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大題精做二 化學物質(zhì)制備實驗設(shè)計
1.(2018天津卷)下圖中反應(yīng)①是制備SiH4的一種方法,其副產(chǎn)物MgCl26NH3是優(yōu)質(zhì)的鎂資源?;卮鹣铝袉栴}:
(1)MgCl26NH3是所含元素的簡單離子半徑由小到大的順序(H+除外):_________________________,Mg在元素周期表中的位置:_____________________,Mg(OH)2的電子式:____________________。
(2)A2B的化學式為_______________。反應(yīng)②的必備條件是_______________。上圖中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有_______________。
(3)在一定條件下,由SiH4和CH4反應(yīng)生成H2和一種固體耐磨材料_______________(寫化學式)。
(4)為實現(xiàn)燃煤脫硫,向煤中加入漿狀Mg(OH)2,使燃燒產(chǎn)生的SO2轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的Mg化合物,寫出該反應(yīng)的化學方程式:_______________。
(5)用Mg制成的格式試劑(RMgBr)常用于有機合成,例如制備醇類化合物的合成路線如下:
依據(jù)上述信息,寫出制備所需醛的可能結(jié)構(gòu)簡式:_______________。
【解析】(1)MgCl26NH3所含元素的簡單離子為Mg2+、Cl?、N3?、H+,比較離子半徑應(yīng)該先看電子層,電子層多半徑大,電子層相同時看核電荷數(shù),核電荷數(shù)越大離子半徑越小,所以這幾種離子半徑由小到大的順序為:r(H+)
C;故答案為:N>C;(2)NaCN用雙氧水處理后,產(chǎn)生一種酸式鹽和一種能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體,即反應(yīng)生成了HCO和NH3,離子方程式為:CN?+H2O2+H2O===HCO+NH3↑;故答案為:CN?+H2O2+H2O===HCO+NH3↑;(3)由于氨氣極易溶于水,使體系內(nèi)壓強快速減小,易發(fā)生倒吸,所以b裝置是安全瓶,防止倒吸;故答案為:作安全瓶,防止倒吸;(4)裝置a中反應(yīng)產(chǎn)生的O2,將三頸燒瓶中產(chǎn)生的NH3及時排出,減少副反應(yīng)的發(fā)生;故答案為:將三頸燒瓶中產(chǎn)生的NH3及時排出,減少副反應(yīng)的發(fā)生;(5)根據(jù)題目信息提示可知,制備反應(yīng)需要在55℃的條件下進行,所以需要控制溫度不能超過90℃,需要水浴加熱、溫度計和酒精燈;故答案為:ACD;(6)用硝酸銀溶液滴定的過程中,當?shù)稳胱詈笠坏蜗跛徙y溶液時,溶液中出現(xiàn)淡黃色沉淀,且半分鐘內(nèi)沉淀不消失時,說明已經(jīng)滴定到終點;故答案為:滴入最后一滴硝酸銀溶液時,溶液中出現(xiàn)淡黃色沉淀,且半分鐘內(nèi)沉淀不消失;根據(jù)化學計量關(guān)系可知,Ag+——2CN?,n(AgNO3)=1.0010-4molL-10.0015mL=1.510?7mol,即n(NaCN)=2 n(AgNO3)=
1.510?7mol2=3.010?7mol,m(NaCN)=3.010?7mol49g/mol=1.4710?5g,氰化鈉的濃度為:0.0147mg0.1L=0.147g/L;0.147g/L<0.50mg/L,所以已達到排放標準。故答案為:0.147,是。
【答案】(1)取少量碳酸氫鈉于試管中,加入稀硝酸,有無色氣泡產(chǎn)生,說明硝酸酸性強于碳酸,非金屬性N>C
(2)CN?+H2O2+H2O===HCO+NH3↑
(3)作安全瓶,防止倒吸
(4)將三頸燒瓶中產(chǎn)生的NH3及時排出,減少副反應(yīng)的發(fā)生
(5)ACD
(6)滴入最后一滴硝酸銀溶液時,溶液中出現(xiàn)淡黃色沉淀,且半分鐘內(nèi)沉淀不消失
(7)0.147 是
3.(2018安徽阜陽三中二模)醋酸亞鉻水合物[Cr(CH3COO)2]22H2O(相對分子質(zhì)量為376)是一種氧氣吸收劑,為紅棕色晶體,潮濕時易被氧化,微溶于乙醇,不溶于水和乙醚(易揮發(fā)的有機溶劑)。其制備裝置及步驟如下:
①待三頸燒瓶內(nèi)的溶液由深綠色(Cr3+)變?yōu)榱了{色(Cr2+)時,將溶液轉(zhuǎn)移至裝置乙中,當出現(xiàn)大量紅棕色晶體時,關(guān)閉分液漏斗的旋塞。
②將裝置乙中混合物快速過濾、洗滌和干燥,稱量得到 [Cr(CH3COO)2]22H2O。
③檢查裝置氣密性后,往三頸燒瓶中依次加入過量鋅粒、適量CrCl3溶液。
④關(guān)閉K2,打開K1,旋開分液漏斗的旋塞并控制好滴速。
(1)正確的實驗步驟為:_________________。
(2)裝置甲中連通管a的作用是_______________________________________。
(3)三頸燒瓶中的Zn除了與鹽酸生成H2外,發(fā)生的另一個反應(yīng)的離子方程式為______________________
________________________。
(4)實現(xiàn)步驟①中溶液自動轉(zhuǎn)移至裝置乙中的實驗操作為_______________________。
(5)步驟④目的是___________________________________________。
(6)洗滌產(chǎn)品時,依次用去氧的冷蒸餾水、無水乙醇、乙醚,目的是_________________。
(7)已知其它反應(yīng)物足量,實驗時取用的CrCl3溶液中含溶質(zhì)9.51g,實驗后得干燥純凈的[Cr(CH3COO)2]22H2O 9.48g,則該實驗所得產(chǎn)品的產(chǎn)率為____(不考慮溶解的醋酸亞鉻水合物)(用百分數(shù)表示,保留3位有效數(shù)字)。
【解析】(1)裝置甲:分液漏斗盛裝稀鹽酸,在圓底燒瓶中和鋅反應(yīng)Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑,同時發(fā)生2CrCl3+Zn===2CrCl2+ZnCl2,生成氫氣,用來增大壓強把生成的CrCl2溶液壓入裝置乙中;裝置乙:2Cr2++4CH3COO?+2H2O===[Cr(CH3COO)2]22H2O↓,裝置丙是保持裝置壓強平衡,同時避免空氣進入,故正確的實驗步驟為:③④①②;(2)裝置甲中連通管a的作用是平衡氣壓,使分液漏斗中的鹽酸順利流下;(3)裝置甲:分液漏斗盛裝稀鹽酸,在圓底燒瓶中和鋅反應(yīng)Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑,同時發(fā)生2CrCl3+Zn===2CrCl2+ZnCl2,該反應(yīng)的離子反應(yīng)為:2Cr3++Zn===2Cr2++Zn2+;(4)實驗開始生成H2氣后,為使生成的CrCl2溶液與CH3COONa溶液順利混合,打開K2關(guān)閉K1,把生成的CrCl2溶液壓入裝置乙中反應(yīng),故答案為:關(guān)閉k1,打開k2;(5)步驟④目的是讓Zn與鹽酸反應(yīng)生成的H2排盡裝置內(nèi)的空氣,防止產(chǎn)品被氧化;(6)醋酸亞鉻水合物不溶于冷水和醚,微溶于醇,易溶于鹽酸,所以可以選用冷水、無水乙醇和乙醚洗滌[Cr(CH3COO)2]22H2O產(chǎn)品,洗滌產(chǎn)品時,依次用去氧的冷蒸餾水、無水乙醇、乙醚,目的是為了去除可溶性雜質(zhì)和水分;(7)CrCl3為9.51g158.5g/mol=0.06mol,得到CrCl2為0.06mol,而CH3COONa為1.5mol,由方程式可知CH3COONa足量,則理論上可以得到[Cr(CH3COO)2]22H2O的質(zhì)量為0.06mol12376g/mol=11.28g,所得產(chǎn)品的產(chǎn)率為9.4g11.28g100%=84.0%。
【答案】(1)③④①②
(2)平衡氣壓,使分液漏斗中的鹽酸順利流下
(3)2Cr3++Zn===2Cr2++Zn2+
(4)關(guān)閉K1,打開K2
(5)讓Zn與鹽酸反應(yīng)生成的H2排盡裝置內(nèi)的空氣,防止產(chǎn)品被氧化
(6)為了去除可溶性雜質(zhì)和水分
(7)84.0%
4.(2018江蘇卷)以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2為原料可制備N2H4H2O(水合肼)和無水Na2SO3,其主要實驗流程如下:
已知:①Cl2+2OH?===ClO?+Cl?+H2O是放熱反應(yīng)。
②N2H4H2O沸點約118 ℃,具有強還原性,能與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2。
(1)步驟Ⅰ制備NaClO溶液時,若溫度超過40℃,Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO3和NaCl,其離子方程式為____________________________________;實驗中控制溫度除用冰水浴外,還需采取的措施是____________________________________。
(2)步驟Ⅱ合成N2H4H2O的裝置如圖?1所示。NaClO堿性溶液與尿素水溶液在40℃以下反應(yīng)一段時間后,再迅速升溫至110℃繼續(xù)反應(yīng)。實驗中通過滴液漏斗滴加的溶液是_____________;使用冷凝管的目的是_________________________________。
(3)步驟Ⅳ用步驟Ⅲ得到的副產(chǎn)品Na2CO3制備無水Na2SO3(水溶液中H2SO3、HSO、SO隨pH的分布如圖?2所示,Na2SO3的溶解度曲線如圖?3所示)。
①邊攪拌邊向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液。實驗中確定何時停止通SO2的實驗操作為_________________。
②請補充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實驗方案: _______________________,用少量無水乙醇洗滌,干燥,密封包裝。
【解析】步驟I中Cl2與NaOH溶液反應(yīng)制備NaClO;步驟II中的反應(yīng)為NaClO堿性溶液與尿素水溶液反應(yīng)制備水合肼,;步驟III分離出水合肼溶液;步驟IV由SO2與Na2CO3反應(yīng)制備Na2SO3。
(1)溫度超過40℃,Cl2與NaOH溶液發(fā)生歧化反應(yīng)生成NaClO3、NaCl和H2O,反應(yīng)的化學方程式為3Cl2+6NaOH5NaCl+NaClO3+3H2O,離子方程式為3Cl2+6OH?5Cl?+ClO+3H2O。由于Cl2與NaOH溶液的反應(yīng)為放熱反應(yīng),為了減少NaClO3的生成,應(yīng)控制溫度不超過40℃、減慢反應(yīng)速率;實驗中控制溫度除用冰水浴外,還需采取的措施是:緩慢通入Cl2。(2)步驟II中的反應(yīng)為NaClO堿性溶液與尿素水溶液反應(yīng)制備水合肼,由于水合肼具有強還原性、能與NaClO劇烈反應(yīng)生成N2,為了防止水合肼被氧化,應(yīng)逐滴滴加NaClO堿性溶液,所以通過滴液漏斗滴加的溶液是NaClO堿性溶液。NaClO堿性溶液與尿素水溶液在110℃繼續(xù)反應(yīng),N2H4H2O沸點約118℃,使用冷凝管的目的:減少水合肼的揮發(fā)。(3)①向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液,根據(jù)圖示溶液pH約為4時,HSO的摩爾分數(shù)最大,則溶液的pH約為4時停止通入SO2;實驗中確定何時停止通入SO2的實驗操作為:測量溶液的pH,若pH約為4,停止通SO2。②由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3,首先要加入NaOH將NaHSO3轉(zhuǎn)化為Na2SO3,根據(jù)含硫微粒與pH的關(guān)系,加入NaOH應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH約為10;根據(jù)Na2SO3的溶解度曲線,溫度高于34℃析出Na2SO3,低于34℃析出Na2SO37H2O,所以從Na2SO3溶液中獲得無水Na2SO3應(yīng)控制溫度高于34℃。由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實驗方案為:邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,測量溶液pH,pH約為10時,停止滴加NaOH溶液,加熱濃縮溶液至有大量晶體析出,在高于34℃條件下趁熱過濾,用少量無水乙醇洗滌,干燥,密封包裝。
【答案】(1)3Cl2+6OH?5Cl?+ClO+3H2O 緩慢通入Cl2
(2)NaClO堿性溶液減少水合肼的揮發(fā)
(3)①測量溶液的pH,若pH約為4,停止通SO2
②邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,測量溶液pH,pH約為10時,停止滴加NaOH溶液,加熱濃縮溶液至有大量晶體析出,在高于34℃條件下趁熱過濾
5.(2018四川華大新高考聯(lián)盟質(zhì)量檢測)富馬酸亞鐵(C4H2O4Fe)常用于治療缺鐵性貧血,也可作食品營養(yǎng)強化劑,它可由糠醛()和硫酸亞鐵制備。已知
回答下列問題
I.制備富馬酸(實驗裝置如圖所示,夾持裝置已略去)
(1)將45.0g氯酸鈉、0.2g五氧化二釩置于三頸燒瓶中,加入適量水,滴加糠醛并加熱至90~100℃,維持此溫度3~4h。實驗中冷凝管的作用是_________,冷卻液宜從_______
____ (填a”或“b”)處進入。
(2)冰水冷卻使其結(jié)晶,并通過___________操作可以得到富馬酸粗品。
(3)再用1molL-1HCl溶液重結(jié)晶,得到純富馬酸。該操作中用1molL-1HCl溶液的原因是_____________。
Ⅱ.合成富馬酸亞鐵
(4)取富馬酸溶于適量水中,加入碳酸鈉并加熱、攪拌,調(diào)節(jié)pH6.5~6.7,產(chǎn)生大量氣泡。寫出該反應(yīng)的化學方程式:___________。
(5)將硫酸亞鐵溶液和適量的Na2SO3溶液緩慢加入上述反應(yīng)液中,維持溫度100℃并充分攪拌3~4h。
①該操作過程中加入適量的Na2SO3溶液,其目的是___________。
②寫出生成富馬酸亞鐵的離子方程式:_____________。
(6)過濾、干燥得到產(chǎn)品。
過濾時濾紙要緊貼漏斗內(nèi)壁,原因是________。
Ⅲ.產(chǎn)品純度測定
(7)取0.300g樣品置于250mL錐形瓶中,加入15.00mL硫酸,加熱溶解后冷卻,再加入50.00mL煮沸過的冷水和2滴鄰二氮菲指示液,此時溶液呈紅色;立即用0.1000molL?1硫酸鈰(Ⅳ)銨[(NH4)2Ce(SO4)3]標準液滴定(還原產(chǎn)物為Ce3+),滴定終點溶液變?yōu)闇\藍色。平行測定三次,平均消耗17.30mL標準液,則樣品的純度為___________。
【解析】(1)冷凝管的作用是冷凝,防止有機物揮發(fā)造成反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低。冷凝管中冷卻液的流向一般都是“下進上出”,即從a處進入。因此,本題正確答案為:冷凝回流,提高糠醛的轉(zhuǎn)化率及減少富馬酸的揮發(fā);a;(2)從溶液中提取溶質(zhì)需經(jīng)過結(jié)晶、過濾、干燥等操作,故結(jié)晶后需過濾。因此,本題正確答案為:過濾;(3)富馬酸是弱電解質(zhì),微溶于冷水,加入鹽酸后可抑制富馬酸的電離,降低在水中的溶解。因此,本題正確答案為:加鹽酸,使HOOC-CH=CH-COOH?(OOC-CH=CH-COO)2-+2H+平衡逆向移動,促使富馬酸晶體析出,提高產(chǎn)量。(4)取富馬酸溶于適量水中,加入碳酸鈉并加熱、攪拌,調(diào)節(jié)pH6.5~6.7,產(chǎn)生大量氣泡,說明富馬酸和碳酸鈉反應(yīng)生成富馬酸的鈉鹽和水及二氧化碳氣體,反應(yīng)的化學方程式為HOOC-CH=CH-COOH+Na2CO3NaOOC-CH=CH-COONa+H2O+CO2↑。因此,本題正確答案為:HOOC-CH=CH-COOH
+Na2CO3NaOOC-CH=CH-COONa+H2O+CO2↑。(5)①Fe3+可以被SO還原為Fe2+,所以加入適量的Na2SO3溶液是為了防止富馬酸亞鐵(或Fe2+或富馬酸根離子)被氧化。因此,本題正確答案為:防止富馬酸亞鐵(或Fe2+或富馬酸根離子)被氧化;②根據(jù)信息可以得出富馬酸亞鐵為沉淀,所以反應(yīng)方程式為NaOOC-CH=CH-COONa+FeSO4→Fe(OOC-CH=CH-COO)↓+Na2SO4,離子方程式為(OOC-CH=CH-COO)2?+Fe2+→Fe(OOC-CH=CH-COO)↓。因此,本題正確答案為:(OOC-CH=CH-COO)2?+Fe2+→Fe(OOC-CH=CH-COO)↓。(6)過濾時濾紙若未緊貼漏斗內(nèi)壁,會留有氣泡,導致濾紙破損,使過濾速率較慢。因此,本題正確答案為:防止濾紙與漏斗壁之間留有氣泡,影響過濾速率(或防止濾紙破損,影響過濾效果)。(7)由反應(yīng)關(guān)系可:n(C4H2O4Fe)=n(Fe2+)=n(Ce4+)=0.1000mol/L17.3010?3L=1.73010?3mol,則樣品的純度:w(C4H2O4Fe)=
1.73010-3mol170g/mol0.3000g100%≈98.03%。因此,本題正確答案為:98.03%。
【答案】(1)冷凝回流,提高糠醛的轉(zhuǎn)化率及減少富馬酸的揮發(fā) a
(2)過濾
(3) 加鹽酸,使HOOC-CH=CH-COOH?(OOC-CH=CH-COO)2?+2H+平衡逆向移動,促使富馬酸晶體析出,提高產(chǎn)量
(4) HOOC-CH=CH-COOH+Na2CO3NaOOC-CH=CH-COONa+H2O+CO2↑
(5) 防止富馬酸亞鐵(或Fe2+或富馬酸根離子)被氧化
(OOC-CH=CH-COO)2?+Fe2+→Fe(OOC-CH=CH-COO)↓
(6)防止濾紙與漏斗壁之間留有氣泡,影響過濾速率(或防止濾紙破損,影響過濾效果)
(7)98.03%
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