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第67讲 以物质制备为主的综合实验
第十章 化学实验基础
课程标准
根据化学实验的目的和要求，能做到：
(1)设计实验方案；
(2)正确选用实验装置；
(3)掌握控制实验条件的方法；
(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；(5)评价或改进实验方案。
考点一 无机物的制备
考点二 基于有机物制备的综合实验探究
内容索引
课时测评
无机物的制备
考点一
要点梳理
一、物质制备流程
二、实验操作流程
三、操作先后流程
1．装配仪器时：先下后上，先左后右。
2．接口的连接顺序：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“粗”进“细”出。
3．实验开始时：先检查装置气密性，再加药品，后点酒精灯。
4．加热操作注意事项：主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯，其目的一是防止爆炸，如H2还原CuO、CO还原Fe2O3；二是保证产品纯度，如制备Mg3N2、CuCl2等。反应结束时，应先熄灭酒精灯，继续通原料气直到冷却为止。
5．尾气处理：有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃，无毒气体直接排放。
6．气体的纯度：点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的装置前，必须检查气体的纯度。
7．倒吸问题：实验过程用到加热操作的要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。
8．冷凝回流问题：有易挥发的液体反应物时，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置或在发生装置中安装长玻璃管等。
9．拆卸时的安全性和科学性：实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑何时停止加热或停止通气，如有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；拆卸用排水法收集且需要加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，再熄灭酒精灯，以防止水倒吸。拆下的仪器要清洗、干燥、归位。
典题
(2023·山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HCl SiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
典题引领
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为_______________；判断制备反应结束的实验现象是___________________
______________________。
图示装置存在的两处缺陷是________________________________________
_________。
检查装置气密性
管式炉中固体消失、
蒸馏烧瓶中无液体滴入
C和D之间缺少干燥装置，没有处理氢气的
装置
利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3，实验前要检查装置气密性，故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加，则实验现象是管式炉中固体消失、蒸馏烧瓶中无液体滴入。SiHCl3容易水解，D中水蒸气容易进入C中，C和D之间应增加吸收水蒸气的装置，NaOH溶液吸收HCl，但不吸收H2，D装置后应增加处理H2的装置。
(2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为____________________________________________________。
SiHCl3 ＋5NaOH===Na2SiO3 ＋H2 ↑＋3NaCl
＋2H2O
已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3 ＋5NaOH===Na2SiO3＋ H2 ↑＋3NaCl ＋2H2O。
(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。
m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①______，②_________(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2 g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为____(填
字母)。测得样品纯度为_________________(用含m1、m2的代数式表示)。
灼烧
冷却干燥
AC
由后续操作可知，SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩埚中灼烧(得到SiO2)，然后在干燥器中冷却干燥SiO2，使用的仪器分别为A、C。根据原子守恒可得关系式SiHCl3～ SiO2，则m1 g样品中SiHCl3的质量为
考向探究
1．三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。已知：BCl3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，易潮解。实验室制备三氯化硼的原理为
B2O3＋3C＋3Cl2 2BCl3＋3CO
(1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气
(不用收集)：
①装置B的作用是_____________________，
装置C盛放的试剂是__________。
除去Cl2中混有的HCl
浓H2SO4
②装置A中发生反应的离子方程式为
_________________________________。
ClO ＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
用KClO3和浓盐酸反应制得的Cl2中含有HCl及水蒸气，因此装置B中盛放饱和食盐水，作用是除去Cl2中混有的HCl，装置C中盛放浓H2SO4，作用是干燥Cl2。
(2)乙组同学选用甲组实验中的A、B、C和下列装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→___→____
→___→___→__→F→D→I；其中装置E的作用是_____________________。
G
E
H
J
H
将BCl3冷凝为液体收集
首先要注意：剩余的仪器还有4种，而题中留有5个空，这说明有一种装置要重复使用。从C中出来的干燥而纯净的Cl2应进入G与B2O3和C反应，生成的BCl3易潮解，应进入E进行冷凝收集，同时在E后连接H以防外界水蒸气进入E，由于未反应的Cl2及生成的少量的CO2都会干扰后续CO的检验，因此H后要连接J，除去Cl2及CO2，然后再连接H，使气体进入F前得到干燥，至此所给5空填满，其中装置H重复使用了一次。
②实验开始时，先通入干燥的N2的目的是__________________。
排尽装置中的空气
装置中的空气中的O2会与反应物碳反应，空气中的水蒸气会引起BCl3的潮解，因此实验开始时，应先通入干燥的N2以排尽装置中的空气。
③能证明反应中有CO生成的现象是_________________________________
___________。
F中黑色固体变成红色且D中澄清石
灰水变浑浊
④三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾，其与水反应的化学方程式为______________________________。
BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl
根据题中信息可知，BCl3易潮解，所形成的腐蚀性浓厚白雾应为盐酸的小液滴。BCl3中B为正价，与水中—OH结合形成H3BO3，Cl为负价，与水中—H结合形成HCl，从而写出反应的化学方程式。
2．二氧化氯常温下是一种黄绿色具有刺激性气味的气体，常用于自来水消毒和果蔬保鲜等方面。氯酸钠还原法是目前使用较为广泛的ClO2制备方法，其原理是用NaClO3与CH3OH在催化剂、60 ℃时，发生反应得到ClO2，用如图装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和氧化性进行研究。
已知： ClO2易溶于水但不与水反应，气体浓度较大时易分解(爆炸)，实验室用稳定剂吸收ClO2，生成NaClO2，使用时加酸只释放出ClO2一种气体。
物质 CH3OH HCOOH ClO2
沸点 64.7 ℃ 100.8 ℃ 11 ℃
(1)仪器Ⅰ的名称为_________; 实验中使用仪器Ⅱ的目的是_____________
____________________。
三颈烧瓶
使ClO2蒸气中
的CH3OH冷凝回流
仪器Ⅰ为三颈烧瓶，仪器Ⅱ为球形冷凝管，使ClO2中的甲醇蒸气凝结成液体流回烧瓶；
(2)根据实验原理和目的，上述装置的连接顺序为 ea________(填接口顺序)。
bfgcdh
由分析可知，仪器连接顺序为eabfgcdh；
(3)工业上常用过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)的水溶液作为ClO2的稳定剂，吸收ClO2的离子方程式为___________________________________________，
为便于大量运输和储存，工业上也选择硅酸钙、二氧化硅分子筛等作为稳定剂，其原理是___________________________________________。
硅酸盐、二氧化硅分子筛性质稳定，有吸附能力
由已知，ClO2实验室制备时用稳定剂吸收，生成NaClO2，过碳酸钠
(4)装置乙中的主要现象为__________________。
溶液先变蓝后褪色
由分析可知，溶液先变蓝后褪色；
(5)不能用排空气法来收集得到纯净的ClO2的原因是___________________
_____________________。
ClO2与空气混合，浓
度较大时易分解(爆炸)
由已知可知，ClO2浓度较大时易分解(爆炸)，不可以用排空气法；
(6)ClO2和Cl2都为强氧化剂，在相同条件下，等物质的量时，ClO2的氧化能力是Cl2的____倍。
2.5
因为ClO2作氧化剂会变为Cl－，得电子数是氯气的2.5 倍，故为2.5。
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基于有机物制备的综合实验探究
考点二
要点梳理
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．把握制备过程
典题
(2023·新课标卷)实验室由安息香制备二苯乙二酮的反应式如下：
相关信息列表如下：
典题引领
物质 性状 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
安息香 白色固体 133 344 难溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙酸
二苯乙二酮 淡黄色固体 95 347 不溶于水，溶于乙醇、苯、乙酸
冰乙酸 无色液体 17 118 与水、乙醇互溶
装置示意图如下图所示，实验步骤为：
①在圆底烧瓶中加入10 mL冰乙酸、5 mL水及9.0 g FeCl3·6H2O，边搅拌边加热，至固体全部溶解。
②停止加热，待沸腾平息后加入2.0 g安息香，加热回流45～60 min。
③加入50 mL水，煮沸后冷却，有黄色固体析出。
④过滤，并用冷水洗涤固体3次，得到粗品。
⑤粗品用75%的乙醇重结晶，干燥后得淡黄色结晶1.6 g。
回答下列问题：
(1)仪器A中应加入_____(填“水”或“油”)作为热传导介质。
油
水浴加热的温度范围为0～100 ℃，油浴加热的温度范围为100～260 ℃，安息香的熔点为133 ℃，故采用油浴加热。
(2)仪器B的名称是___________；冷却水应从___(填“a”或“b”)口通入。
球形冷凝管
a
仪器B的名称为球形冷凝管，冷却水应从下口进上口出。
(3)实验步骤②中，安息香必须待沸腾平息后方可加入，其主要目的是__________________________________。
防止沸腾时加入安息香固体引起暴沸
在液体沸腾时加入固体会引起暴沸，由安息香熔点可知其室温下为固体，故待沸腾平息后加入安息香，目的是防止沸腾时加入安息香固体引起
暴沸。
(4)在本实验中，FeCl3为氧化剂且过量，其还原产物为______；某同学尝试改进本实验：采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮。该方案是否可行？简述判断理由__________________________________________
___________________________。
FeCl2
可行，空气可以将还原产物FeCl2又氧化为
FeCl3，FeCl3可循环参与反应
采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮可行，会依次发生反应：安息香＋FeCl3―→二苯乙二酮＋FeCl2＋HCl，4FeCl2＋O2＋4HCl===4FeCl3＋2H2O，FeCl3可以循环利用。
(5)本实验步骤①～③在乙酸体系中进行，乙酸除作溶剂外，另一主要作用是防止_____________。
FeCl3水解
FeCl3易水解，乙酸还可以防止Fe3＋水解。
(6)若粗品中混有少量未氧化的安息香，可用少量___(填字
母)洗涤的方法除去。若要得到更高纯度的产品，可用重
结晶的方法进一步提纯。
a．热水 b．乙酸 c．冷水 d．乙醇
a
安息香难溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙酸，二苯乙二酮不溶于水，溶于乙醇、乙酸，因此粗品中少量的安息香可用少量热水洗涤的方法除去。
(7)本实验的产率最接近于__(填字母)。
a．85% b．80% c．75% d．70%
b
模型构建
解答有机物制备类综合实验题的思维流程
考向探究
对甲基苯胺可用对硝基甲苯作原料在一定条件下制得。 主要反应及装置如下：
主要反应物和产物的物理性质见下表：
化合物 溶解性 熔点(℃) 沸点(℃) 密度(g·cm－3)
对硝基甲苯 不溶于水，溶于乙醇、苯 51.4 237.7 1.286
对甲基苯胺 微溶于水，易溶于乙醇、苯 43～45 200～202 1.046
对甲基苯胺盐酸盐 易溶于水，不溶于乙醇、苯 243～245 － －
苯 不溶于水，溶于乙醇 5.5 80.1 0.874
实验步骤如下：
①向三颈烧瓶中加入50 mL稀盐酸、10.7 mL(13.7 g)对硝基甲苯和适量铁粉，维持瓶内温度在80 ℃左右，同时搅拌回流、使其充分反应；
②调节pH＝7～8，再逐滴加入30 mL苯充分混合；
③抽滤得到固体，将滤液静置、分液得液体M；
④向M中滴加盐酸，振荡、静置、分液，向下层液体中加入NaOH溶液，充分振荡、静置；
⑤抽滤得固体，将其洗涤、干燥得6.1 g产品。
回答下列问题：
(1)主要反应装置如图，a处缺少的装置是____________ (填仪器名称)，实验步骤③和④的分液操作中使用到下列仪器中的____(填字母)。
a．烧杯 b．长颈漏斗
c．玻璃棒 d．铁架台
球形冷凝管
ad
首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。
(1)该反应中反应物沸点较低，加热反应过程中会挥发，需要在a处加装球形冷凝管冷凝回流；分液操作需要烧杯、分液漏斗、铁架台，所以选ad；
(2)步骤②中用5%的碳酸钠溶液调pH＝7～8的目的之一是使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀，另一个目的是____________________________________。
使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺
首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，
静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。
(2)根据题目所给信息可知，pH值升高会使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，达到分离提纯的目的；
(3)步骤③中液体M是分液时的___ 层(填“上”或“下”)液体，步骤④加入盐酸的作用是__________________________________________________
____________。
上
使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐进入水层与对硝
基甲苯分离
首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，
静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。
(3)根据分析步骤③中液体M为有机层，溶剂为苯，密度比水小，所以在上层；加入盐酸使对甲基苯胺转化为易溶于水的对甲基苯胺盐酸盐，从而实现与对硝基甲苯的分离；
(4)步骤④中加入氢氧化钠溶液后发生反应的离子方程式有______________
___________________________。
H＋＋OH－===
H2O、
首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，
静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。
(4)下层液体中有未反应的盐酸和生成的对甲基苯胺盐酸盐都与NaOH发生反应，离子方程式为H＋＋OH－===H2O、CH3NH ＋OH－―→CH3NH2＋H2O；
(5)步骤⑤中，以下洗涤剂中最合适的是___ (填字母)。
a．乙醇 b．蒸馏水 c．HCl溶液 d．NaOH溶液
b
首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，
静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。
(5)洗涤过程是为了洗去对甲基苯胺可能附着的对甲基苯胺盐酸盐、NaCl和NaOH等可溶于水的杂质，为降低对甲基苯胺洗涤过程的溶解损失，最好的洗涤剂应为蒸馏水，所以选b；
(6)本实验的产率是_____%。(计算结果保留一位小数)
57.0
首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，
静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。
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课 时 测 评
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1．(25分)某实验小组以BaS溶液为原料制备BaCl2·2H2O，并用重量法测定产品中BaCl2·2H2O的含量。设计了如下实验方案：
可选用试剂：NaCl晶体、BaS溶液、浓H2SO4、稀H2SO4、CuSO4溶液、蒸馏水。
步骤1.BaCl2·2H2O的制备
按如图所示装置进行实验，得到
BaCl2溶液，经一系列步骤获得BaCl2·
2H2O产品。
步骤2.产品中BaCl2·2H2O的含量测定
①称取产品0.500 0 g，用100 mL水溶解，酸化，加热至近沸；
②在不断搅拌下，向①所得溶液逐滴加入热的0.100 mol·L－1 H2SO4溶液；
③沉淀完全后，60 ℃水浴40分钟，经过滤、洗涤、烘干等步骤，称量白色固体，质量为0.466 0 g。
回答下列问题：
(1)Ⅰ是制取______气体的装置，在试剂a过量并微热时，发生主要反应的化学方程式为_______________________________________。
HCl
H2SO4(浓)＋NaCl
NaHSO4＋HCl↑
装置Ⅰ为浓硫酸和氯化钠共热制取HCl气体的装置，发生主要反应的化学方程式为H2SO4(浓)＋NaCl NaHSO4＋HCl↑。
(2)Ⅱ中b仪器的作用是__________________；
Ⅲ中的试剂应选用____________。
防止Ⅱ中溶液倒吸
CuSO4溶液
氯化氢极易溶于水，装置Ⅱ中b仪器的作用是防止倒吸；装置Ⅱ中氯化氢与BaS溶液反应生成H2S，H2S有毒，对环境有污染，装置Ⅲ中盛放CuSO4溶液，用于吸收H2S。
(3)在沉淀过程中，某同学在加入一定量热的H2SO4溶液后，认为沉淀已经完全，判断沉淀已完全的方法是____________________________________
_______________________________________________。
静置，取上层清液于一洁净试管中，继
续滴加硫酸溶液，无白色沉淀生成，则已沉淀完全
硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，因此判断沉淀已完全的方法是静置，取上层清液于一洁净试管中，继续滴加硫酸溶液，无白色沉淀生成，则已沉淀完全。
(4)沉淀过程中需加入过量的H2SO4溶液，原因是__________________。
使钡离子沉淀完全
为了使钡离子沉淀完全，沉淀过程中需加入过量的硫酸溶液。
(5)在过滤操作中，下列仪器不需要用到的是______(填名称)。
锥形瓶
过滤用到的仪器有：铁架台、烧杯、漏斗、玻璃棒，用不到锥形瓶。
2．(25分)硫酸亚铁在印染、医药、化肥等多个行业有广泛应用。某学习小组对硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的热分解产物进行探究。回答下列问题：
(1)装置A中石棉绒的作用为________________________；
装置D中的仪器名称为________________。
防止固体粉末堵塞导管
(球形)干燥管
装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置，分解生成Fe2O3、SO2、SO3和水，装置B盛放品红溶液，可以检验SO2，装置C盛放BaCl2溶液，可以检验SO3，装置D中为无水CuSO4粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。(1)装置A中石棉绒可以防止固体粉末堵塞导管，装置D中的仪器为球形干燥管；
(2)按气流方向，上述装置合理的连接顺序为a→g→f→___→___→___→
____→h(填装置口小写字母)。
e
d
c
b
装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置，分解生成Fe2O3、SO2、SO3和水，装置B盛放品红溶液，可以检验SO2，装置C盛放BaCl2溶液，可以检验SO3，装置D中为无水CuSO4粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。
(2)生成物应该先检验水蒸气，再检验SO3，最后检验SO2，因为检验SO2和SO3时都有水溶液，会带出水蒸气，SO3极易溶于水且和水反应，所以连接顺序为a→g→f→e→d→c→b→h；
(3)该小组同学按上述顺序连接各装置并进行实验，请为他们补全表格：
装置编号 填装试剂 实验现象 实验结论
A FeSO4·7H2O 绿色固体逐渐变为红色粉末
B ①__________ ②______________________ 分解产物中含有SO2
C BaCl2溶液 产生白色沉淀 ③____________________
D 无水CuSO4 粉末 白色固体逐渐变为蓝色 分解产物中含有水蒸气
E ④__________
品红溶液
溶液由红色褪为无色
分解产物中含有SO3
NaOH溶液
装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置，分解生成Fe2O3、SO2、SO3和水，装置B盛放品红溶液，可以检验SO2，装置C盛放BaCl2溶液，可以检验SO3，装置D中为无水CuSO4粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。(3)硫酸亚铁晶体煅烧后由绿色固体逐渐变为红色粉末，说明生成了Fe2O3；品红溶液褪色，说明分解产物中含有SO2；BaCl2溶液产生白色沉淀，说明分解产物中含有SO3；无水CuSO4粉末由白色固体逐渐变为蓝色，说明分解产物中含有水蒸气；装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理；
(4)硫酸亚铁晶体分解的化学方程式为_______________________________
_________________。
2FeSO4·7H2O
Fe2O3＋SO2↑
＋SO3↑＋14H2O↑
装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置，分解生成Fe2O3、SO2、SO3和水，装置B盛放品红溶液，可以检验SO2，装置C盛放BaCl2溶液，可以检验SO3，装置D中为无水CuSO4粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。
硫酸亚铁晶体煅烧得到红色固体为氧化铁，同时生成二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，分解的化学方程式为2FeSO4·7H2O Fe2O3＋SO3↑＋SO2↑＋14H2O↑；
(5)设计实验证明A中得到的红色粉末不含＋2价铁元素：_______________
________________________________________________________________________________________________________________________(简述实验操作及现象)。
取实验后反应管
中少量固体，溶于稀盐酸后，向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，不产生蓝
色沉淀(用硫酸溶解，酸性高锰酸钾检验Fe2＋也可以)
装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置，分解生成Fe2O3、SO2、SO3和水，装置B盛放品红溶液，可以检验SO2，装置C盛放BaCl2溶液，可以检验SO3，装置D中为无水CuSO4粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。(5)证明A中得到的红色粉末不含＋2价铁元素，需要取实验后反应管中少量固体，溶于稀盐酸后，向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无蓝色沉淀生成，证明A中得到的红色粉末不含＋2价的铁元素。
3．(23分)(2023·山东日照模拟)乙醇酸钠(HOCH2COONa)又称羟基乙酸钠，它是一种有机原料，其相对分子质量为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(ClCH2COOH)和NaOH溶液制备少量羟基乙酸钠，此反应为剧烈的放热反应。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到适量乙醇中，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______________________________
______________________________。
ClCH2COOH＋2NaOH
HOCH2COONa＋NaCl＋H2O
(2)步骤2中，三颈烧瓶中如果忘加磁转子该如何操作：_________________
_______。
待溶液冷却后补加
磁转子
(3)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)。
78.6
132.3 g氯乙酸(ClCH2COOH)的物质的量为 ＝1.4 mol，根据ClCH2COOH～HOCH2COONa可知，理论上可以生成1.4 mol羟基乙酸钠，步骤4中，得到纯净羟基乙酸钠1.1 mol，则实验产率为
×100%≈78.6%。
4．(27分)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
对甲基苯胺 107 0.96 44 200 微溶于水，易溶于乙醇
乙醇 46 0.78 －114 78 溶于水
苯甲醛 106 1.0 －26 179 微溶于水，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_____________________________。
作溶剂，使反应物充分混合
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_____________________。
水浴加热
＋H2O
分水器中水不再增加
(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________。
平衡压强，检验固体产品是否堵塞导管
牛角管
②蒸馏操作结束后，需先打开止水夹再停止加热的原因为______________
__________________。
防止装置D中液
体倒吸入装置C中
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)。
重结晶
65.2%
晶体经重结晶后可进一步纯化；5.0 mL苯甲醛的质量为1.0×5.0 g＝5 g，对甲基苯胺过量，按苯甲醛的量计算。由关系式：
苯甲醛 ～ 对甲基苯胺缩苯甲醛席夫碱
106 g 195 g
5 g m
可知理论上制得产品的质量为m≈9.198 g，产率为 ×100%≈65.2%。
返回第67讲 以物质制备为主的综合实验
【课程标准】 根据化学实验的目的和要求，能做到：(1)设计实验方案；(2)正确选用实验装置；(3)掌握控制实验条件的方法；(4)预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论；(5)评价或改进实验方案。
考点一 无机物的制备
一、物质制备流程
二、实验操作流程
三、操作先后流程
1．装配仪器时：先下后上，先左后右。
2．接口的连接顺序：总体上遵循装置的排列顺序，但对于吸收装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“粗”进“细”出。
3．实验开始时：先检查装置气密性，再加药品，后点酒精灯。
4．加热操作注意事项：主体实验加热前一般应先通原料气赶走空气后再点燃酒精灯，其目的一是防止爆炸，如H2还原CuO、CO还原Fe2O3；二是保证产品纯度，如制备Mg3N2、CuCl2等。反应结束时，应先熄灭酒精灯，继续通原料气直到冷却为止。
5．尾气处理：有毒气体常采用溶液(或固体)吸收或将之点燃，无毒气体直接排放。
6．气体的纯度：点燃或加热通有可燃性气体(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等)的装置前，必须检查气体的纯度。
7．倒吸问题：实验过程用到加热操作的要防倒吸；气体易溶于水的要防倒吸。
8．冷凝回流问题：有易挥发的液体反应物时，为了避免反应物损耗和充分利用原料，要在发生装置中设计冷凝回流装置或在发生装置中安装长玻璃管等。
9．拆卸时的安全性和科学性：实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑何时停止加热或停止通气，如有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；拆卸用排水法收集且需要加热制取气体的装置时，需先把导管从水槽中取出，再熄灭酒精灯，以防止水倒吸。拆下的仪器要清洗、干燥、归位。
(2023·山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为－126.5 ℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HClSiHCl3＋H2，利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为____________；判断制备反应结束的实验现象是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
图示装置存在的两处缺陷是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知电负性Cl＞H＞Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。
m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：①________，②________(填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2 g，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为________(填字母)。测得样品纯度为________(用含m1、m2的代数式表示)。
答案：(1)检查装置气密性 管式炉中固体消失、蒸馏烧瓶中无液体滴入 C和D之间缺少干燥装置，没有处理氢气的装置 (2)SiHCl3 ＋5NaOH===Na2SiO3 ＋H2 ↑＋3NaCl＋2H2O (3)灼烧 冷却干燥 AC ×100%
解析：(1)利用Si和HCl(气体)的反应制备SiHCl3，实验前要检查装置气密性，故操作(ⅰ)为检查装置气密性。制备反应结束时，Si完全反应，SiHCl3(常温下为无色液体)不再增加，则实验现象是管式炉中固体消失、蒸馏烧瓶中无液体滴入。SiHCl3容易水解，D中水蒸气容易进入C中，C和D之间应增加吸收水蒸气的装置，NaOH溶液吸收HCl，但不吸收H2，D装置后应增加处理H2的装置。(2)已知电负性Cl>H>Si，则SiHCl3中Cl、H为－1价，Si为＋4价，SiHCl3在浓NaOH溶液中反应生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化学方程式为SiHCl3 ＋5NaOH===Na2SiO3＋ H2 ↑＋3NaCl ＋2H2O。(3)由后续操作可知，SiHCl3水解得到的硅酸水合物要先在坩埚中灼烧(得到SiO2)，然后在干燥器中冷却干燥SiO2，使用的仪器分别为A、C。根据原子守恒可得关系式SiHCl3～ SiO2，则m1 g样品中SiHCl3的质量为m2 g×，故样品纯度为m2 g×÷m1 g×100%＝×100%。
1．三氯化硼是一种重要的化工原料，主要用作半导体硅的掺杂源或有机合成催化剂，还用于高纯硼或有机硼的制取。已知：BCl3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃，易潮解。实验室制备三氯化硼的原理为
B2O3＋3C＋3Cl22BCl3＋3CO
(1)甲组同学拟用下列装置制备干燥纯净的氯气(不用收集)：
①装置B的作用是_______________________________________________，
装置C盛放的试剂是____________。
②装置A中发生反应的离子方程式为______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)乙组同学选用甲组实验中的A、B、C和下列装置(装置可重复使用)制备BCl3并验证反应中有CO生成。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→C→_______→_______→_______→________→_________→F→D→I；其中装置E的作用是________________________________________________________________________。
②实验开始时，先通入干燥的N2的目的是___________________________________________
________________________________________________________________________。
③能证明反应中有CO生成的现象是______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④三氯化硼接触潮湿空气时会形成腐蚀性浓厚白雾，其与水反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)①除去Cl2中混有的HCl 浓H2SO4
②ClO＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
(2)①G E H J H 将BCl3冷凝为液体收集 ②排尽装置中的空气 ③F中黑色固体变成红色且D中澄清石灰水变浑浊 ④BCl3＋3H2O===H3BO3＋3HCl
解析：(1)①用KClO3和浓盐酸反应制得的Cl2中含有HCl及水蒸气，因此装置B中盛放饱和食盐水，作用是除去Cl2中混有的HCl，装置C中盛放浓H2SO4，作用是干燥Cl2。
(2)①首先要注意：剩余的仪器还有4种，而题中留有5个空，这说明有一种装置要重复使用。从C中出来的干燥而纯净的Cl2应进入G与B2O3和C反应，生成的BCl3易潮解，应进入E进行冷凝收集，同时在E后连接H以防外界水蒸气进入E，由于未反应的Cl2及生成的少量的CO2都会干扰后续CO的检验，因此H后要连接J，除去Cl2及CO2，然后再连接H，使气体进入F前得到干燥，至此所给5空填满，其中装置H重复使用了一次。
②装置中的空气中的O2会与反应物碳反应，空气中的水蒸气会引起BCl3的潮解，因此实验开始时，应先通入干燥的N2以排尽装置中的空气。
④根据题中信息可知，BCl3易潮解，所形成的腐蚀性浓厚白雾应为盐酸的小液滴。BCl3中B为正价，与水中—OH结合形成H3BO3，Cl为负价，与水中—H结合形成HCl，从而写出反应的化学方程式。
2．二氧化氯常温下是一种黄绿色具有刺激性气味的气体，常用于自来水消毒和果蔬保鲜等方面。氯酸钠还原法是目前使用较为广泛的ClO2制备方法，其原理是用NaClO3与CH3OH在催化剂、60 ℃时，发生反应得到ClO2，用如图装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和氧化性进行研究。
已知： ClO2易溶于水但不与水反应，气体浓度较大时易分解(爆炸)，实验室用稳定剂吸收ClO2，生成NaClO2，使用时加酸只释放出ClO2一种气体。
物质 CH3OH HCOOH ClO2
沸点 64.7 ℃ 100.8 ℃ 11 ℃
(1)仪器Ⅰ的名称为____________ ; 实验中使用仪器Ⅱ的目的是________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据实验原理和目的，上述装置的连接顺序为 ea___________(填接口顺序)。
(3)工业上常用过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)的水溶液作为ClO2的稳定剂，吸收ClO2的离子方程式为________________________________________________________________________，
为便于大量运输和储存，工业上也选择硅酸钙、二氧化硅分子筛等作为稳定剂，其原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)装置乙中的主要现象为______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)不能用排空气法来收集得到纯净的ClO2的原因是_________________________________。
(6)ClO2和Cl2都为强氧化剂，在相同条件下，等物质的量时，ClO2的氧化能力是Cl2的________倍。
答案：(1)三颈烧瓶 使ClO2蒸气中的CH3OH冷凝回流 (2)bfgcdh (3)2CO＋H2O2＋2ClO2===2ClO＋O2↑＋2HCO 硅酸盐、二氧化硅分子筛性质稳定，有吸附能力 (4)溶液先变蓝后褪色
(5)ClO2与空气混合，浓度较大时易分解(爆炸)
(6)2.5
解析：(1)仪器Ⅰ为三颈烧瓶，仪器Ⅱ为球形冷凝管，使ClO2中的甲醇蒸气凝结成液体流回烧瓶；(2)由分析可知，仪器连接顺序为eabfgcdh；(3)由已知，ClO2实验室制备时用稳定剂吸收，生成NaClO2，过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)中的H2O2为还原剂生成O2，CO结合H＋形成HCO，故离子反应式为2CO＋H2O2＋2ClO2===2ClO＋O2↑＋2HCO；(4)由分析可知，溶液先变蓝后褪色；(5)由已知可知，ClO2浓度较大时易分解(爆炸)，不可以用排空气法；(6)因为ClO2作氧化剂会变为Cl－，得电子数是氯气的2.5 倍，故为2.5。
考点二 基于有机物制备的综合实验探究
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．把握制备过程
(2023·新课标卷)实验室由安息香制备二苯乙二酮的反应式如下：
相关信息列表如下：
物质 性状 熔点/℃ 沸点/℃ 溶解性
安息香 白色固体 133 344 难溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙酸
二苯乙二酮 淡黄色固体 95 347 不溶于水，溶于乙醇、苯、乙酸
冰乙酸 无色液体 17 118 与水、乙醇互溶
装置示意图如下图所示，实验步骤为：
①在圆底烧瓶中加入10 mL冰乙酸、5 mL水及9.0 g FeCl3·6H2O，边搅拌边加热，至固体全部溶解。
②停止加热，待沸腾平息后加入2.0 g安息香，加热回流45～60 min。
③加入50 mL水，煮沸后冷却，有黄色固体析出。
④过滤，并用冷水洗涤固体3次，得到粗品。
⑤粗品用75%的乙醇重结晶，干燥后得淡黄色结晶1.6 g。
回答下列问题：
(1)仪器A中应加入________(填“水”或“油”)作为热传导介质。
(2)仪器B的名称是______________；冷却水应从________(填“a”或“b”)口通入。
(3)实验步骤②中，安息香必须待沸腾平息后方可加入，其主要目的是_________________
________________________________________________________________________。
(4)在本实验中，FeCl3为氧化剂且过量，其还原产物为________；某同学尝试改进本实验：采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮。该方案是否可行？简述判断理由________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)本实验步骤①～③在乙酸体系中进行，乙酸除作溶剂外，另一主要作用是防止________________________________________________________________________。
(6)若粗品中混有少量未氧化的安息香，可用少量________(填字母)洗涤的方法除去。若要得到更高纯度的产品，可用重结晶的方法进一步提纯。
a．热水 b．乙酸 c．冷水 d．乙醇
(7)本实验的产率最接近于________(填字母)。
a．85% b．80% c．75% d．70%
答案：(1)油 (2)球形冷凝管 a (3)防止沸腾时加入安息香固体引起暴沸 (4)FeCl2 可行，空气可以将还原产物FeCl2又氧化为FeCl3，FeCl3可循环参与反应 (5)FeCl3水解 (6)a (7)b
解析：(1)水浴加热的温度范围为0～100 ℃，油浴加热的温度范围为100～260 ℃，安息香的熔点为133 ℃，故采用油浴加热。(2)仪器B的名称为球形冷凝管，冷却水应从下口进上口出。(3)在液体沸腾时加入固体会引起暴沸，由安息香熔点可知其室温下为固体，故待沸腾平息后加入安息香，目的是防止沸腾时加入安息香固体引起暴沸。(4)采用催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮可行，会依次发生反应：安息香＋FeCl3―→二苯乙二酮＋FeCl2＋HCl，4FeCl2＋O2＋4HCl===4FeCl3＋2H2O，FeCl3可以循环利用。(5)FeCl3易水解，乙酸还可以防止Fe3＋水解。(6)安息香难溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙酸，二苯乙二酮不溶于水，溶于乙醇、乙酸，因此粗品中少量的安息香可用少量热水洗涤的方法除去。(7)该实验的理论产量为2.0 g×≈1.98 g，实际产量是1.6 g，产率＝×100%＝80.8%，因此本实验的产率最接近于80%。
模型构建
解答有机物制备类综合实验题的思维流程
对甲基苯胺可用对硝基甲苯作原料在一定条件下制得。 主要反应及装置如下：
主要反应物和产物的物理性质见下表：
化合物 溶解性 熔点(℃) 沸点(℃) 密度(g·cm－3)
对硝基甲苯 不溶于水，溶于乙醇、苯 51.4 237.7 1.286
对甲基苯胺 微溶于水，易溶于乙醇、苯 43～45 200～202 1.046
对甲基苯胺盐酸盐 易溶于水，不溶于乙醇、苯 243～245 － －
苯 不溶于水，溶于乙醇 5.5 80.1 0.874
实验步骤如下：
①向三颈烧瓶中加入50 mL稀盐酸、10.7 mL(13.7 g)对硝基甲苯和适量铁粉，维持瓶内温度在80 ℃左右，同时搅拌回流、使其充分反应；
②调节pH＝7～8，再逐滴加入30 mL苯充分混合；
③抽滤得到固体，将滤液静置、分液得液体M；
④向M中滴加盐酸，振荡、静置、分液，向下层液体中加入NaOH溶液，充分振荡、静置；
⑤抽滤得固体，将其洗涤、干燥得6.1 g产品。
回答下列问题：
(1)主要反应装置如图，a处缺少的装置是________ (填仪器名称)，实验步骤③和④的分液操作中使用到下列仪器中的________(填字母)。
a．烧杯 b．长颈漏斗
c．玻璃棒 d．铁架台
(2)步骤②中用5%的碳酸钠溶液调pH＝7～8的目的之一是使Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀，另一个目的是_______________________________________________________________。
(3)步骤③中液体M是分液时的________ 层(填“上”或“下”)液体，步骤④加入盐酸的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)步骤④中加入氢氧化钠溶液后发生反应的离子方程式有___________________________。
(5)步骤⑤中，以下洗涤剂中最合适的是________ (填字母)。
a．乙醇 b．蒸馏水 c．HCl溶液 d．NaOH溶液
(6)本实验的产率是________%。(计算结果保留一位小数)
答案：(1)球形冷凝管 ad (2)使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺 (3)上 使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐进入水层与对硝基甲苯分离 (4)H＋＋OH－===H2O、
CH3NH＋OH－―→CH3NH2＋H2O
(5)b (6)57.0
解析：首先向三颈烧瓶中加稀盐酸、对硝基甲苯和适量铁粉加热进行反应，生成对甲基苯胺盐酸盐，调节pH＝7～8，沉淀铁离子并使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，加入苯溶解生成的对甲基苯胺和未反应的对硝基甲苯，抽滤、静置、分液，得到有机层，向有机层中加入盐酸使对甲基苯胺转化为对甲基苯胺盐酸盐，生成的对甲基苯胺盐酸盐易溶于水，静置，分液得到无机层，向无机层加入NaOH溶液，使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，对甲基苯胺常温下为微溶于水的固体，所以在加入氢氧化钠溶液后会有对甲基苯胺固体析出，抽滤得到固体，洗涤、干燥得到产品。(1)该反应中反应物沸点较低，加热反应过程中会挥发，需要在a处加装球形冷凝管冷凝回流；分液操作需要烧杯、分液漏斗、铁架台，所以选ad；(2)根据题目所给信息可知，pH值升高会使对甲基苯胺盐酸盐转化为对甲基苯胺，达到分离提纯的目的；(3)根据分析步骤③中液体M为有机层，溶剂为苯，密度比水小，所以在上层；加入盐酸使对甲基苯胺转化为易溶于水的对甲基苯胺盐酸盐，从而实现与对硝基甲苯的分离；(4)下层液体中有未反应的盐酸和生成的对甲基苯胺盐酸盐都与NaOH发生反应，离子方程式为H＋＋OH－===H2O、CH3NH＋OH－―→CH3NH2＋H2O；(5)洗涤过程是为了洗去对甲基苯胺可能附着的对甲基苯胺盐酸盐、NaCl和NaOH等可溶于水的杂质，为降低对甲基苯胺洗涤过程的溶解损失，最好的洗涤剂应为蒸馏水，所以选b；(6)原料中有13.7 g对硝基甲苯，即＝0.1 mol，所以理论上生成的对甲基苯胺应为0.1 mol，实际得到产品6.1 g，所以产率为×100%≈57.0%。
课时测评67 以物质制备为主的综合实验
(时间：45分钟 满分：100分)
(第1题25分，第2题25分，第3题23分，第4题27分，共100分)
1．(25分)某实验小组以BaS溶液为原料制备BaCl2·2H2O，并用重量法测定产品中BaCl2·2H2O的含量。设计了如下实验方案：
可选用试剂：NaCl晶体、BaS溶液、浓H2SO4、稀H2SO4、CuSO4溶液、蒸馏水。
步骤1.BaCl2·2H2O的制备
按如图所示装置进行实验，得到BaCl2溶液，经一系列步骤获得BaCl2·2H2O产品。
步骤2.产品中BaCl2·2H2O的含量测定
①称取产品0.500 0 g，用100 mL水溶解，酸化，加热至近沸；
②在不断搅拌下，向①所得溶液逐滴加入热的0.100 mol·L－1 H2SO4溶液；
③沉淀完全后，60 ℃水浴40分钟，经过滤、洗涤、烘干等步骤，称量白色固体，质量为0.466 0 g。
回答下列问题：
(1)Ⅰ是制取________气体的装置，在试剂a过量并微热时，发生主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)Ⅱ中b仪器的作用是___________________________________________________________；
Ⅲ中的试剂应选用________________。
(3)在沉淀过程中，某同学在加入一定量热的H2SO4溶液后，认为沉淀已经完全，判断沉淀已完全的方法是____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)沉淀过程中需加入过量的H2SO4溶液，原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
(5)在过滤操作中，下列仪器不需要用到的是______(填名称)。
答案：(1)HCl H2SO4(浓)＋NaClNaHSO4＋HCl↑
(2)防止Ⅱ中溶液倒吸 CuSO4溶液
(3)静置，取上层清液于一洁净试管中，继续滴加硫酸溶液，无白色沉淀生成，则已沉淀完全
(4)使钡离子沉淀完全
(5)锥形瓶
解析：(1)装置Ⅰ为浓硫酸和氯化钠共热制取HCl气体的装置，发生主要反应的化学方程式为H2SO4(浓)＋NaClNaHSO4＋HCl↑。(2)氯化氢极易溶于水，装置Ⅱ中b仪器的作用是防止倒吸；装置Ⅱ中氯化氢与BaS溶液反应生成H2S，H2S有毒，对环境有污染，装置Ⅲ中盛放CuSO4溶液，用于吸收H2S。(3)硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，因此判断沉淀已完全的方法是静置，取上层清液于一洁净试管中，继续滴加硫酸溶液，无白色沉淀生成，则已沉淀完全。(4)为了使钡离子沉淀完全，沉淀过程中需加入过量的硫酸溶液。(5)过滤用到的仪器有：铁架台、烧杯、漏斗、玻璃棒，用不到锥形瓶。
2．(25分)硫酸亚铁在印染、医药、化肥等多个行业有广泛应用。某学习小组对硫酸亚铁晶体(FeSO4·7H2O)的热分解产物进行探究。回答下列问题：
(1)装置A中石棉绒的作用为____________________________________________________；
装置D中的仪器名称为________________。
(2)按气流方向，上述装置合理的连接顺序为a→g→f→____→____→____→____→h(填装置口小写字母)。
(3)该小组同学按上述顺序连接各装置并进行实验，请为他们补全表格：
装置编号 填装试剂 实验现象 实验结论
A FeSO4·7H2O 绿色固体逐渐变为红色粉末
B ①________ ②________ 分解产物中含有SO2
C BaCl2溶液 产生白色沉淀 ③________
D 无水CuSO4 粉末 白色固体逐渐变为蓝色 分解产物中含有水蒸气
E ④________
(4)硫酸亚铁晶体分解的化学方程式为_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)设计实验证明A中得到的红色粉末不含＋2价铁元素：_____________________________
________________________________________________________________________(简述实验操作及现象)。
答案：(1)防止固体粉末堵塞导管 (球形)干燥管 (2)e d c b
(3)①品红溶液 ②溶液由红色褪为无色 ③分解产物中含有SO3 ④NaOH溶液
(4)2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO2↑＋SO3↑＋14H2O↑
(5)取实验后反应管中少量固体，溶于稀盐酸后，向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，不产生蓝色沉淀(用硫酸溶解，酸性高锰酸钾检验Fe2＋也可以)
解析：装置A为硫酸亚铁晶体煅烧分解的装置，分解生成Fe2O3、SO2、SO3和水，装置B盛放品红溶液，可以检验SO2，装置C盛放BaCl2溶液，可以检验SO3，装置D中为无水CuSO4粉末，可以检验水蒸气，装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理。(1)装置A中石棉绒可以防止固体粉末堵塞导管，装置D中的仪器为球形干燥管；(2)生成物应该先检验水蒸气，再检验SO3，最后检验SO2，因为检验SO2和SO3时都有水溶液，会带出水蒸气，SO3极易溶于水且和水反应，所以连接顺序为a→g→f→e→d→c→b→h；(3)硫酸亚铁晶体煅烧后由绿色固体逐渐变为红色粉末，说明生成了Fe2O3；品红溶液褪色，说明分解产物中含有SO2；BaCl2溶液产生白色沉淀，说明分解产物中含有SO3；无水CuSO4粉末由白色固体逐渐变为蓝色，说明分解产物中含有水蒸气；装置E盛放氢氧化钠溶液，进行尾气处理；(4)硫酸亚铁晶体煅烧得到红色固体为氧化铁，同时生成二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，分解的化学方程式为2FeSO4·7H2OFe2O3＋SO3↑＋SO2↑＋14H2O↑；(5)证明A中得到的红色粉末不含＋2价铁元素，需要取实验后反应管中少量固体，溶于稀盐酸后，向溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无蓝色沉淀生成，证明A中得到的红色粉末不含＋2价的铁元素。
3．(23分)(2023·山东日照模拟)乙醇酸钠(HOCH2COONa)又称羟基乙酸钠，它是一种有机原料，其相对分子质量为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(ClCH2COOH)和NaOH溶液制备少量羟基乙酸钠，此反应为剧烈的放热反应。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到适量乙醇中，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)步骤2中，三颈烧瓶中如果忘加磁转子该如何操作：_________________________
________________________________________________________________________。
(3)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)。
答案：(1)ClCH2COOH＋2NaOH
HOCH2COONa＋NaCl＋H2O
(2)待溶液冷却后补加磁转子 (3)78.6
解析：(3)132.3 g氯乙酸(ClCH2COOH)的物质的量为＝1.4 mol，根据ClCH2COOH～HOCH2COONa可知，理论上可以生成1.4 mol羟基乙酸钠，步骤4中，得到纯净羟基乙酸钠1.1 mol，则实验产率为×100%≈78.6%。
4．(27分)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
对甲基苯胺 107 0.96 44 200 微溶于水，易溶于乙醇
乙醇 46 0.78 －114 78 溶于水
苯甲醛 106 1.0 －26 179 微溶于水，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)。
答案：(1)①作溶剂，使反应物充分混合
②水浴加热 NH2＋CHO＋H2O 分水器中水不再增加
(2)①平衡压强，检验固体产品是否堵塞导管 牛角管 ②防止装置D中液体倒吸入装置C中 ③重结晶 65.2%
解析：(2)③晶体经重结晶后可进一步纯化；5.0 mL苯甲醛的质量为1.0×5.0 g＝5 g，对甲基苯胺过量，按苯甲醛的量计算。由关系式：
苯甲醛 ～ 对甲基苯胺缩苯甲醛席夫碱
106 g 195 g
5 g m
可知理论上制得产品的质量为m≈9.198 g，产率为×100%≈65.2%。
