2019-2020年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)專題14物質(zhì)的分離提純與制備學(xué)案魯科版 .doc

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2019-2020年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)專題14物質(zhì)的分離提純與制備學(xué)案魯科版 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、能根據(jù)物質(zhì)的特性，運(yùn)用過濾、蒸發(fā)、蒸餾、結(jié)晶、萃取等方法分離和提純常見的物質(zhì)。。 2、能對(duì)常見的物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)和分析。 3、了解常見氣體和一些簡(jiǎn)單化合物的制備原理和方法。 學(xué)習(xí)重難點(diǎn)： 1、 物質(zhì)分離、提純與檢驗(yàn)的原理及應(yīng)用。 2、 常見氣體和一些簡(jiǎn)單化合物的制備原理和方法。 自主學(xué)習(xí)： 考點(diǎn)一：物質(zhì)制備與分離、提純的融合 【知識(shí)梳理】 1．物質(zhì)分離、提純的熱點(diǎn)儀器及裝置 (1)熱點(diǎn)儀器 ①三頸燒瓶是一種常用的化學(xué)玻璃儀器，它有三個(gè)口，可以同時(shí)加入多種反應(yīng)物，或是加冷凝管、溫度計(jì)、攪拌器等，常用于物質(zhì)的制備、分離和提純。 a．通常用于需要控制溫度的化學(xué)反應(yīng)，中間孔裝攪拌桿，一個(gè)側(cè)孔裝溫度計(jì)，另一個(gè)滴加反應(yīng)物料。 b．物質(zhì)的分離和提純，三頸燒瓶的三頸中間孔可以插上回流管，右側(cè)可插入溫度計(jì)，左側(cè)主要是用來添加藥品。 ②分液漏斗(滴液漏斗)，一般為向燒瓶(帶磨口塞)中滴加液體，其中(a)能起到平衡氣壓的作用。 ③冷凝管，注意進(jìn)出水方向(下口進(jìn)，上口出)。 ④布氏漏斗是中間帶有多孔瓷板的白色瓷質(zhì)漏斗，適用于晶體或沉淀等固體與大量溶液分離的實(shí)驗(yàn)中，常用于抽濾。 ⑤吸濾瓶，與布氏漏斗組成減壓過濾裝置，用于接收液體。 (2)熱點(diǎn)組合裝置 ①蒸餾裝置 ②過濾裝置 ③減壓過濾裝置 為了加快過濾速度，得到較干燥的沉淀，可進(jìn)行減壓過濾(也稱抽濾或吸濾)。 減壓過濾裝置如上圖所示。裝置中抽氣泵給吸濾瓶減壓，造成瓶?jī)?nèi)與布氏漏斗液面上的壓力差，從而加快過濾速度。吸濾瓶用于承接濾液。 布氏漏斗上有許多小孔，漏斗管插入單孔橡膠塞與吸濾瓶相接。 注意　布氏漏斗的頸口斜面應(yīng)與吸濾瓶的支管口相對(duì)，以便于吸濾。 ④熱過濾裝置 ⑤蒸發(fā)結(jié)晶裝置　　　　　　　　⑥分液裝置 ⑦紙層析實(shí)驗(yàn)示意圖　　　?、鄶嚢璧渭踊亓鞣磻?yīng)裝置 　　　　　 2．物質(zhì)分離、提純的思維方向 (1)固體混合物的分離、提純 ①溶解過濾法(如分離MnO2和KCl的混合物)。 ②溶解結(jié)晶法(如分離KNO3和NaCl的固體混合物)。 ③升華法(如分離I2、NaCl或NH4Cl、NaCl的混合物)。 ④加熱灼燒法(如除去Na2CO3中的NaHCO3)。 (2)氣體的分離、提純 ①混合法：如用水洗法除去NO中的NO2、H2中的HCl等。 ②加熱法：如用灼熱銅網(wǎng)除去N2中的O2。 ③吸收法：如用堿石灰除去氣體中的水蒸氣，用Na2O2除去O2中的CO2等。 (3)液體的分離、提純 ①萃取法；②分液法；③沉淀法；④生成氣體法(如NaCl溶液中的Na2CO3雜質(zhì)用鹽酸除去)；⑤氧化法或還原法(如FeCl3中的FeCl2用Cl2除去，F(xiàn)eCl2中的FeCl3用鐵粉除去)；⑥轉(zhuǎn)化法(如NaHCO3溶液中的Na2CO3用通CO2的方法除去)；⑦電解法(如稀硫酸中的鹽酸可用電解法除去)等。 3．紙層析法的原理及實(shí)驗(yàn)操作 (1)基本原理 紙層析以濾紙為惰性支持物。濾紙纖維上的羥基具有親水性，它所吸附的水作為固定相，不與水混溶的有機(jī)溶劑作為流動(dòng)相。 樣品中各組分在水或有機(jī)溶劑中的溶解能力不同，各組分在兩相中有不同的分配現(xiàn)象。親脂性強(qiáng)的成分在流動(dòng)相中分配得多，隨流動(dòng)相移動(dòng)的速度快；而親水性強(qiáng)的成分在固定相中分配得多，隨流動(dòng)相移動(dòng)的速度慢。 (2)應(yīng)用舉例——用紙層析法分離鐵離子和銅離子 ①紙層析法分離Fe3＋、Cu2＋的原理 Fe3＋、Cu2＋在濾紙上隨丙酮等展開的速度不同，展開后兩種離子的富集部分不同，從而達(dá)到分離的目的。 ②Fe3＋、Cu2＋的顯色反應(yīng) 吸附有Fe3＋、Cu2＋的濾紙經(jīng)氨薰后顯色：Cu(OH)2能溶于過量氨水中，生成Cu(NH3)(呈深藍(lán)色)；Fe(OH)3(呈紅褐色)不溶于過量氨水中。Fe3＋、Cu2＋的顯色是利用Fe(OH)3、Cu(NH3)的特征顏色。 Fe3＋遇氨水反應(yīng)生成紅褐色沉淀： Fe3＋＋3NH3H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。 Cu2＋遇氨水反應(yīng)生成深藍(lán)色溶液： Cu2＋＋4NH3H2O===Cu(NH3)＋4H2O。 ③操作步驟： a．裝置制作——裁紙 b．點(diǎn)樣——點(diǎn)層析試樣 c．配制展開劑 d．層析操作 e．顯色反應(yīng) 【題組集訓(xùn)】 題組一　熱點(diǎn)儀器、熱點(diǎn)操作的考查 1．用布氏漏斗和吸濾瓶接抽水泵過濾沉淀后，正確的操作是(　　) A．先關(guān)水龍頭，拔下抽濾瓶上的橡皮管，再取下布氏漏斗 B．先取下布氏漏斗，再關(guān)上水龍頭 C．先將沉淀和濾紙一起取出，再關(guān)上水龍頭 D．先拔下抽濾瓶上的橡皮管，關(guān)上水龍頭，再取下布氏漏斗 【答案】D 【解析】抽濾裝置由布氏漏斗、吸濾瓶、安全瓶、抽氣泵等儀器組成，工作的主要原理是抽氣泵給吸濾瓶減壓，導(dǎo)致裝置內(nèi)部的壓強(qiáng)降低，使過濾的速度加快。用布氏漏斗和吸濾瓶接抽氣泵過濾沉淀后，先拔下抽濾瓶上的橡皮管，關(guān)上水龍頭，再取下布氏漏斗。 2．下列實(shí)驗(yàn)裝置不適用于物質(zhì)分離的是(　　) 　 【答案】A 【解析】A項(xiàng)，該裝置是分離提純裝置，不符合題意；B項(xiàng)，該裝置是升華裝置，不符合題意；C項(xiàng)，該裝置可用于紙層析法，不符合題意；D項(xiàng)，該裝置不能用于物質(zhì)的分離，正確。 3．下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理或操作的敘述中，正確的是(　　) A．海帶中碘的提取實(shí)驗(yàn)中，將海帶灰溶于水，過濾后在濾液中加入CCl4即可萃取 B．減壓過濾可以過濾膠狀沉淀或顆粒太小的沉淀 C．用紙層析法分離Cu2＋和Fe3＋，濾紙上端呈棕黃色，說明Fe3＋在固定相中分配的更多 D．紙層析實(shí)驗(yàn)中，不能將濾紙上的試樣點(diǎn)浸入展開劑中 【答案】D 【解析】A項(xiàng)，海帶中碘元素以碘離子存在，應(yīng)該先將碘離子轉(zhuǎn)化為碘單質(zhì)，然后萃取得到碘，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，此法可加速過濾，并使沉淀抽吸得較干燥，但不宜過濾膠狀沉淀和顆粒太小的沉淀，因?yàn)槟z狀沉淀易穿透濾紙，顆粒太小的沉淀易在濾紙上形成一層密實(shí)的沉淀，溶液不易透過，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，用紙層析法分離Cu2＋和Fe3＋，濾紙上端呈棕黃色，說明Fe3＋在流動(dòng)相中分配的更多，隨流動(dòng)相移動(dòng)的速度快一些，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，紙層析法中要求流動(dòng)相溶劑對(duì)分離物質(zhì)應(yīng)有適當(dāng)?shù)娜芙舛?，由于樣品中各物質(zhì)分配系數(shù)不同，因而擴(kuò)散速度不同，所以紙層析法是利用試樣中各種離子隨展開劑在濾紙上展開的速率不同而形成不同位置的色斑，如果試樣接觸展開劑，樣點(diǎn)里要分離的離子或者色素就會(huì)進(jìn)入展開劑，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，正確。 4．物質(zhì)的提純是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)重要操作，也是化工生產(chǎn)及物質(zhì)制備中的主要環(huán)節(jié)。下列有關(guān)敘述中，不正確的是(　　) A．乙酸乙酯中混有乙酸，可選用飽和Na2CO3溶液洗滌，然后將兩層液體分開 B．在提純雞蛋中的蛋白質(zhì)時(shí)，可向雞蛋清溶液中加入濃(NH4)2SO4溶液，然后將所得沉淀濾出，即得較純的蛋白質(zhì) C．油脂的提純中，可將油脂加入濃NaOH溶液中加熱，然后過濾，濾出的溶液即為較純的油脂 D．甘蔗是制備蔗糖的主要原料，榨出的甘蔗汁因含色素而呈棕黃色，在制取蔗糖前應(yīng)先加入適量的活性炭，攪拌、過濾，蒸發(fā)結(jié)晶，即得較純的蔗糖 【答案】C 【解析】A項(xiàng)，乙酸可以和碳酸鈉反應(yīng)生成乙酸鈉的水溶液，但是乙酸乙酯在飽和碳酸鈉中的溶解度極小，也不溶于水，這樣乙酸乙酯和醋酸鈉溶液分層，可以采用分液法來分離，正確；B項(xiàng)，飽和(NH4)2SO4溶液能使蛋白質(zhì)發(fā)生鹽析，且為可逆過程，能用于蛋白質(zhì)的分離提純，正確；C項(xiàng)，油脂是高級(jí)脂肪酸甘油酯，在堿性條件下能發(fā)生水解生成高級(jí)脂肪酸和甘油，則加入濃NaOH溶液中加熱，然后過濾，不能得到較純的油脂，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，甘蔗中含蔗糖，能溶于水，加入活性炭利用其吸附性除去雜質(zhì)，則制取蔗糖前應(yīng)先加入適量的活性炭，攪拌、過濾、蒸發(fā)結(jié)晶，即得較純的蔗糖 ，正確。 5．下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)說法正確的是(　　) A．在“阿司匹林的合成”實(shí)驗(yàn)中，把從鹽酸中析出的晶體進(jìn)行抽濾，用乙醇洗滌晶體1～2次，然后抽濾，將晶體轉(zhuǎn)移到表面皿上，干燥后稱其質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)率 B．制備摩爾鹽時(shí)，最后在蒸發(fā)皿中蒸發(fā)濃縮溶液，加熱至液體表面出現(xiàn)晶膜為止，不能將溶液全部蒸干 C．晶體顆粒的大小與結(jié)晶條件有關(guān)，溶質(zhì)的溶解度越小，或溶液的濃度越高，或溶劑的蒸發(fā)速度越快，析出的晶粒就越細(xì)大 D．從溴水中提取單質(zhì)溴時(shí)，能用無水乙醇代替CCl4 【答案】B 【解析】A項(xiàng)，在“阿司匹林的合成”實(shí)驗(yàn)中，把從鹽酸中析出的晶體進(jìn)行抽濾，用冷水洗滌晶體1～2次，然后抽濾，將晶體轉(zhuǎn)移到表面皿上，干燥后稱其質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)率，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，蒸發(fā)操作不能直接蒸干，以防止溫度過高而導(dǎo)致分解而變質(zhì)，正確；C項(xiàng)，晶體顆粒的大小與結(jié)晶條件有關(guān)，溶質(zhì)的溶解度越小，或溶液的濃度越高，或溶劑的蒸發(fā)速度越快，析出的晶粒就越細(xì)小，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，乙醇和水互溶，所以不能作萃取劑，則乙醇不能代替四氯化碳，但可以用苯代替，錯(cuò)誤。 【題后反思】 1．物質(zhì)的分離與提純的方法很多，如升華、蒸餾、萃取、重結(jié)晶、色譜分離、離子交換分離、膜分離技術(shù)等。紙層析法屬于其中的色譜分離技術(shù)，是分離微量物質(zhì)的常用方法之一。 2．在分離或提純操作中，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)如果被分離的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)，應(yīng)設(shè)法將其恢復(fù)原狀； (2)由于反應(yīng)終點(diǎn)較難控制，為使離子沉淀完全，所加試劑常常是過量的，而由過量試劑引入的新雜質(zhì)亦必須除盡。 3．在理解紙層析法原理時(shí)，注意區(qū)分“固定相”、“流動(dòng)相”、“分配”等概念。紙層析分離鐵離子、銅離子的實(shí)驗(yàn)中，“固定相”是濾紙纖維上所吸附的水，“流動(dòng)相”是作為展開劑的有機(jī)溶劑。 題組二　基本操作與無機(jī)物制備的融合 6．某廢催化劑含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.50%的ZnS和12.8%的CuS及少量的Fe3O4。某同學(xué)用15.0 g該廢催化劑為原料，回收鋅和銅。采用的實(shí)驗(yàn)方案如下，回答下列問題： 已知：ZnS與稀硫酸反應(yīng)，且化合價(jià)不變； CuS既不溶解于稀硫酸，也不與稀硫酸反應(yīng)。 (1)在下列裝置中，第一次浸出反應(yīng)裝置最合理的________(填標(biāo)號(hào))。 (2)濾液1中含有Fe2＋，選用提供的試劑進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法如下： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (提供的試劑：稀鹽酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水) (3)本實(shí)驗(yàn)要用到抽濾，設(shè)所用的洗滌劑為X，抽濾洗滌沉淀的操作：________。 (4)寫出第二次浸出的化學(xué)方程式：_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 向盛有濾渣1的反應(yīng)器中加H2SO4和H2O2溶液，應(yīng)先加________。 (5)濾渣2的主要成分是____________________________________________________。 濃縮、結(jié)晶得到硫酸鋅晶體的主要儀器名稱是______________________________。 (6)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)完成之后，得到1.50 g CuSO45H2O，則銅的回收率為________。 【答案】1)D (2)取少量濾液1，滴加高錳酸鉀溶液，若褪色，則證明有亞鐵離子 (3)關(guān)小水龍頭，使洗滌劑緩緩?fù)ㄟ^沉淀物 (4)CuS＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋S＋2H2O　H2SO4 (5)SiO2　蒸發(fā)皿 (6)30.0% 【解析】(1)第一次浸出時(shí)加入的0.5 molL－1稀硫酸會(huì)與ZnS反應(yīng)產(chǎn)生H2S氣體，故應(yīng)有尾氣吸收裝置，選D。 (2)因?yàn)V液1中既有Fe3＋也有Fe2＋，故利用Fe2＋的還原性來檢驗(yàn)，碘水顏色變化不明顯，用酸性KMnO4溶液，若褪色則證明含有Fe2＋。 (3)洗滌沉淀時(shí)應(yīng)關(guān)小水龍頭，讓洗滌劑與沉淀物充分接觸。 (4)第二次浸出時(shí)利用H2O2的氧化性來實(shí)現(xiàn)。H2O2＋CuS＋H2SO4===CuSO4＋S＋2H2O。H2O2在酸性條件下氧化性更強(qiáng)，故應(yīng)先加稀硫酸。 (5)濾渣1的主要成分是SiO2和CuS，故濾渣2的主要成分為SiO2，濃縮結(jié)晶所用的主要儀器為蒸發(fā)皿、酒精燈等。 (6)15.0 g廢料含Cu：n(Cu)1＝＝0.02 mol， 1．5 g CuSO45H2O中含Cu：n(Cu)2＝＝0.006 mol， 故銅的回收率為100%＝30%。 7．硫酸亞鐵銨的化學(xué)式為(NH4)2SO4FeSO46H2O，商品名為摩爾鹽?？捎闪蛩醽嗚F與硫酸銨反應(yīng)生成硫酸亞鐵銨，一般硫酸亞鐵鹽在空氣中易被氧化，而形成摩爾鹽后就比較穩(wěn)定了。三種鹽的溶解度(單位為g/100 g水)如下表： 溫度/℃ 10 20 30 40 50 70 (NH4)2SO4 73.0 75.4 78.0 81.0 84.5 91.9 FeSO47H2O 40.0 48.0 60.0 73.3 — — (NH4)2SO4 FeSO46H2O 18.1 21.2 24.5 27.9 — — Ⅰ.實(shí)驗(yàn)室制取少量摩爾鹽的流程如下： 試回答下列問題： (1)步驟3中進(jìn)行“趁熱快速過濾”，可采取的措施是________________________ ________________________________________________________(寫出1種)， 趁熱過濾的目的是____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)步驟4中加熱濃縮至________________時(shí)為止。 (3)步驟4中析出的晶體不含(NH4)2SO4、FeSO4的原因是_______________________________ ________________________________________________________________________， 理論上制得的摩爾鹽的質(zhì)量為________。 Ⅱ.稱取兩份質(zhì)量均為1.96 g的該硫酸亞鐵銨，制成溶液。用未知濃度的酸性KMnO4溶液進(jìn)行滴定。 (1)滴定時(shí)，將酸性KMnO4溶液裝在________(填“酸式”或“堿式”)滴定管。已知MnO被還原為Mn2＋，試寫出該滴定過程中的離子方程式：__________________________________________________。 (2)判斷該反應(yīng)到達(dá)滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象為________________________________________________。 (3)假設(shè)到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)，用去V mL 酸性KMnO4溶液，則該酸性KMnO4溶液的濃度為________molL－1。 【答案】Ⅰ.(1)將漏斗置于沸水中預(yù)熱后進(jìn)行快速熱過濾 防止FeSO47H2O晶體析出 (2)液體表面出現(xiàn)晶膜 (3)在相同溫度下，(NH4)2SO4FeSO46H2O的溶解度比(NH4)2SO4、FeSO4都要小　7(m1－m2) g Ⅱ.(1)酸式　5Fe2＋＋MnO＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O (2)當(dāng)最后一滴酸性KMnO4溶液滴下時(shí)，溶液變成紫色，30 s內(nèi)不褪色，說明達(dá)到滴定終點(diǎn) (3) 【解析】以物質(zhì)的制備為背景材料的實(shí)驗(yàn)題對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笫呛軓椥缘?，可以問最?jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)儀器使用、基本操作，也可以提高到實(shí)驗(yàn)步驟的分析能力，還可以靈活考查實(shí)驗(yàn)方法的靈活運(yùn)用能力，甚至可以滲透實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。由于試題情景的絕對(duì)真實(shí)性，所涉及的反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)操作方法一般都是常用的、實(shí)用的，儀器也是比較常見的。所以應(yīng)該把精力放在理解透基本的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理上。如本題因?yàn)镕eSO4在低溫時(shí)溶解度較小，應(yīng)采用趁熱過濾，如果不趁熱過濾就會(huì)有FeSO47H2O晶體析出，過濾時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏斗堵塞現(xiàn)象。 題組三　基本操作與有機(jī)物的制備 解題指導(dǎo) 阿司匹林的合成流程： 乙酰水楊酸乙酰水楊酸晶體 乙酰水楊酸雜質(zhì)(水楊酸) 8．阿斯匹林(乙酰水楊酸)是由水楊酸和乙酸酐合成的：在生成乙酰水楊酸的同時(shí)，水楊酸分子間也能發(fā)生縮合反應(yīng)，生成少量聚合物(副產(chǎn)物)。 主反應(yīng)： 副反應(yīng)： 合成乙酰水楊酸的實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①向150 mL干燥錐形瓶中加入2 g水楊酸、5 mL乙酸酐和5滴濃硫酸，振蕩，待其溶解后，控制溫度在85～90 ℃條件下反應(yīng)5～10 min。然后冷卻，即有乙酰水楊酸晶體析出。 ②減壓過濾，用濾液淋洗錐形瓶，直至所有晶體被收集到布氏漏斗中。抽濾時(shí)用少量冷水洗滌晶體幾次，繼續(xù)抽濾，盡量將溶劑抽干。然后將粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至表面皿上，在空氣中風(fēng)干。 ③將粗產(chǎn)品置于100 mL燒杯中，攪拌并緩慢加入25 mL飽和碳酸氫鈉溶液，加完后繼續(xù)攪拌2～3分鐘，直到?jīng)]有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生為止。過濾，用5～10 mL蒸餾水洗滌沉淀，合并濾液于燒杯中，不斷攪拌，慢慢加入15 mL 4 molL－1鹽酸，將燒杯置于冷水中冷卻，即有晶體析出。抽濾，用冷水洗滌晶體1～2次，再抽干水分，即得產(chǎn)品。 請(qǐng)思考回答下列問題： (1)第①步中，要控制反應(yīng)溫度在85～90 ℃，應(yīng)采用________加熱方法。用這種加熱方法需要的玻璃儀器有_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在第②步中，用冷水洗滌晶體，其目的是____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)第③步中，加入碳酸氫鈉的作用是_____________________________________ ________________________________________________________________________， 加入鹽酸的作用是_______________________________________________。 (4)如何檢驗(yàn)產(chǎn)品中是否混有水楊酸_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】(1)水浴　酒精燈、燒杯、溫度計(jì) (2)洗滌晶體表面附著的雜質(zhì)、減少阿斯匹林因溶解而引起的損耗 (3)使阿斯匹林轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，而與不溶性的物質(zhì)相互分離　將阿斯匹林的可溶性鹽重新轉(zhuǎn)化為阿斯匹林，從而達(dá)到提純的目的 (4)向水中加入少量產(chǎn)品，然后滴加FeCl3溶液，若有紫色出現(xiàn)，說明產(chǎn)品中有水楊酸；若無紫色出現(xiàn)，說明產(chǎn)品中不含水楊酸 9．苯甲酸是一種重要的化工產(chǎn)品，某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)方案制備苯甲酸。反應(yīng)原理如下： C6H5—CH3＋2KMnO4C6H5—COOK＋KOH＋2MnO2↓＋H2O C6H5—COOK＋HCl―→ C6H5—COOH＋KCl 已知甲苯的熔點(diǎn)為－95 ℃，沸點(diǎn)為110.6 ℃，易揮發(fā)，密度為0.866 gcm－3；苯甲酸的熔點(diǎn)為122.4 ℃，在25 ℃和95 ℃下溶解度分別為0.3 g和6.9 g。 【制備產(chǎn)品】30.0 mL甲苯和25.0 mL 1 molL－1高錳酸鉀溶液在80 ℃下反應(yīng)30 min，裝置如圖所示： (1)圖中恒壓滴液漏斗支管的作用是____________________________________。 (2)在本實(shí)驗(yàn)中，三頸燒瓶最合適的容積是________(填字母)。 A．50 mL B．100 mL C．200 mL D．250 mL 【分離產(chǎn)品】他們?cè)O(shè)計(jì)如下流程分離粗產(chǎn)品苯甲酸和回收甲苯： 反應(yīng)混合物 (3)操作Ⅰ的名稱是________；含雜質(zhì)的產(chǎn)物經(jīng)操作Ⅱ進(jìn)一步提純得無色液體A，則操作Ⅱ的名稱是________。 (4)操作Ⅲ的名稱是________。檢驗(yàn)B中是否含有Cl－的方法如下：取少量B溶于水，在上層清液中滴加稀硝酸酸化的________溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則B中含有Cl－。 【答案】(1)平衡壓強(qiáng)，使甲苯順利滴入三頸燒瓶 (2)B (3)分液　蒸餾 (4)冷卻、過濾　AgNO3 【歸納總結(jié)】 有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)中易錯(cuò)點(diǎn) (1)溫度計(jì)水銀球的位置：若要控制反應(yīng)溫度，應(yīng)插入反應(yīng)液中，若要選擇收集某溫度下的餾分，則應(yīng)放在支管口附近。 (2)冷凝管的選擇：球形冷凝管只能用于冷凝回流，直形冷凝管既能用于冷凝回流，也能用于冷凝收集餾分。 (3)冷凝管的進(jìn)出水方向：“下進(jìn)上出”。 (4)加熱方法的選擇 ①酒精燈加熱。酒精燈的火焰溫度一般在400～500 ℃，所以需要溫度不太高的實(shí)驗(yàn)都可用酒精燈加熱。 ②水浴加熱。水浴加熱的溫度不超過100 ℃。 (5)防暴沸：加碎瓷片，防止溶液暴沸，若開始忘加沸石，需冷卻后補(bǔ)加。 考點(diǎn)二　物質(zhì)的檢驗(yàn)及組成的定量測(cè)定 【知識(shí)梳理】 1．定量測(cè)定數(shù)據(jù)測(cè)定的常用方法 (1)沉淀法 先將某種成分轉(zhuǎn)化為沉淀，然后稱量純凈、干燥的沉淀的質(zhì)量，再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。 (2)測(cè)氣體體積法 對(duì)于產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，可以通過測(cè)定氣體體積的方法測(cè)定樣品純度。 量氣裝置的設(shè)計(jì)： 下列裝置中，A是常規(guī)的量氣裝置，B、C、D是改進(jìn)后的量氣裝置。 　 (3)測(cè)氣體質(zhì)量法 將生成的氣體通入足量的吸收劑中，通過稱量實(shí)驗(yàn)前后吸收劑的質(zhì)量，求得所吸收氣體的質(zhì)量，然后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。 (4)滴定法 即利用滴定操作原理，通過酸堿中和滴定、沉淀滴定和氧化還原反應(yīng)滴定等獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。 (5)熱重法 只要物質(zhì)受熱時(shí)發(fā)生質(zhì)量變化，都可以用熱重法來研究物質(zhì)的組成在控制溫度的條件下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的方法。通過分析熱重曲線，我們可以知道樣品及其可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的組成、熱穩(wěn)定性、熱分解情況及生成產(chǎn)物等與質(zhì)量相聯(lián)系的信息。 2．應(yīng)用舉例 碳、硫的含量影響鋼鐵性能。碳、硫含量的一種測(cè)定方法是將鋼樣中碳、硫轉(zhuǎn)化為氣體，再用測(cè)碳、測(cè)硫裝置進(jìn)行測(cè)定。 (1)采用裝置A，在高溫下將x克鋼樣中碳、硫轉(zhuǎn)化為CO2、SO2。 ①氣體a的成分是________________。 ②若鋼樣中硫以FeS的形式存在，A中反應(yīng)：3FeS＋5O21________＋3________。 (2)將氣體a通入測(cè)硫裝置中(如下圖)，采用滴定法測(cè)定硫的含量。 ①H2O2氧化SO2的化學(xué)方程式：________________________________________。 ②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗z mL NaOH溶液，若消耗1 mL NaOH溶液相當(dāng)于硫的質(zhì)量為y克，則該鋼樣中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：________。 (3)將氣體a通入測(cè)碳裝置中(如下圖)，采用重量法測(cè)定碳的含量。 ①氣體a通過B和C的目的是____________________________________________________。 ②計(jì)算鋼樣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)是_______________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】(1)①O2、SO2、CO2?、贔e3O4　SO2 (2)①H2O2＋SO2===H2SO4?、?或100%) (3)①排除SO2對(duì)CO2測(cè)定的干擾 ②吸收CO2前、后吸收瓶的質(zhì)量 【解析】(1)①鋼樣中的碳、硫在裝置A中高溫加熱條件下生成CO2和SO2，還有未反應(yīng)的O2，故氣體a的成分為O2、SO2、CO2。②根據(jù)得失電子守恒和質(zhì)量守恒定律配平化學(xué)方程式：3FeS＋5O2Fe3O4＋3SO2。(2)①H2O2和SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)：H2O2＋SO2===H2SO4。②根據(jù)題意，消耗1 mL NaOH溶液相當(dāng)于硫的質(zhì)量為y克，則消耗z mL NaOH溶液，相當(dāng)于硫的質(zhì)量為yz g，所以鋼樣中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為或100%。(3)①氣體a中含有O2、SO2和CO2，在吸收CO2測(cè)定碳的含量時(shí)，也可能吸收SO2，故氣體a通過裝置B和C的目的排除SO2對(duì)CO2測(cè)定的干擾。②計(jì)算鋼樣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)測(cè)量吸收CO2前、后吸收瓶的質(zhì)量，其質(zhì)量差為CO2的質(zhì)量。 【題組集訓(xùn)】 題組一　物質(zhì)成分的檢驗(yàn)與常見物質(zhì)的鑒別 1．檢驗(yàn)牙膏中是否含有甘油選用的試劑是(　　) A．氫氧化鈉溶液 B．氫氧化銅濁液 C．醋酸溶液 D．碳酸鈉溶液 【答案】B 2．用于檢驗(yàn)火柴頭燃燒可產(chǎn)生SO2的裝置正確的是(　　) 【答案】B 3．檢驗(yàn)火柴頭中含有的氯元素，先將火柴頭浸沒于少量水中，取其浸取液，其后的操作正確的是(　　) A．滴加AgNO3溶液，觀察是否有白色沉淀 B．滴加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液，觀察是否有白色沉淀 C．滴加NaOH溶液，并加熱片刻，再用稀硝酸酸化后，滴入AgNO3溶液觀察是否有白色沉淀 D．滴加AgNO3溶液和稀硝酸，觀察是否有白色沉淀 【答案】B 4．亞硝酸鈉又稱為“工業(yè)鹽”，在新聞報(bào)道中常出現(xiàn)因誤食工業(yè)鹽而導(dǎo)致中毒的事件。下列關(guān)于亞硝酸鈉的敘述不正確的是(　　) A．亞硝酸鈉外觀與食鹽相似 B．亞硝酸鈉和食鹽一樣也具有咸味 C．食鹽可用作食品的添加劑而亞硝酸鈉絕對(duì)不可用作食品添加劑 D．亞硝酸鈉溶液和食鹽溶液中滴加硝酸銀溶液均可產(chǎn)生白色沉淀 【答案】C 5．下列各組僅用蒸餾水不能鑒別的是(　　) A. 苯、酒精、硝基苯 B. 食鹽、燒堿、硝酸銨 C. 蔗糖、硫酸銅粉末、碳酸鈣粉末 D. 氧化銅、二氧化錳、活性炭 【答案】D 6．下列用水能鑒別的一組物質(zhì)是(　　) A．乙酸乙酯、甘油、硝基苯 B．乙醇、甘油、四氯化碳 C．乙酸乙酯、苯、乙醇 D．苯、四氯化碳、硝基苯 【答案】A 【解析】A項(xiàng)，乙酸乙酯不溶于水，且密度小于水，浮在水面，出現(xiàn)分層，甘油溶于水，不出現(xiàn)分層，硝基苯為不溶于水的液體，且密度大于水，在水的下層，可以鑒別，正確；B項(xiàng)，乙醇、甘油都溶于水，不出現(xiàn)分層，無法區(qū)分，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，乙酸乙酯、苯都不溶于水，且密度都小于水，因此無法鑒別，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，四氯化碳、硝基苯為均不溶于水的液體，且密度大于水，都出現(xiàn)分層，且都在水的下層，因此無法鑒別，錯(cuò)誤。 7．下列方法中不能用來區(qū)別NaNO2和NaCl的是(　　) A．測(cè)定這兩種溶液的pH值 B．在酸性條件下加入KI淀粉溶液 C．觀察二者的顏色 D．用AgNO3和HNO3兩種試劑來區(qū)別 【答案】B 【解析】A項(xiàng)，測(cè)定pH時(shí)，pH大的為NaNO2，可鑒別，不符合題意；B項(xiàng)，溶液變藍(lán)的為NaNO2，無現(xiàn)象的為NaCl，可鑒別，不符合題意；C項(xiàng)，均為無色溶液，觀察不能鑒別，符合題意；D項(xiàng)，生成白色沉淀的為NaCl，無現(xiàn)象的為NaNO2，可鑒別，不符合題意。 8．物質(zhì)的鑒別有多種方法。下列能達(dá)到鑒別目的的是(　　) ①用水鑒別苯、乙醇、溴苯?、?用相互滴加的方法鑒別Ca(OH)2和NaHCO3溶液?、埸c(diǎn)燃鑒別甲烷和乙炔 A．①② B．①③ C．②③ D．①②③ 【答案】B 【解析】苯、溴苯不溶于水，當(dāng)二者分別與水混合時(shí)，苯在上層，溴苯在下層，乙醇和水互溶，①能達(dá)到鑒別目的。Ca(OH)2和NaHCO3相互滴加的反應(yīng)方程式雖然不同，但現(xiàn)象都是生成白色沉淀，所以②達(dá)不到鑒別目的。甲烷燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，乙炔燃燒產(chǎn)生明亮的火焰，并且伴有濃煙，③能達(dá)到鑒別目的，答案選B 。 題組二　物質(zhì)制備與定量測(cè)定 9．鋁鎂合金是飛機(jī)制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料。研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)為測(cè)定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)了下列兩種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。 [方案一] [實(shí)驗(yàn)方案]　將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應(yīng)，測(cè)定剩余固體質(zhì)量。 實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [實(shí)驗(yàn)步驟] (1)稱取10.8 g鋁鎂合金粉末樣品，溶于體積為V、物質(zhì)的量濃度為4.0 molL－1的NaOH溶液中，充分反應(yīng)。則NaOH溶液的體積V≥__________mL。 (2)過濾、洗滌、干燥、稱量固體。該步驟中若未洗滌固體，測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將______________(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。 [方案二] [實(shí)驗(yàn)方案]　將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應(yīng)，測(cè)定生成氣體的體積。 [實(shí)驗(yàn)步驟] (1)同學(xué)們擬選用下列實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn)： 你認(rèn)為最簡(jiǎn)易的裝置其連接順序是A接(　)(　)接(　)(　)接(　)(填接口字母，可不填滿)。 (2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)裝置后，同學(xué)們經(jīng)討論認(rèn)為以下兩點(diǎn)會(huì)引起較大誤差：稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會(huì)將瓶?jī)?nèi)空氣排出，使所測(cè)氫氣體積偏大；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，連接廣口瓶和量筒的導(dǎo)管中有少量水存在，使所測(cè)氫氣體積偏小。于是他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。 ①裝置中導(dǎo)管a的作用是______________________________________________ ________________________________________________________________________； ②實(shí)驗(yàn)前后量氣管中液面讀數(shù)分別為V1 mL、V2 mL，則產(chǎn)生氫氣的體積為__________mL； ③若需確定產(chǎn)生氫氣的量，還需測(cè)定的數(shù)據(jù)是_______________________________。 【答案】方案一：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　(1)97　(2)偏高 方案二：(1)E　D　G (2)①使分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)相等，打開分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下；滴入錐形瓶的稀硫酸的體積等于進(jìn)入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差　 ②(V1－V2)?、蹖?shí)驗(yàn)時(shí)的溫度和壓強(qiáng) 【解析】方案一：將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應(yīng)，鎂不和NaOH溶液反應(yīng)，鋁發(fā)生反應(yīng)：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。 (1)假設(shè)合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少為3%，則10.8 g鋁鎂合金粉末樣品中含有鋁10.476 g，其物質(zhì)的量是0.388 mol，根據(jù)反應(yīng)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑知，需要n(NaOH)＝n(Al)＝0.388 mol，V(NaOH)＝0.388 mol/4.0 molL－1＝0.097 L。 (2)過濾后，金屬鎂的表面會(huì)沾有其他離子，如果沒有洗滌，稱量后的固體的質(zhì)量將大于鎂的實(shí)際質(zhì)量，所測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將偏高。 方案二： (1)很明顯，該同學(xué)采用排水法來測(cè)量產(chǎn)生氫氣的體積，故A應(yīng)連接E，D連接G。(最后讀數(shù)時(shí)要調(diào)節(jié)廣口瓶和量筒中的液面高度，F(xiàn)接口的導(dǎo)管太短)。(2)①用導(dǎo)管a連接后，滴入錐形瓶的稀硫酸的體積等于進(jìn)入分液漏斗的氣體體積，從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差；②量氣管的 0刻度在上，故產(chǎn)生氫氣的體積為(V1－V2) mL；③若需確定產(chǎn)生氫氣的量，還需知道實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)。 10． Na2S2O3俗稱大蘇打(海波)是重要的化工原料。用Na2SO3和硫粉在水溶液中加熱反應(yīng)，可以制得Na2S2O3。已知10 ℃和70 ℃時(shí)，Na2S2O3在100 g水中的溶解度分別為60.0 g和212 g。常溫下，從溶液中析出的晶體是Na2S2O35H2O。 現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室欲制取Na2S2O35H2O晶體(Na2S2O35H2O的分子量為248) 步驟如下： ①稱取12.6 g Na2SO3于燒杯中，溶于80.0 mL水。 ②另取4.0 g硫粉，用少許乙醇潤(rùn)濕后，加到上述溶液中。 ③(如圖所示，部分裝置略去)，水浴加熱，微沸，反應(yīng)約1小時(shí)后過濾。 ④濾液在經(jīng)過加熱濃縮、冷卻結(jié)晶后析出Na2S2O35H2O晶體。 ⑤進(jìn)行減壓過濾并干燥。 (1)儀器B的名稱是_________。加入的硫粉用乙醇潤(rùn)濕的目的是___________________。 (2)濾液中除Na2S2O3和可能未反應(yīng)完全的Na2SO3外，最可能存在的無機(jī)雜質(zhì)是________________。 (3)為了測(cè)產(chǎn)品的純度，稱取7.40 g產(chǎn)品，配制成250 mL溶液，用移液管移取25.00 mL于錐形瓶中，滴加______________作指示劑，再用濃度為0.050 0 molL－1 的碘水，用________(填“酸式”或“堿式”)滴定管來滴定(2S2O＋I(xiàn)2===S4O＋2I－)，滴定結(jié)果如下： 滴定次數(shù) 滴定前讀數(shù)(mL) 滴定后讀數(shù)(mL) 第一次 0.30 31.12 第二次 0.36 31.56 第三次 1.10 31.88 則所得產(chǎn)品的純度為________，你認(rèn)為影響純度的主要原因是(不考慮操作引起的誤差)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【答案】(1)球形冷凝管　增加反應(yīng)物接觸面積，提高反應(yīng)速率 (2)Na2SO4 (3)淀粉溶液　酸式　103.2%　含有的Na2SO3也會(huì)和I2發(fā)生反應(yīng)，從而影響純度 【解析】(1)根據(jù)裝置圖可知，儀器B為球形冷凝管，使燒瓶中的液體進(jìn)行冷凝回流，硫粉難溶于水微溶于乙醇，所以硫粉在反應(yīng)前用乙醇濕潤(rùn)是使硫粉易于分散到溶液中，有利于硫粉和Na2SO3溶液充分接觸，加快反應(yīng)速率。 (2)S2O具有還原性，能夠被氧氣氧化成硫酸根離子，濾液中除Na2S2O3和可能未反應(yīng)完全的Na2SO3外，存在被氧化產(chǎn)物硫酸鈉，所以可能存在的雜質(zhì)是硫酸鈉。 (3)碘單質(zhì)滴定硫代硫酸鈉反應(yīng)，碘單質(zhì)遇到淀粉溶液變藍(lán)色，滴入最后一滴溶液變藍(lán)色且半分鐘不褪色證明滴定反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)，碘水有氧化性，能腐蝕橡膠管，所以碘水應(yīng)放在酸式滴定管中進(jìn)行滴定，根據(jù)題中表中的數(shù)據(jù)可知，第二次數(shù)據(jù)偏差較大，所以取一、三兩次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，所以用去的碘水的體積為 mL＝30.8 mL，碘的物質(zhì)的量為0.050 0 molL－10.030 8 L＝0.001 54 mol， 2S2O＋I(xiàn)2===S4O＋2I－， 2　　　1 x　　　0.001 54 mol 解得x＝0.003 08 mol，故Na2S2O35H2O的物質(zhì)的量為0.003 08 mol，質(zhì)量：0.003 08248 gmol－1＝0.763 8 g， 則稱取7.40 g產(chǎn)品，配制成250 mL溶液中，Na2S2O3 5H2O的質(zhì)量為0.763 8 g＝7.638 g，故產(chǎn)品的純度為100%≈103.2%， 碘單質(zhì)有強(qiáng)的氧化性，Na2SO3具有還原性，Na2SO3會(huì)和I2發(fā)生反應(yīng)，從而影響純度。