯异氰尿酸钠(NaC3N3O3Cl2)是一种高效广谱杀菌消毒剂,常温下为白色固体。其制备原理为
2NaClO+C3H3N3O3
NaC3N3O3Cl2+NaOH+H2O。请选择如图所示部分装置制备二氯异氰尿
酸钠。
请回答下列问题:
(1)仪器M 的名称是 。若发现实际操作过程中仪器N 中浓盐酸不易流下,可将仪器N 改为
。
(2)装置B 的作用是 。
(3)装置E 中发生反应的化学方程式为
。
(4)选择合适装置,按气流从左到右,装置的连接顺序为 (填字母)。
(5)实验时,先向装置A 中通入Cl2,生成高浓度的NaClO 溶液后,再加入氰尿酸溶液,且整个过程中不
断通入一定量Cl2,其原因是 。
答案 (1) 三颈烧瓶 恒压滴液漏斗 (2) 除去
Cl2
中的
HCl
(3)Ca(ClO)2+4HCl(浓)===CaCl2+2Cl2↑+2H2O (4)h→c→d→a(b)→b(a)→g (5)有利于NaC2N3O3Cl2
的生成
解析
(4)由上述分析可知,按气流从左到右,装置的连接顺序为h→c→d→a(b)→b(a)→g。(易错警示:装置A
中含有水,故除杂后的Cl2不需要干燥,可直接用于制备产品。)
3.(2024·山东部分学校联考)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种常用的净水剂,以废易拉罐(主要成分为铝
和少量不溶于碱性溶液的物质)为原料制取明矾晶体的实验流程如图:
回答下列问题:
(1)“碱溶”步骤中发生反应的化学方程式为
。
(2)“沉铝”步骤在煮沸条件下进行,生成Al(OH)3、NH3和NaHCO3。检验“沉铝”所得滤液中主要
阳离子的定性分析操作为 (填操作名称)。
(3)由浓硫酸配制250 mL“酸溶”所需的9 mol·L-1 H2SO4溶液需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、
量筒、 、 。
(4)“酸溶”步骤在如图所示的装置中进行,导管的作用是
。
圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为
。
(5)“酸溶”所得的溶液经过一系列步骤后可制得明矾晶体。该系列过程中还需要加入的试剂是
(填化学式)。
答案 (1)2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑ (2)焰色试验
(3)250 mL 容量瓶 胶头滴管
(4)平衡压强,便于H2SO4溶液顺利滴下
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O (5)K2SO4
解析 (1) 易拉罐中能与碱反应的物质为
Al,
化学方程式为
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑;(2)滤液中的阳离子主要为Na+,可以采用焰色试验进行检
验;(3)配制一定物质的量浓度的溶液,需要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、250 mL 容量瓶、
胶头滴管;(4)该导管连通烧瓶与漏斗,使得内外气压平衡,便于H2SO4溶液顺利滴下;(5)制备明矾缺乏
K 元素,所以添加K2SO4。
解答无机物制备试题的思维流程
明确
目的原理
首先认真审题,明确制备的物质及要求,弄清题目有哪些有用信息,综合已
学过的知识,通过类比、迁移、分析,从而明确实验原理
选择
仪器试剂
根据实验的目的和原理以及反应物和生成物的性质、反应条件,如反应物
和生成物的状态,能否腐蚀仪器,反应是否加热及温度是否控制在一定的范
围内等,从而选择化学仪器和试剂
连接装置
分步操作
把上一步骤中的仪器进行组装、连接,按照既定的实验加入反应物进行物
质的制备,注意反应条件的控制、副反应的发生、反应产物的提取等
提纯物质
计算产率
把制得的物质进行收集,如有需要,则进一步分离、提纯、称重,并计算产
率
考点二 有机物的制备
1.加热和冷凝回流
(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 中的分水器B 的作用是分离出反应生成的水,使平衡向
正反应方向移动,提高反应物转化率。
(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.提纯有机物的常见流程
1.精制溴苯(含Br2、HBr、FeBr3、
杂质)的工艺流程如下,请回答下列问题:
水洗
①
――→NaOH溶
液
②
――→水洗
③
――→干燥
④
――→蒸馏
⑤
(1)①的作用是 。
(2)②的作用是 。
(3)③的作用是 。
(4)④的作用是 。
(5)⑤的作用是 。
答案 (1)除去FeBr3、HBr 水溶性杂质 (2)除去溴 (3)除去前一步引入的氢氧化钠和反应生成的
溴化钠 (4)除水 (5)除去苯
2.(2024·哈尔滨师大附中调研)溴乙烷是一种重要的有机化工原料,其沸点为38.4 ℃,制备溴乙烷的一
种方法是乙醇与氢溴酸反应。实际通常是用溴化钠与一定浓度的硫酸和乙醇反应。某课外小组欲
在实验室制备溴乙烷的装置如图。
实验操作步骤如下:
①检查装置的气密性;
②在圆底烧瓶中加入95%乙醇、80%浓硫酸,然后加入研细的溴化钠粉末和几粒碎瓷片;
③小心加热,使其充分反应。
请回答下列问题:
(1)乙醇与氢溴酸反应的化学方程式是
。
(2)装置A 的作用是 。
(3)步骤②中在圆底烧瓶中加入95%乙醇、80%浓硫酸,两种试剂加入的顺序是 (填写正确选
项的字母)。
A.先加浓硫酸再加乙醇
B.先加乙醇再加浓硫酸
C.两者不分先后
(4)反应时若温度过高,观察到还有一种红棕色气体(Br2)产生,反应结束后,得到的粗产品呈棕黄色。
为了除去粗产品中的杂质,可选择下列试剂中的 (填写正确选项的字母)。
A.碳酸钠溶液
B.乙醇
C.四氯化碳
D.Na2SO3溶液
(5)要进一步制得纯净的溴乙烷,可继续用蒸馏水洗涤,分液后,再加入无水CaCl2,过滤。然后进行的实
验操作是 (填写正确选项的字母)。
A.分液
B.蒸馏
C.萃取
(6)为了检验溴乙烷中含有溴元素,通常采用的方法是
。
答案 (1)CH3CH2OH+HBr
CH3CH2Br+H2O (2)导气、冷凝回流 (3)B (4)AD (5)B
(6)加入氢氧化钠溶液,加热后,再加入硝酸酸化,再加硝酸银溶液,若有淡黄色沉淀生成,则含有溴元素
解析 (1)乙醇与氢溴酸发生取代反应,其化学方程式是CH3CH2OH+HBr
CH3CH2Br+H2O;(2)装置
A 为球形冷凝管,其作用是导气、冷凝回流,提高乙醇的利用率;(3)步骤②中在圆底烧瓶中加入95%
乙醇、80%浓硫酸,浓硫酸的密度大于乙醇,所以两种试剂的加入顺序是先加95%乙醇,再加80%浓
硫酸,故选B;(4)反应时若温度过高,观察到还有一种红棕色气体(Br2)产生,反应结束后得到的粗产品
呈棕黄色,为了除去粗产品中的杂质,可选择碳酸钠溶液或亚硫酸钠溶液,两者均可与溴单质反应,将
其除去;(5)无水氯化钙是一种干燥剂,具有吸水性,经蒸馏可将溴乙烷蒸出;(6)溴乙烷中不含有溴离子,
为了检验溴乙烷中含有溴元素,不能直接向溴乙烷中滴加硝酸银溶液检验,通常采用的方法是加入氢
氧化钠溶液,加热后,再加入硝酸酸化,再加硝酸银溶液,若有淡黄色沉淀生成,则含有溴元素。
3.(2024·福建龙岩模拟)苯甲酸具有广泛的用途,可用作食品防腐剂及有机合成的原料,实验室利用高
锰酸钾溶液氧化甲苯制备苯甲酸,实验装置如图1 所示(部分装置省略),实验操作和流程如图2 所示。
反应混合物→反应
滤液
¿
粗苯甲酸
图2
已知:甲苯的沸点是110.6 ℃;苯甲酸微溶于冷水,易溶于热水。
请回答下列问题:
(1)仪器甲的名称是 ;仪器乙的进水口是 (填“a”或“b”)。
(2)“反应混合物”是由9.20 g 甲苯和稍过量的KMnO4溶液组成的,反应混合物配制好后,观察到的现
象有 。
(3)“反应”在90 ℃、电动搅拌器作用下进行,并加热回流至分水器不再出现油珠。当分水器不再出
现油珠时,说明 。
(4)写出浓盐酸酸化时发生的主要反应的化学方程式: 。
(5)粗苯甲酸提纯后获得11.53 g 晶体,则苯甲酸的产率为 (保留三位有效数字)。
答案 (1)三颈烧瓶 a
(2)溶液分层,上层为油状液体,下层为紫红色溶液
(3)反应已进行完全
(4)
+HCl――→
+KCl (5)94.5%
解析 高锰酸钾和甲苯在加热条件下反应生成苯甲酸钾、二氧化锰、氢氧化钾,趁热过滤出二氧化
锰,滤液冷却、加浓盐酸酸化,析出苯甲酸。(1)结合实验装置图,可知仪器甲、乙分别为三颈烧瓶、
球形冷凝管;为使冷却水充满冷凝管,提高冷凝效果,冷凝水“低进高出”,需从a 口进水。(2)甲苯难
溶于水,密度比水小,反应混合物配制好后,观察到的现象有溶液分层,上层为油状液体,下层为紫红色
溶液。(3)甲苯难溶于水,当分水器不再出现油珠时,说明反应物中不含甲苯,反应已进行完全。(4)甲
苯被高锰酸钾氧化为苯甲酸钾,浓盐酸酸化时苯甲酸钾转化为苯甲酸,发生的主要反应的化学方程式
为
+HCl――→
+KCl。(5)9.2 g 甲苯的物质的量为0.1 mol,理论上生成
苯甲酸的物质的量为0.1 mol,质量为0.1 mol×122 g·mol-1=12.2 g,根据实际生成11.53 g 苯甲酸,可
知苯甲酸的产率为11.53 g
12.2 g ×100%≈94.5%。
有机物制备实验题的解题流程
根据题给信息,初步判定
物质性质
有机物制备通常会以表格的形式给出信息,表格中的信息主要是有
机化合物的密度、沸点和在水中的溶解性,在分析这些数据时要多
进行横向和纵向比较,密度主要是与水比较,沸点主要是表中各物质
的比较,溶解性主要是判断某物质在某溶剂中是溶还是不溶。根据
这些数据可准确选择分离、提纯的方法
注意仪器名称和作用
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
关注有机反应条件
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
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.(2023·福建卷)从苯甲醛和KOH 溶液反应后的混合液中分离出苯甲醇和苯甲酸的过程如下:
已知甲基叔丁基醚的密度为0.74 g·cm-3。下列说法错误的是( )
A.“萃取”过程需振荡、放气、静置分层
B.“有机层”从分液漏斗上口倒出
C.“操作X”为蒸馏,“试剂Y”可选用盐酸
D.“洗涤”苯甲酸,用乙醇的效果比用蒸馏水好
答案 D
解析 根据萃取的具体操作,可知“萃取”过程需要振荡、放气、静置分层,A 项正确。萃取剂甲基
叔丁基醚的密度为0.74 g·cm-3,小于水的密度,则有机层在上层,要从分液漏斗上口倒出,B 项正确。在
萃取、分液后得到有机层和水层,水层用试剂Y 调节pH 后经结晶、过滤、洗涤、干燥得到苯甲酸,
则有机层中含有苯甲醛和苯甲醇,二者可以通过蒸馏(“操作X”)分离;水层中含有苯甲酸钾和氢氧化
钾,可用盐酸(“试剂Y”)调节pH,然后根据物质溶解度随温度变化的不同,经过一系列操作得到苯甲酸,
C 项正确。苯甲酸溶于乙醇,则不能用乙醇洗涤,D 项错误。
2.(2024·安徽卷)仅用下表提供的试剂和用品,不能实现相应实验目的的是( )
选项
实验目的
试剂
用品
A
比较镁和铝的金属性强弱
MgCl2 溶液、AlCl3 溶
液、氨水
试管、胶头滴管
B
制备乙酸乙酯
乙醇、乙酸、浓硫
酸、饱和Na2CO3溶液
试管、橡胶塞、导管、乳胶
管、铁架台(带铁夹)、碎瓷
片、酒精灯、火柴
C
制备[Cu(NH3)4]SO4溶液
CuSO4溶液、氨水
试管、胶头滴管
D
利用盐类水解制备Fe(OH)3 胶
体
饱和FeCl3溶液、蒸馏
水
烧杯、胶头滴管、陶土网、三
脚架、酒精灯、火柴
答案 A
解析 向MgCl2溶液、AlCl3溶液中分别滴加氨水,均产生白色沉淀,且氨水过量沉淀不溶解,无法比
较Mg(OH)2、Al(OH)3的碱性强弱,即无法比较Mg 和Al 的金属性强弱,A 项符合题意;乙醇和乙酸在
浓硫酸催化、加热条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯和水,饱和Na2CO3溶液可溶解乙醇、吸收乙
酸、降低乙酸乙酯的溶解度,实验用品正确,B 项不符合题意;向硫酸铜溶液中逐滴加入氨水,先产生
蓝色Cu(OH)2沉淀,后沉淀溶解,得到[Cu(NH3)4]SO4溶液,实验用品正确,C 项不符合题意;向沸水中滴
加饱和FeCl3溶液,继续煮沸至溶液呈红褐色停止加热,得到氢氧化铁胶体,实验用品正确,D 项不符合
题意。
3.(2023·湖北卷)利用如图所示的装置(夹持及加热装置略)制备高纯白磷的流程如下:
红磷(s)
无色液体与P4(g)
白磷(s)
下列操作错误的是( )
A.红磷使用前洗涤以除去表面杂质
B.将红磷转入装置,抽真空后加热外管以去除水和氧气
C.从a 口通入冷凝水,升温使红磷转化
D.冷凝管外壁出现白磷,冷却后在氮气氛围下收集
答案 C
解析 红磷使用前应用水洗涤,除去其表面的可溶性氧化物及氧化物的水化物,A 正确;将红磷转入
装置,抽真空后加热外管,除去红磷表面的水分,同时除去残余的少量氧气,B 正确;由仪器构造可知,应
从b 口通入冷凝水(类比直形冷凝管的“下口进上口出”,b 口类似于直形冷凝管的下口),C 错误;通
入冷凝水后P4(g)在冷凝管外壁凝华,冷却后在氮气氛围下收集,防止产品变质,D 正确。
4.(2024·黑吉辽卷)某实验小组为实现乙酸乙酯的绿色制备及反应过程可视化,设计实验方案如下:
Ⅰ.向50 mL 烧瓶中分别加入5.7 mL 乙酸(100 mmol)、8.8 mL 乙醇(150 mmol)、1.4 g NaHSO4固体
及4~6 滴1‰甲基紫的乙醇溶液。向小孔冷凝柱中装入变色硅胶。
Ⅱ.加热回流50 min 后,反应液由蓝色变为紫色,变色硅胶由蓝色变为粉红色,停止加热。
Ⅲ.冷却后,向烧瓶中缓慢加入饱和Na2CO3溶液至无CO2逸出,分离出有机相。
Ⅳ.洗涤有机相后,加入无水MgSO4,过滤。
Ⅴ.蒸馏滤液,收集73~78 ℃馏分,得无色液体6.60 g,色谱检测纯度为98.0%。
回答下列问题:
(1)NaHSO4在反应中起
作用,用其代替浓H2SO4的优点是
(答出一条即可)。
(2)甲基紫和变色硅胶的颜色变化均可指示反应进程。变色硅胶吸水,除指示反应进程外,还可
。
(3)使用小孔冷凝柱承载,而不向反应液中直接加入变色硅胶的优点是 (填标号)。
A.无需分离
B.增大该反应平衡常数
C.起到沸石作用,防止暴沸
D.不影响甲基紫指示反应进程
(4)下列仪器中,分离有机相和洗涤有机相时均需使用的是 (填名称)。
(5)该实验乙酸乙酯的产率为 (精确到0.1%)。
(6)若改用C2H 5
18OH 作为反应物进行反应,质谱检测目标产物分子离子峰的质荷比数值应为
(精确至1)。
答案 (1)催化剂 NaHSO4无强氧化性,操作安全;副产物少,无有毒气体SO2产生(答出一条即可)
(2)促使反应正向进行,提高乙酸乙酯的产率
(3)AD (4)分液漏斗 (5)73.5% (6)90
解析 (1)乙酸和乙醇在浓硫酸催化和加热条件下发生酯化反应生成乙酸乙酯和水,该实验中用
NaHSO4代替浓H2SO4,起催化剂作用。NaHSO4无强氧化性,实验操作更安全;浓H2SO4具有强氧化性,
可与乙醇反应生成SO2等副产物,用NaHSO4代替浓H2SO4,减少副产物的产生。(2)变色硅胶吸水,除
指示反应进程外,还可使酯化反应正向进行,提高乙酸乙酯产率。(3)变色硅胶在小孔板上方,无需分
离,A 项正确;平衡常数只与温度有关,B 项错误;变色硅胶没有加入溶液中,不能防止暴沸,C 项错误;根
据反应液由蓝色变为紫色、变色硅胶由蓝色变为粉红色,知变色硅胶与甲基紫不接触才不影响甲基
紫指示反应进程,D 项正确。(4)分离和洗涤有机相均需用到的仪器为分液漏斗。(5)由于乙醇过量,
故根据乙酸的量计算乙酸乙酯的理论产量为100×10-3 mol×88 g·mol-1=8.8 g,则乙酸乙酯的产率为
6.60 g×98.0 %
8.8 g
×100%=73.5%。(6)若改用C2H 5
18OH 作为反应物进行反应,根据“酸脱羟基醇脱
氢”知,生成的乙酸乙酯为CH3CO18OC2H5,其相对分子质量为90,则质谱检测目标产物分子离子峰的
质荷比数值为90。
1.(2024·湖南卷)亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备[Cu(CH3CN)4]ClO4 的反应原理如下:
Cu(ClO4)2·6H2O+Cu+8CH3CN===2[Cu(CH3CN)4]ClO4+6H2O
实验步骤如下:
分别称取3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O 和0.76 g Cu 粉置于100 mL 乙腈(CH3CN)中反应,回流装置图和蒸馏
装置图(加热、夹持等装置略)如下:
已知:①乙腈是一种易挥发的强极性配位溶剂;
②相关物质的信息如下:
化合物
[Cu(CH3CN)4]ClO4
Cu(ClO4)2·6H2O
相对分子质量
327.5
371
在乙腈中颜色
无色
蓝色
回答下列问题:
(1)下列与实验有关的图标表示排风的是 (填标号)。
(2)装置Ⅰ中仪器M 的名称为 。
(3)装置Ⅰ中反应完全的现象是 。
(4)装置Ⅰ和Ⅱ中N2气球的作用是 。
(5)[Cu(CH3CN)4]ClO4不能由步骤c 直接获得,而是先蒸馏至接近饱和,再经步骤d 冷却结晶获得。这
样处理的目的是
。
(6)为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4结晶,步骤e 中向母液中加入的最佳溶剂是 (填标号)。
A.水 B.乙醇 C.乙醚
(7)合并步骤d 和e 所得的产物,总质量为5.32 g,则总收率为 (用百分数表示,保留一位小
数)。
答案 (1)D (2)球形冷凝管 (3)溶液蓝色褪去变为无色 (4)提供保护气,防止制备的产品被氧化
(5)冷却过程中降低[Cu(CH3CN)4]ClO4在水中的溶解度 (6)B (7)81.2%
解析 将Cu(ClO4)2·6H2O 和Cu 粉以及乙腈(CH3CN)加入两颈烧瓶中,经水浴加热并回流进行充分反
应,反应结束后过滤除去未反应完全的Cu,然后利用乙腈的挥发性进行蒸馏除去乙腈,将剩余溶液进
行冷却结晶分离出[Cu(CH3CN)4]ClO4。(1)
表示需佩戴护目镜,
表示当心火灾,
表示注意烫伤,
表示排风,
表示必须洗手,故答案为D。(2)装置Ⅰ中仪器M 的名称为球
形冷凝管。(3)Cu(ClO4)2·6H2O 在乙腈中为蓝色,[Cu(CH3CN)4]ClO4在乙腈中为无色,因此装置Ⅰ中反
应完全的现象是溶液蓝色褪去变为无色,可证明Cu(ClO4)2·6H2O 已充分反应完全。(4)由于制备的
[Cu(CH3CN)4]ClO4中Cu 元素为+1 价,具有较强的还原性,容易被空气中氧气氧化,因此装置Ⅰ和Ⅱ中
N2气球的作用是提供保护气,防止制备的产品被氧化。(5)[Cu(CH3CN)4]ClO4为离子化合物,具有强极
性,在水中溶解度较大,在温度较高的环境下蒸馏难以分离,若直接将水蒸干难以获得晶体状固体,因
此需先蒸馏至接近饱和,再经步骤d 冷却结晶,从而获得晶体。(6)为了使母液中的[Cu(CH3CN)4]ClO4
结晶,可向母液中加入极性较小的溶剂,与水混溶的同时扩大与[Cu(CH3CN)4]ClO4的极性差,进而使
[Cu(CH3CN)4]ClO4析出,因此可选用的溶剂为乙醇,故答案为B。(7)3.71 g Cu(ClO4)2·6H2O 的物质的
量为
3.71 g
371 g·mol
−1=0.01 mol,理论制得[Cu(CH3CN)4]ClO4的质量为0.01 mol×2×327.5 g·mol-1=6.55 g,
总收率为5.32 g
6.55 g×100%=81.2%。
2.(2024·江西卷)一种可用于温度传感的红色配合物Z,其制备实验步骤及传感原理如图(反应物均按
化学计量数之比进行投料):
Ⅰ.将Ni(NO3)2·6H2O 和去离子水加入圆底烧瓶中,搅拌至完全溶解,再依次加入乙酰丙酮(HY)、无水
Na2CO3和N,N,N'-三甲基乙二胺(X)溶液,继续搅拌5 min;
Ⅱ.加入NaB(C6H5)4溶液,立即生成红色沉淀,室温下继续反应35 min;
Ⅲ.减压过滤,用去离子水洗涤3 次,烘干,重结晶,得到配合物Z;
Ⅳ.室温下,将适量Z 溶于丙酮(L),温度降至15 ℃,溶液经混合色逐渐转为蓝绿色,得到配合物W 的溶
液。
回答下列问题:
(1)已知配合物Z 中Ni、N 和O 五个原子共平面,Ni2+的杂化方式 (填“是”或“不
是”)sp3。
(2)步骤Ⅰ中,加入Na2CO3的目的是 。
(3)步骤Ⅱ中,为避免沉淀包裹反应物共沉,可采取的操作是 。
(4)步骤Ⅲ中,洗涤去除的无机盐产物是 。
(5)采用EDTA 配位滴定法测定Ni 的含量。实验步骤如下:
ⅰ.准确称取m g 的配合物Z;
ⅱ.加入稀硝酸使样品完全消解,再加入去离子水,用20%醋酸钠溶液调节pH 至4~5;
ⅲ.以PAN 为指示剂,用c mol·L-1 EDTA 标准溶液滴定,平行测定三次,平均消耗EDTA 体积V mL。
已知:EDTA 与Ni2+化学计量数之比为1∶1。
Ni 的质量百分含量为 %。
(6)利用上述配合物的变色原理(温差约10 ℃时,颜色有明显变化),设计一种实用温度传感装置
。
答案 (1)不是 (2)提供碱性环境 (3)剧烈搅拌
(4)NaNO3或硝酸钠 (5)5.9cV
m
(6)具有温度指示功能的水杯,水杯外壁涂有配合物W(含少量丙酮)并以透明材料密封,附有比色卡。
水温可通过所示颜色与比色卡对比大致判断,从而确定是否适合饮用
解析 (1)配合物Z 中Ni、N 和O 五个原子共平面,若Ni2+为sp3杂化,则存在四面体结构,故Ni2+的杂
化方式不是sp3。(2)步骤Ⅰ中发生反应
+H+,加入Na2CO3可消耗H+,促使
反应正向进行。(3)步骤Ⅱ中,为避免沉淀包裹反应物共沉,可剧烈搅拌。(4)步骤Ⅱ中发生反应
N
O3
−
+NaB(C6H5)4――→
[B(C6H5)4]-↓+NaNO3,故步骤Ⅲ中洗涤去除的无机盐产
物为NaNO3。(5)n(Ni)=n(EDTA)=c mol·L-1×V×10-3 L=cV×10-3 mol,则Ni 的质量百分含量为cV×10-3
mol×59 g·mol-1÷m g×100%=5.9cV
m
%。(6)可结合配合物颜色随温度变化的原理设计温度传感装置。
3.(2023·湖南卷)金属Ni 对H2有强吸附作用,被广泛用于硝基或羰基等不饱和基团的催化氢化反应,
将块状Ni 转化成多孔型雷尼Ni 后,其催化活性显著提高。
已知:①雷尼Ni 暴露在空气中可以自燃,在制备和使用时,需用水或有机溶剂保持其表面“湿润”;
②邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行。
某实验小组制备雷尼Ni 并探究其催化氢化性能的实验如下:
步骤1:雷尼Ni 的制备
Ni/Al 合金颗粒
雷尼Ni 混合物
雷尼Ni 悬浮液
步骤2:邻硝基苯胺的催化氢化反应
反应的原理和实验装置图如下(夹持装置和搅拌装置略)。装置 Ⅰ 用于储存H2和监测反应过程。
回答下列问题:
(1)操作(a)中,反应的离子方程式是
。
(2)操作(d)中,判断雷尼Ni 被水洗净的方法是
。
(3)操作(e)中,下列溶剂中最有利于步骤2 中氢化反应的是 。
A.丙酮
B.四氯化碳
C.乙醇
D.正己烷
(4)向集气管中充入H2时,三通阀的孔路位置如下图所示;发生氢化反应时,集气管向装置 Ⅱ 供气,此
时孔路位置需调节为 。
向集气管中充入H2
集气管向装置 Ⅱ 供气
(5)仪器M 的名称是 。
(6)反应前应向装置Ⅱ中通入N2一段时间,目的是
。
(7) 如果将三颈瓶N 中的导气管口插入液面以下, 可能导致的后果是
。
(8)判断氢化反应完全的现象是
。
答案 (1)2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑ (2)取最后一次洗涤液于试管中,滴加几滴酚酞,溶液
不变红色 (3)C (4)B (5)恒压滴液漏斗 (6)排除装置中的空气,防止雷尼Ni 自燃 (7)雷尼Ni 堵
塞导管 (8)集气管或水准管中液面不再变化
解析 本题是一道工业流程兼实验的综合题,首先用氢氧化钠溶液溶解镍铝合金中的铝,过滤后先后
用碱和水来洗涤固体镍,随后加入有机溶剂制得雷尼镍悬浮液,用于步骤2 中邻硝基苯胺的催化氢化,
以此解题。(1) 铝可以和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气, 离子方程式为2Al+2OH-
+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑;(2)由于水洗之前是用碱洗,此时溶液显碱性,故可以用酸碱指示剂来判断
是否洗净,具体方法为,取最后一次洗涤液于试管中,滴加几滴酚酞,溶液不变红色,证明洗涤干净;(3)根
据题给信息可知,邻硝基苯胺在极性有机溶剂中更有利于反应的进行,在丙酮、四氯化碳、乙醇、正
己烷中极性较强的为乙醇,故选C;(4)根据向集气管中通入H2时三通阀的孔路位置,可确定集气管向
装置Ⅱ中供气时,应保证下侧、右侧孔路通气,故B 正确;(5)由图可知,仪器M 的名称是恒压滴液漏斗;
(6)根据题给信息可知,雷尼Ni 暴露在空气中可以自燃,故反应前向装置Ⅱ中通入N2一段时间,目的是
排除装置中的空气,防止雷尼Ni 自燃;(7)三颈瓶N 中为雷尼Ni 的悬浮液,若将导气管插入液面下,雷
尼Ni 会堵塞导管;(8)反应完成后,氢气不再被消耗,则集气管或水准管中液面不再变化。
4.(2023·福建卷)某研究小组以TiCl4为原料制备新型耐热材料TiN。
Ⅰ.由TiCl4水解制备TiO2(实验装置如图A,夹持装置省略):滴入TiCl4,边搅拌边加热,使混合液升温至
80 ℃,保温3 小时。离心分离白色沉淀(TiO2·xH2O)并洗涤,煅烧制得TiO2。
(1)装置A 中冷凝管的进水口为 (填“a”或“b”)。
(2)三颈烧瓶中预置的稀盐酸可抑制胶体形成、促进白色沉淀生成。TiCl4水解生成的胶体主要成分
为 (填化学式)。
(3)判断TiO2·xH2O 沉淀是否洗涤干净,可使用的检验试剂有 。
Ⅱ.由TiO2制备TiN 并测定产率(实验装置如下图,夹持装置省略)。
(4)装置C 中试剂X 为 。
(5) 装置
D
中反应生成
TiN 、N2 和
H2O, 该反应的化学方程式为
。
(6)装置E 的作用是 。
(7)实验中部分操作如下:
a.反应前,称取0.800 g TiO2样品;
b.打开装置B 中恒压滴液漏斗旋塞;
c.关闭装置B 中恒压滴液漏斗旋塞;
d.打开管式炉加热开关,加热至800 ℃左右;
e.关闭管式炉加热开关,待装置冷却;
f.反应后,称得瓷舟中固体质量为0.656 g。
①正确的操作顺序为a→ → → → →f(填标号)。
②TiN 的产率为 。
答案 (1)b (2)Ti(OH)4 (3)AgNO3溶液 (4)碱石灰(或其他合理答案)
(5)6TiO2+8NH3
6TiN+N2+12H2O
(6)吸收氨气和水蒸气
(7)①b d e c ②80.0%
解析 (2)类比FeCl3水解得到Fe(OH)3胶体,可得TiCl4水解得到的胶体主要成分为Ti(OH)4。(3)TiCl4
水解后,经离心分离得到TiO2·xH2O 沉淀,沉淀上可能附着Cl-,检验沉淀是否洗净,只需检验洗涤液中
Cl-是否存在,即取最后一次洗涤液少许,滴加AgNO3溶液看是否产生白色沉淀。(4)由题给装置可知
是用NH3与TiO2在加热条件下制得TiN。装置B 中产生NH3,装置C 中试剂X 的作用是吸收NH3中
的H2O,则试剂X 可以是碱石灰。(5)反应物为NH3、TiO2,生成物为TiN、N2和H2O,根据原子守恒、
得失电子守恒得出反应的化学方程式。(6)为了防止TiN 水解和NH3污染环境,使用CaCl2吸收水蒸
气和NH3。(7)①在反应前需要用NH3排出空气,反应后需要待装置冷却后才能停止通NH3,则实验中
装入TiO2样品后,接下来的操作依次是打开装置B 中恒压滴液漏斗旋塞→打开管式炉加热开关,加
热至800 ℃左右→关闭管式炉加热开关,待装置冷却→关闭装置B 中恒压滴液漏斗旋塞→称量固体
质量,即正确的操作顺序为a→b→d→e→c→f。②反应前加入0.800 g(0.01 mol)TiO2,根据原子守恒
可知理论上会产生0.62 g(0.01 mol) TiN,但实际上反应后固体质量为0.656 g,则TiO2未反应完全。
设TiO2反应了x mol,则生成了x mol TiN,得0.800 g-80x g+62x g=0.656 g,解得x=0.008,则TiN 的
产率为0.008mol
0.01mol ×100%=80%。
