高考化学二轮复习大题研究(三)化学实验综合题2有机物制备及产率测定课件

(共45张PPT)
综合实验2　有机物制备及产率测定
研真题　明确考向
【真题】　(2025·黑吉辽蒙卷)某实验小组采用如下方案实现了对甲基苯甲酸的绿色制备。
反应：
步骤：
Ⅰ.向反应管中加入0.12 g对甲基苯甲醛和1.0 mL丙酮，光照，连续监测反应进程。
Ⅱ.5 h时，监测结果显示反应基本结束，蒸去溶剂丙酮，加入过量稀NaOH溶液，充分反应后，用乙酸乙酯洗涤，弃去有机层。
Ⅲ.用稀盐酸调节水层pH＝1后，再用乙酸乙酯萃取。
Ⅳ.用饱和食盐水洗涤有机层，无水Na2SO4干燥，过滤，蒸去溶剂，得目标产物。
回答下列问题。
(1)相比KMnO4作氧化剂，该制备反应的优点为______________、________________(答出2条即可)。
绿色环保
减少副产物的生成
(2)根据反应液的核磁共振氢谱(已去除溶剂H的吸收峰，谱图中无羧基H的吸收峰)监测反应进程如下图。已知峰面积比a∶b∶c∶d＝1∶2∶2∶3，a∶a′＝2∶1。反应2 h时，对甲基苯甲醛转化率约为________%。
50
(3)步骤Ⅱ中使用乙酸乙酯洗涤的目的是_________________________________。
除去未反应完的
(4)步骤Ⅲ中反应的离子方程式为________________________、_______________________________________。
H+＋OH－===H2O
＋H+―→
(5)用同位素示踪法确定产物羧基O的来源。丙酮易挥发，为保证18O2气氛，通18O2前，需先使用“循环冷冻脱气法”排出装置中(空气中和溶剂中)的16O2，操作顺序为①→②→________→________→________(填序号)，重复后四步操作数次。
③
①
④
同位素示踪结果如下表所示，则目标产物中羧基O来源于醛基和________。
反应条件 质谱检测目标产物相对分子质量
太阳光，18O2，室温，CH3COCH3，5 h 138
太阳光，空气，室温，CH3C18OCH3，5 h 136
氧气
【高考动向】
有机物制备与产率测定实验是高考化学的经典题型，常以教材中的实验、药物健康、生产生活等情境为载体进行命题。题中常以表格的形式给出相应物质的密度，熔、沸点和在水中的溶解性，据此选择分离提纯的方法，考查实验仪器、分离提纯的操作、产率计算等。题干信息较多，但设问难度不大。
题型练　提升考能
再练真题
1．(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)。
催化剂
无有毒气体二氧化硫产生
解析：乙酸、乙醇中加浓硫酸制乙酸乙酯时，浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂，故本实验NaHSO4在反应中起催化剂作用；浓硫酸还具有强氧化性和脱水性，用浓H2SO4时可能发生副反应，且浓硫酸的还原产物二氧化硫为有毒气体，用NaHSO4代替浓H2SO4的优点是副产物少，可绿色制备乙酸乙酯，无有毒气体二氧化硫产生。
(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____________________________________。
使平衡正向移动，提高乙酸乙酯的产率
(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
AD
解析：若向反应液中直接加入变色硅胶，反应后需要过滤出硅胶，而使用小孔冷凝柱承载则无需分离，故A正确；平衡常数只与温度有关，使用小孔冷凝柱承载不能增大该反应平衡常数，故B错误；小孔冷凝柱承载并没有投入溶液中，不能起到沸石作用，不能防止暴沸，故C错误；由题中“反应液由蓝色变为紫色，变色硅胶由蓝色变为粉红色”可知，若向反应液中直接加入变色硅胶，则变色硅胶由蓝色变为粉红色，会影响观察反应液由蓝色变为紫色，使用小孔冷凝柱承载不影响甲基紫指示反应进程，故D正确。
(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)。
分液漏斗
(5)该实验乙酸乙酯的产率为__________(精确至0.1%)。
73.5%
(6)若改用C2H518OH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)。
90
2．(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
装置示意图和实验步骤如下。
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
解析：该实验需要加热使冰乙酸沸腾，冰乙酸的沸点超过了100 ℃，应选择油浴加热，所以仪器A中应加入油作为热传导介质。
(2)仪器B的名称是__________；冷却水应从______(填“a”或“b”)口通入。
球形冷凝管
a
解析：根据仪器的结构特征可知，B为球形冷凝管，为了充分冷却，冷却水应从a口进，b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________。
防暴沸
解析：步骤②中，若沸腾时加入安息香(其室温下为固体)，会暴沸，所以需要在沸腾平息后加入。
(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：采用加入催化量的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
解析：FeCl3为氧化剂且过量，则铁的化合价降低，还原产物为FeCl2；若采用加入催化量的FeCl3并通入空气制备二苯乙二酮，则空气可以将还原产物FeCl2又氧化为FeCl3，FeCl3可循环参与反应。
(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
解析：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________(填标号)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
解析：根据安息香和二苯乙二酮的溶解特征，安息香溶于热水，二苯乙二酮不溶于水，所以可以采用热水洗涤粗品除去安息香。
(7)本实验的产率最接近于________(填标号)。
a．85%　　b．80% c．75%　　d．70%
b
题型预测
3.(2025·河南名校学术联盟二模)苯甲酸乙酯(Mr＝150)是一种有机化合物，天然存在于桃、菠萝、醋栗等水果中。常用于配制香水香精和人造精油，也大量用于食品中。某实验小组设计实验制备苯甲酸乙酯并计算产率。
[试剂] 6 g苯甲酸(0.049 mol)，11.9 g无水乙醇(15 mL，0.25 mol，99.9%)，环己烷、浓硫酸、碳酸钠，乙醚，无水氯化钙。
[步骤]
步骤1：安装如图所示装置。
步骤2：在50 mL圆底烧瓶中，加入6 g苯甲酸、15 mL无水乙醇、15 mL环己烷和2.5 mL浓硫酸，摇匀后加入几粒沸石，从分水器上端小心加试剂X，使液面与支管口距离1 cm，分水器上端接一个回流冷凝管。
步骤3：将烧瓶在电热套中加热回流，开始时回流速度要慢，随着回流进行，蒸出环己烷、乙醇和水三元共沸物。当分水器中的上层液体变得十分澄清，不再有水珠落入下层时，停止反应。
步骤4：将瓶中残留液倒入盛有冷水的烧杯中，在搅拌下加入碳酸钠粉末至无气泡产生。
步骤5：用分液漏斗分出粗产物，水层用乙醚萃取，合并粗产物和醚萃取液，用无水氯化钙干燥。水层倒入公用的回收瓶回收未反应的苯甲酸。干燥后的醚溶液置于25 mL蒸馏烧瓶，先用水浴蒸馏乙醚，再在石棉网上加热，收集馏分，产量约5.0 g。
已知各物质及三元共沸物的沸点/(101.325 kPa)如下：
回答下列问题。
物质 水 乙醇 环己烷 三元共沸物 乙醚 苯甲酸乙酯
沸点/℃ 100 78.3 80.75 62.60 34.6 212.6
(1)试剂X为________(填标号)。
A．乙醇 B．乙醚
C．水 D．环己烷
C
解析：本实验通过苯甲酸与乙醇在浓硫酸存在、加热条件下发生酯化反应生成苯甲酸乙酯和水。酯化反应是可逆反应，为了提高苯甲酸乙酯的产率，可以从影响化学平衡移动的因素入手。如步骤2使用分水器，可以及时将生成的水从分水器下端放出，有利于平衡正向移动；步骤3中形成三元共沸物，也有利于水的蒸出，从而提高苯甲酸乙酯的产率。
水的密度比环己烷、乙醚都大，且与乙醇混溶，故反应过程中分水器下层为水，上层为共沸物等物质，故反应开始前在分水器上端小心加试剂水，使液面与支管口距离1 cm，选C。
(2)步骤2中，加入浓硫酸的方式宜选择________(填标号)。
A．直接一次性加入　　B．在旋摇下滴入
B
解析：浓硫酸溶于液体时放出大量热，为了提高产率，应在旋摇下滴入浓硫酸。
(3)本实验加入环己烷的目的是________________________________；步骤3中，“开始回流要慢”，其原因是________________________。
形成三元共沸物有利于蒸出水，提高产率
避免反应物未反应就大量蒸出
解析：酯化反应有水生成，加入沸点较低的环己烷形成沸点较低的三元共沸物，有利于蒸出水，促进平衡正向移动，提高产率；步骤3中，“开始回流要慢”是防止有机物被大量蒸出，反应物利用率低，造成产品产量低。
(4)步骤4中，不能用NaOH替代碳酸钠，其原因是______________________________________。
步骤5中，回收未反应的苯甲酸操作是用盐酸小心酸化经碳酸钠中和后分出的水溶液，至溶液对pH试纸呈酸性，抽滤析出的苯甲酸晶体，用少量冷水洗涤后干燥。“呈酸性”的目的是__________________________；收集产品时控制温度为________(填标号)。
A．62～63 ℃ B．80～81 ℃ C．212～213 ℃
NaOH溶液碱性太强，会造成产物水解
确保苯甲酸钠完全转化成苯甲酸
C
解析：步骤4中，不能用NaOH替代碳酸钠，是因为NaOH的碱性强会造成苯甲酸乙酯大量水解；通过测定pH判断苯甲酸钠转化成苯甲酸，加入盐酸至酸性，确保苯甲酸钠完全转化成苯甲酸，提高苯甲酸回收率；苯甲酸乙酯的沸点为212.6 ℃，故收集产品时控制温度在212～213 ℃，选C。
(5)本实验产率约为________%(计算结果保留两位有效数字)。
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