（通用版）2020高考化學一輪復習 跟蹤檢測（六十二）大題考法（3）物質(zhì)制備型綜合實驗（含解析）.doc

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跟蹤檢測（六十二）大題考法（3）——物質(zhì)制備型綜合實驗 1．(2019黃岡調(diào)研)氮化鎵(GaN)被稱為第三代半導體材料，其應(yīng)用已經(jīng)取得了突破性的進展。 已知：(ⅰ)氮化鎵性質(zhì)穩(wěn)定，不與水、酸反應(yīng)，只在加熱時溶于濃堿。 (ⅱ)NiCl2溶液在加熱時，先轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2，后分解為NiO。 (ⅲ)制備氮化鎵的反應(yīng)為2Ga＋2NH32GaN＋3H2。 某學校化學興趣小組實驗室制備氮化鎵，設(shè)計實驗裝置如圖所示。 設(shè)計實驗步驟如下： ①滴加幾滴NiCl2溶液潤濕金屬鎵粉末，置于反應(yīng)器內(nèi)。 ②先通入一段時間的H2，再加熱。 ③停止通氫氣，改通入氨氣，繼續(xù)加熱一段時間。 ④停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，直至冷卻。 ⑤將反應(yīng)器內(nèi)的固體轉(zhuǎn)移到盛有鹽酸的燒杯中，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥。 (1)儀器X中的試劑是____________，儀器Y的名稱是__________。 (2)該套裝置中存在的一處明顯的錯誤是___________________________________。 (3)步驟①中選擇NiCl2溶液，不選擇氧化鎳的原因是____。 a．增大接觸面積，加快化學反應(yīng)速率 b．使鎳能均勻附著在鎵粉的表面，提高催化效率 c．為了能更好形成原電池，加快反應(yīng)速率 (4)步驟③中制備氮化鎵，則判斷該反應(yīng)接近完成時，觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________。 (5)請寫出步驟⑤中檢驗產(chǎn)品氮化鎵固體洗滌干凈的操作： ________________________________________________________________________。 (6)鎵元素與鋁同族，其性質(zhì)與鋁類似，請寫出氮化鎵溶于熱的濃NaOH溶液的離子方程式：________________________________________________________________________。 解析：(1)根據(jù)題中信息可知，裝置A制取氫氣，裝置C制取氨氣，液體與固體作用且不需要加熱的條件下制氨氣，則儀器X中的試劑是濃氨水。 (2)過量的氨氣進入裝置F與稀硫酸反應(yīng)，則裝置F中會產(chǎn)生倒吸。 (3)NiCl2溶液在加熱時，先轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2，后分解為NiO，可增大接觸面積，加快Ga與NiO制取催化劑Ni的化學反應(yīng)速率；生成的鎳能均勻附著在鎵粉的表面，提高催化效率。 (4)步驟③中制備氮化鎵，發(fā)生的反應(yīng)為2Ga＋2NH32GaN＋3H2，過量的氨氣被硫酸迅速吸收，氫氣不溶于水，會產(chǎn)生氣泡，故反應(yīng)接近完成時，可觀察到裝置F中幾乎不再產(chǎn)生氣泡。 (6)可以理解成GaN與水反應(yīng)生成Ga(OH)3和NH3，雖然很難，但在熱的濃NaOH溶液的環(huán)境下，NaOH與Ga(OH)3反應(yīng)生成GaO，促進了反應(yīng)的進行。 答案：(1)濃氨水　球形干燥管 (2)裝置F中會產(chǎn)生倒吸 (3)ab (4)裝置F中幾乎不再產(chǎn)生氣泡 (5)取最后一次的洗滌液于試管中，滴加AgNO3溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則證明產(chǎn)品氮化鎵固體已洗滌干凈 (6)GaN＋OH－＋H2OGaO＋NH3↑ 2．己二酸是一種重要的有機二元酸，能夠發(fā)生成鹽反應(yīng)、酯化反應(yīng)、酰胺化反應(yīng)等，并能與二元胺或二元醇縮聚成高分子聚合物等，是合成尼龍66的原料，工業(yè)上環(huán)己醇用硝酸氧化可得到己二酸，是典型的氧化還原反應(yīng)。 相關(guān)物理常數(shù)： 名稱 相對 分子 質(zhì)量 密度 (20 ℃) (gcm－3) 熔點 (℃) 沸點 (℃) 溶解度 S(g/100 g溶劑) 水 乙醇 乙醚 環(huán)己醇 100 0.96 25.2 161 可溶 易溶 己二酸 146 1.36 151 265 可溶(S隨溫度降低而減小) 易溶 微溶 Ⅰ.己二酸粗產(chǎn)品的制備 操作步驟：裝置C中加入50 mL中等濃度的硝酸(過量)，投入沸石，并逐一安裝裝置A、裝置B和溫度計，磁力攪拌，將溶液混合均勻，并加熱到80 ℃。用裝置A滴加2滴環(huán)己醇，反應(yīng)立即開始，溫度隨即上升到85～90 ℃，從裝置A中小心地逐滴加入環(huán)己醇，將混合物在85～90 ℃下加熱2～3分鐘，共加入1.000 g環(huán)己醇。 請回答下列問題： (1)反應(yīng)需維持溫度在85～90 ℃，最好采取________控溫；試分析維持溫度在85～90 ℃的原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)裝置右側(cè)燒杯中的NaOH溶液的作用是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.己二酸粗產(chǎn)品的提純及應(yīng)用 操作流程：趁熱倒出裝置C中的產(chǎn)品，在冷水中降溫冷卻，析出的晶體在布氏漏斗上進行抽濾，將晶體進行重結(jié)晶，再分別用3 mL冰水和乙醚洗滌己二酸晶體，繼續(xù)抽濾，晶體再用3 mL冰水洗滌一次，再抽濾。取出產(chǎn)品，干燥后稱重，得干燥的己二酸0.860 g。 請回答下列問題： (3)相比于普通過濾，抽濾的優(yōu)點在于______________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在抽濾過程中，用冰水洗滌析出的己二酸晶體的原因：_________________________________________________。 (5)該實驗的產(chǎn)率為________%(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。 (6)工業(yè)上用己二酸與乙二醇反應(yīng)形成鏈狀高分子化合物，寫出化學方程式：________________________________________________________________________。 解析：(1)反應(yīng)需維持溫度在85～90 ℃，低于100 ℃，最好采取水浴控溫。維持溫度在85～90 ℃的原因：維持反應(yīng)速率(或溫度過低反應(yīng)速率慢)，減少HNO3的分解和揮發(fā)(或溫度過高HNO3分解和揮發(fā))，減少副反應(yīng)的發(fā)生。 (2)在反應(yīng)中環(huán)己醇被氧化，HNO3被還原成氮氧化物，右側(cè)燒杯中的NaOH溶液的作用是吸收HNO3被還原生成的氮氧化物，防止污染大氣。 (3)相比于普通過濾，抽濾的優(yōu)點在于：減小壓強加快過濾速率，減少過濾過程中產(chǎn)品的變質(zhì)，得到較干燥的產(chǎn)品。 (4)己二酸中混有環(huán)己醇和HNO3，環(huán)己醇易溶于乙醚，己二酸微溶于乙醚，抽濾時用乙醚洗滌除去環(huán)己醇。HNO3易溶于水，己二酸在水中的溶解度隨溫度降低而減小，用冰水洗滌析出的己二酸晶體的原因：除去殘留的HNO3，減少己二酸的損失。 (5)n(環(huán)己醇)＝1.000 g100 gmol－1＝0.01 mol，理論上生成己二酸物質(zhì)的量為0.01 mol，生成己二酸的質(zhì)量為0.01 mol146 gmol－1＝1.46 g，該實驗的產(chǎn)率為100%≈58.9%。 (6)己二酸屬于二元酸，乙二醇屬于二元醇，兩者發(fā)生縮聚反應(yīng)形成高分子化合物，反應(yīng)的化學方程式為 答案：(1)水浴　維持反應(yīng)速率，并減少HNO3的揮發(fā)及分解，減少副反應(yīng)的發(fā)生 (2)吸收HNO3被還原生成的氮氧化物，防止污染空氣 (3)加快過濾速度，減少過濾過程中產(chǎn)品的變質(zhì)，得到較干燥的產(chǎn)品 (4)除去殘留的HNO3，減小己二酸的損失 (5)58.9 3．三氯氧磷(POCl3)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可以直接氧化PCl3制備POCl3，反應(yīng)原理為P4(白磷)＋6Cl2===4PCl3,2PCl3＋O2===2POCl3。 PCl3、POCl3的部分性質(zhì)如下： 物質(zhì) 熔點/℃ 沸點/℃ 其他 PCl3 －112 75.5 遇水生成H3PO3和HCl POCl3 2 105.3 遇水生成H3PO4和HCl 某興趣小組模擬該工藝設(shè)計實驗裝置如下(某些夾持裝置、加熱裝置已略去)： (1)儀器a的名稱為________________，B裝置中長頸漏斗的作用是________________。 (2)裝置E用來制取Cl2，反應(yīng)的離子方程式為________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)為使實驗順利進行，還需補充的裝置為_____________。 (4)反應(yīng)時，需嚴格控制三個條件： ①先制取__________，緩慢地通入C 中，直至C 中的白磷消失后，再通入另一種氣體。 ②C裝置用水浴加熱控制溫度為60～65 ℃，除加快反應(yīng)速率外，另一目的是________________________________________________________________________。 ③反應(yīng)物必須干燥，否則會在C 裝置中產(chǎn)生大量的白霧，其主要成分為________(寫化學式)。 (5)反應(yīng)結(jié)束后通過下面步驟測定POCl3產(chǎn)品中Cl 的含量，元素Cl 的質(zhì)量分數(shù)為____________(寫出計算式)。 Ⅰ.取x g產(chǎn)品于錐形瓶中，加入足量NaOH溶液，POCl3完全反應(yīng)后加稀硝酸至酸性； Ⅱ.向錐形瓶中加入0.100 0 molL－1 的AgNO3 溶液40.00 mL，使Cl－完全沉淀； Ⅲ.再向錐形瓶中加入20 mL硝基苯，振蕩，使沉淀表面被有機物覆蓋； Ⅳ.然后加入指示劑，用c molL－1 NH4SCN溶液滴定過量Ag＋至終點，記下所用體積為V mL。 [已知：Ag3PO4溶于酸，Ksp(AgCl )＝3.210－10， Ksp(AgSCN )＝210－12] 解析：(1)儀器a的名稱是冷凝管(或球形冷凝管)，裝置A中產(chǎn)生氧氣，發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)；B裝置的作用除觀察O2的流速之外，還有平衡氣壓、干燥O2(或平衡氣壓和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反應(yīng)引入雜質(zhì))。 (2)二氧化錳與濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，反應(yīng)的離子方程式為4H＋＋ 2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。 (3)C裝置為氯氣和白磷發(fā)生反應(yīng)的裝置，反應(yīng)結(jié)束后會有氯氣從冷凝管a中溢出，污染空氣，需要吸收處理；同時，POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應(yīng)，為使實驗順利進行，需要在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管，防止外界中水蒸氣進入C裝置內(nèi)。 (4)根據(jù)題意可知，要先制備出三氯化磷，然后其被氧化為POCl3，所以先制取氯氣，緩慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入氧氣。 ②由于PCl3的沸點是75.5 ℃，因此控制溫度60～65 ℃，其主要目的是加快反應(yīng)速率，同時防止PCl3氣化。 ③POCl3和PCl3遇水會發(fā)生反應(yīng)，均生成氯化氫，遇到水蒸氣產(chǎn)生大量的白霧，所以反應(yīng)物必須干燥。 (5)根據(jù)題意可知，NH4SCN的物質(zhì)的量為0.001cV mol，則與之反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.001cV mol，而總的銀離子的物質(zhì)的量為0.004 mol，所以與氯離子反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.004 mol－0.001cV mol，因此氯離子的物質(zhì)的量為0.004 mol－0.001cV mol，則產(chǎn)品中Cl元素的含量為100%。 答案：(1)球形冷凝管　平衡氣壓 (2)4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (3)在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管 (4)①Cl2?、诜乐筆Cl3氣化　③HCl (5)100% 4．實驗室制備苯甲酸乙酯的反應(yīng)裝置示意圖和有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 名稱 相對分子質(zhì)量 密度/(gcm－3) 沸點/℃ 水中溶解性 苯甲酸 122 1.266 249 微溶 乙醇 46 0.789 78.3 溶 苯甲酸乙酯 150 1.045 213 難溶 環(huán)己烷 84 0.779 80.8 難溶 環(huán)己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸點為62.1 ℃。 合成反應(yīng)：向圓底燒瓶中加入6.1 g苯甲酸、20 mL無水乙醇、25 mL環(huán)己烷和2片碎瓷片，攪拌后再加入2 mL濃硫酸。按圖組裝好儀器后，水浴加熱回流1.5小時。 分離提純：繼續(xù)水浴加熱蒸出多余乙醇和環(huán)己烷，經(jīng)分水器放出。剩余物質(zhì)倒入盛有60 mL冷水的燒杯中，依次用碳酸鈉、無水氯化鈣處理后，再蒸餾純化，收集210～213 ℃的餾分，得產(chǎn)品5.0 g。 回答下列問題： (1)儀器A的名稱為________，冷卻水應(yīng)從________(填“a”或“b”)口流出。 (2)加入環(huán)己烷的目的為__________________________________________________。 (3)合成反應(yīng)中，分水器中會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且下層液體逐漸增多，當下層液體高度距分水器支管約2 cm時開啟活塞放出少量下層液體。該操作的目的為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)實驗中加入碳酸鈉的目的為____________________________________________； 經(jīng)碳酸鈉處理后，若粗產(chǎn)品與水分層不清，可采取的措施為 ________________________________________________________________________。 (5)在該實驗中，圓底燒瓶的容積最適合的是__________(填字母)。 A．50 mL　　　　　　　 　B．100 mL C．200 mL D．300 mL (6)本實驗的產(chǎn)率為____________________。 解析：(2)根據(jù)題給信息“環(huán)己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸點為62.1 ℃”可知環(huán)己烷在合成反應(yīng)中的作用為在較低溫度下帶出生成的水，促進酯化反應(yīng)向右進行，提高產(chǎn)率。(3)分水器中上層是油狀物，下層是水，當油層液面高于支管口時，油層會沿著支管流回燒瓶，達到了使反應(yīng)物冷凝回流，提高產(chǎn)率的目的。因此當下層液體高度距分水器支管約2 cm時，應(yīng)開啟活塞，放出下層的水，避免水層升高流入燒瓶。(4)合成反應(yīng)結(jié)束后，圓底燒瓶中主要含有苯甲酸乙酯(產(chǎn)物)、苯甲酸(未反應(yīng)完)、硫酸(催化劑)、乙醇、環(huán)己烷，水浴加熱除去乙醇和環(huán)己烷，剩余的物質(zhì)主要為苯甲酸乙酯、苯甲酸、硫酸。加入碳酸鈉溶液可中和苯甲酸、硫酸，生成易溶于水的鹽，溶液分層；經(jīng)碳酸鈉溶液處理后，若粗產(chǎn)品與水分層不清，可加入食鹽，進一步降低酯的溶解，該操作為鹽析；然后用分液漏斗分出有機層，加入無水氯化鈣吸收部分的水，再進行蒸餾，接收210～213 ℃的餾分。(5)由題表中的數(shù)據(jù)可計算出苯甲酸的體積約為5 mL，則圓底燒瓶中溶液的體積約為5 mL＋20 mL＋25 mL＋2 mL＝52 mL，而圓底燒瓶中所能盛放的溶液的體積應(yīng)不超過圓底燒瓶的2/3，故應(yīng)選擇容積為100 mL的圓底燒瓶。(6)m(乙醇)＝(0.78920)g＝15.78 g，設(shè)苯甲酸乙酯的理論產(chǎn)量為x，則 122 g　　 46 g　　　　　 150 g 6．1 g　　 15.78 g(過量)　　　 x 解得x＝7.5 g，則產(chǎn)率＝100%＝100%≈66.7%。 答案：(1)球形冷凝管　b (2)在較低溫度下除去產(chǎn)物水，提高產(chǎn)率 (3)確保乙醇和環(huán)己烷及時返回反應(yīng)體系而下層水不會回流到體系中 (4)中和苯甲酸和硫酸　加氯化鈉進行鹽析 (5)B (6)66.7% 5．一氯化碘(沸點97.4 ℃)是一種紅棕色易揮發(fā)的液體，不溶于水，溶于乙醇和乙酸。某校研究性學習小組的同學擬制備一氯化碘?；卮鹣铝袉栴}： (1)甲組同學擬利用干燥、純凈的氯氣與碘反應(yīng)制備一氯化碘，其裝置如下：(已知碘與氯氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)) ①各裝置連接順序為A→______________；A裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 ②B裝置燒瓶需放在冷水中，其目的是________________，D裝置的作用是________________________________________________________________________。 ③將B裝置得到的液態(tài)產(chǎn)物進一步提純可得到較純凈的ICl，則提純采取的操作方法是________________。 (2)乙組同學采用的一種制一氯化碘的方法為：在三頸燒瓶中加入粗碘和鹽酸，控制溫度約50 ℃，在不斷攪拌下逐滴加入氯酸鈉溶液，生成一氯化碘。則發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為________________________________________________________________________。 (3)設(shè)計實驗證明： ①ICl的氧化性比I2強：_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②ICl與乙烯作用發(fā)生加成反應(yīng)：__________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)A裝置用于制備Cl2，Cl2中含HCl氣體和水蒸氣，用C裝置除HCl，用E裝置干燥Cl2，將干燥的Cl2通入B中與碘反應(yīng)，制備ICl。由于ICl易揮發(fā)，所以B裝置應(yīng)放在冷水中。Cl2可能未完全反應(yīng)，用D裝置吸收尾氣，防止污染。(3)②ICl不溶于水，溶于乙醇和乙酸，所以先將ICl溶于乙醇中配成溶液，再通入乙烯，ICl呈紅棕色，通過顏色褪去，證明其與乙烯發(fā)生了加成反應(yīng)。 答案：(1)①C→E→B→D MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O ②防止ICl揮發(fā)　吸收未反應(yīng)的氯氣，防止污染空氣?、壅麴s (2)3I2＋6HCl＋NaClO36ICl＋NaCl＋3H2O (3)①用濕潤的KI淀粉試紙檢驗一氯化碘蒸氣，試紙變藍 ②在ICl的乙醇溶液中通入乙烯，溶液褪色 6．實驗室制備硝基苯的反應(yīng)原理和實驗裝置如下： 反應(yīng)中存在的主要副反應(yīng)有：在溫度稍高的情況下會生成間二硝基苯。有關(guān)數(shù)據(jù)如下表： 物質(zhì) 熔點/℃ 沸點/℃ 密度/(gcm－3) 溶解性 苯 5.5 80 0.88 微溶于水 硝基苯 5.7 210.9 1.205 難溶于水 間二硝基苯 89 301 1.57 微溶于水 濃硝酸 83 1.4 易溶于水 濃硫酸 338 1.84 易溶于水 實驗步驟如下：①取100 mL燒杯，用20 mL濃硫酸與18 mL濃硝酸配制混合酸，將混合酸小心加入B中；②把18 mL (15.84 g)苯加入A中；③在室溫下，向苯中逐滴加入混合酸，邊滴邊攪拌，混合均勻。在50～60 ℃下發(fā)生反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束；④將反應(yīng)液冷卻至室溫后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5%NaOH溶液、水洗滌并分液；⑤分出的產(chǎn)物加入無水CaCl2顆粒，靜置片刻，然后倒入蒸餾燒瓶，棄去CaCl2，進行蒸餾純化，收集205～210 ℃餾分，得到純硝基苯18 g。回答下列問題： (1)圖中裝置C的作用是___________________________________________________。 (2)配制混合酸時，能否將濃硝酸加入到濃硫酸中，說明理由：________________________________________________________________________。 (3)為了使反應(yīng)在50～60 ℃下進行，常用的方法是____________________________。反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫后A中液體就是粗硝基苯，粗硝基苯呈黃色的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在洗滌操作中，第二次水洗的目的是____________________________________。 (5)在蒸餾純化過程中，因硝基苯的沸點高于140 ℃，應(yīng)選用空氣冷凝管，不選用水直形冷凝管的原因是__________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)本實驗所得到的硝基苯產(chǎn)率是_________________________________________。 解析：(1)由儀器的結(jié)構(gòu)特征分析，裝置C為冷凝管，其作用為冷凝回流。 (2)濃硝酸與濃硫酸混合會放出大量的熱，若將濃硝酸加入到濃硫酸中，硝酸的密度小于濃硫酸，會導致液體迸濺。 (3)因為反應(yīng)在50～60 ℃下進行，低于水的沸點，可以利用水浴加熱。反應(yīng)后硝基苯中溶有濃硝酸分解產(chǎn)生的NO2(或硝酸)等雜質(zhì)，使硝基苯顯黃色。 (4)先用水洗除去濃硫酸和硝酸，再用NaOH除去溶解的少量的酸，最后水洗除去未反應(yīng)的NaOH以及生成的鹽。 (5)硝基苯沸點高用空氣冷凝與水冷凝相比效果幾乎無差異，且冷凝管通水冷卻時導致溫度差過大可能發(fā)生炸裂，所以選用空氣冷凝。 (6)苯完全反應(yīng)生成硝基苯的理論產(chǎn)量為15.84 g，所以硝基苯的產(chǎn)率為100%≈72.06%。 答案：(1)冷凝回流　(2)不能，易暴沸飛濺 (3)水浴加熱　溶有濃硝酸分解產(chǎn)生的NO2(或硝酸)等雜質(zhì) (4)洗去殘留的NaOH及生成的鈉鹽 (5)硝基苯沸點高用空氣冷凝與水冷凝相比效果幾乎無差異；通水冷卻時溫差過大易炸裂冷凝管 (6)72.06%