高中化学定量研究的方法实验题

(10分)苯甲酸甲酯是一种重要的工业原料，某化学小组采用如图装置，以苯甲酸、甲醇为原料制取苯甲酸甲酯。有关物质的物理性质见下表所示：
     
Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗产品
在圆底烧瓶中加入0.1mol苯甲酸和0.4mol甲醇，再小心加入3mL浓硫酸，混匀后，投入几粒沸石，小心加热使反应完全，得苯甲酸甲酯粗产品。
（1）甲装置的作用是：               ；冷却水从   （填“a”或“b”）口进入。
Ⅱ．粗产品的精制
苯甲酸甲酯粗产品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，现拟用下列流程进行精制．

（2）试剂1可以是      （填编号），作用是            。
A．稀硫酸    B．饱和碳酸钠溶液    C．乙醇
（3）操作2中，收集产品时，控制的温度应在        ℃左右。
（4）实验制得的苯甲酸甲酯精品质量为10g，则苯甲酸的转化率为       。（结果保留三位有效数字）

乙酸乙酯是一种用途广泛的精细化工产品。某课外小组设计实验室制取并提纯乙酸乙酯的方案如下：

已知：①氯化钙可与乙醇形成CaCl₂·6C₂H₅OH
②有关有机物的沸点：

试剂	乙醚	乙醇	乙酸	乙酸乙酯
沸点/℃	34.7	78.5	118	77.1

 
③2CH₃CH₂OH  CH₃CH₂OCH₂CH₃＋H₂O    
I．制备过程
装置如图所示，A中放有浓硫酸，B中放有9.5mL无水乙醇和6mL冰醋酸，D中放有饱和碳酸钠溶液。
（1）写出乙酸与乙醇发生酯化反应的化学方程式              。
（2）实验过程中滴加大约3mL浓硫酸，B的容积最合适的是  　　　　 （填入正确选项前的字母）
A．25mL        B．50mL        C．250mL        D．500mL
（3）球形干燥管的主要作用是                        。
（4）预先向饱和Na₂CO₃溶液中滴加几滴酚酞试液，目的是                  
                                                           。
Ⅱ．提纯方法：①将D中混合液转入分液漏斗进行分液。
②有机层用5mL饱和食盐水洗涤，再用5mL饱和氯化钙溶液洗涤，最后用水洗涤。有机层倒入一干燥的烧瓶中，用无水硫酸镁干燥，得粗产物。
③将粗产物蒸馏，收集77.1℃的馏分，得到纯净干燥的乙酸乙酯。
（5）第①步分液时，选用的两种玻璃仪器的名称分别是         、      。
（6）第②步中用饱和食盐水、饱和氯化钙溶液、最后用水洗涤，分别主要洗去粗产品中的               ，                 ，             。

正丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃）是一种化工原料，常温下为无色液体，不溶于水，沸点为142.4℃，密度比水小。某实验小组利用如下装置合成正丁醚（其它装置均略去），发生的主要反应为：2CH₃CH₂CH₂CH₂OHCH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O

实验过程如下：在容积为100mL的三颈烧瓶中将5mL浓硫酸、14.8g正丁醇和几粒沸石混合均匀，再加热回流一段时间，收集到粗产品，精制得到正丁醚。回答下列问题：
（1）合成粗产品时，液体试剂加入顺序是                                          。
（2）实验中冷凝水应从       口出去（填“a”或“b”）。
（3）为保证反应温度恒定在135℃，装置C中所盛液体必须具有的物理性质为                。
（4）加热时间过长或温度过高，反应混合液会变黑，写出用NaOH溶液吸收有毒尾气的离子方程式                                           。
（5）得到的正丁醚粗产品依次用8 mL50%的硫酸、10 mL水萃取洗涤。该步骤中需要的属于硅酸盐材质的实验仪器是烧杯、玻璃棒、               。该仪器使用前需要             。
（6）将分离出的有机层用无水氯化钙干燥，过滤后再进行                  （填操作名称）精制得到正丁醚。
（7）本实验最终得到6.50g正丁醚，则正丁醚的产率是                        。

(12分)某实验小组用下列装置进行乙醇催化氧化的实验。

（1）实验过程中铜网出现红色和黑色交替的现象，请写出相应的化学方程式_________________。
（2）甲和乙两个水浴作用不相同，乙的作用是___________________。集气瓶中收集到的气体的主要成分是_____________________。
（3）若试管a中收集到的液体用紫色石蕊试纸，试纸显红色，说明液体中还有____________。要除去该物质，可先在混合液中加入_________（填写字母）。

A．氯化钠溶液

B．苯

C．碳酸氢钠溶液

D．四氯化碳

然后再通过___________（填实验操作名称）即可除去。   
（4）实验一段时间后，将试管a中的液体取出，加入足量的银氨溶液，再放入甲烧杯中，很快出现明显的现象。写出该反应的化学方程式：                                 ；反应类型为              

某实验小组用下图所示装置制备一硝基甲苯（包括对硝基甲苯和邻硝基甲苯）：

反应原理：
实验中可能用到的数据：

实验步骤：①浓硫酸与浓硝酸按体积比1：3配制混合溶液（即混酸）共40 mL；
②在三颈瓶中加入13g甲苯（易挥发），按图所示装好药品和其他仪器；
③向三颈瓶中加入混酸；
④控制温度约为50℃，反应大约10 min，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现；
⑤分离出一硝基甲苯，经提纯最终得到纯净的一硝基甲苯共15 g。
请回答下列问题：
（1）实验前需要在三颈瓶中加入少许________，目的是____________________。
（2）冷凝管的作用是_________；冷却水从冷凝管的_______（填“a”或“b”）端进入。
（3）仪器A的名称是________ ，使用该仪器前必须进行的操作是_________________。
（4）分离反应后产物的方案如下：

其中，操作1的名称为________，操作2必需的玻璃仪器有酒精灯、温度计、锥形瓶、牛角管（尾接管）和________________、_________________。
（5）本实验中一硝基甲苯的产率为________（结果保留小数点后一位数字）。

实验室制备苯甲醇和苯甲酸的化学原理是：


已知苯甲醛易被空气氧化，苯甲醇的沸点为205.3℃，苯甲酸的熔点为121.7℃，沸点为249℃，溶解度为0.34g；乙醚的沸点为34.8℃，难溶于水。制备苯甲醇和苯甲酸的主要过程如下所示，试根据上述信息回答下列问题：
（1）操作I中萃取分离苯甲醇与苯甲酸钠时，选择乙醚作萃取剂的理由是      ，分液漏斗使用前须     _____并洗净备用。萃取时，先后加入待萃取液和萃取剂，经振摇并______后，将分液漏斗置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先____，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
（2）操作Ⅱ的名称是________，产品甲是________。
收集乙醚的适宜温度为____。如图所示，若温度计水银球放置的位置是“a”，会导致收集到的产品甲中混有         （低沸点、高沸点）杂质。

（3）操作Ⅲ的名称是抽滤，回答下列问题：
①抽滤装置所包含的仪器除减压系统外主要还有     、     (填仪器名称)。
②下列抽滤操作不正确的是        。

A．选择比布氏漏斗内径略小又能将全部小孔盖住的滤纸

B．放入滤纸后，直接用倾析法转移溶液和沉淀，再打开水龙头抽滤

C．洗涤晶体时，先关闭水龙头，用蒸馏水缓慢淋洗，再打开水龙头抽滤

D．抽滤完毕时，应先断开抽气泵和吸滤瓶之间的橡皮管，以防倒吸

③操作Ⅲ的抽滤装置如图所示，该装置中的错误之处是       。

④若得到的苯甲酸为胶体粒子能否用减压过滤实现固液分离？     （填“能”或“不能”），理由是    。

(12分)正丁醛是一种化工原料。某实验小组利用如右装置合成正丁醛。
发生的反应如下：


反应物和产物的相关数据列表如下：

	沸点/℃	密度/g·cm^-3	水中溶解性
正丁醇	117.2	0.8109	微溶
正丁醛	75.7	0.8017	微溶

实验步骤如下：
将Na₂Cr₂O₇溶液与浓硫酸混合液放置在B中。在A中加入正丁醇和几粒沸石，加热，保持反应温度为90～95℃，在E中收集90℃以上的馏分。
将馏出物倒入分液漏斗中，除去水层，有机层干燥后蒸馏，收集75～77℃馏分。
回答下列问题：
（1）实验中，能否将Na₂Cr₂O₇溶液加到浓硫酸中，说明理由                  。
（2）上述装置图中，B仪器的名称是             ，D仪器的名称是           。
（3）温度计的作用分别是C1                   ；C2                   。
（4）将正丁醛粗产品置于分液漏斗中水在       层（填“上”或“下”）。
（5）反应温度应保持在90～95℃，其原因是                               。

(14分)某兴趣小组同学在实验室用加热1-丁醇、浓H₂SO₄和溴化钠混合物的方法来制备1-溴丁烷，并检验反应的部分副产物，设计了如图所示装置，其中夹持仪器、加热仪器及冷却水管没有画出。

请根据实验步骤，回答下列问题：
（1）关闭a和b、接通竖直冷凝管的冷凝水，给A加热30分钟，制备1-溴丁烷。
竖直冷凝管接通冷凝水，进水口是_____(填“I”或“Ⅱ”)；冷凝回流的主要目的是________。
（2）理论上，上述反应的副产物可能有：丁醚(CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃)、1-丁烯、溴化氢、硫酸氢钠、水等。熄灭酒精灯，在竖直冷凝管上方塞上塞子并打开a，利用余热继续反应直至冷却，通过B、C装置检验部分副产物。
B、C中应盛放的试剂分别是____和     ，写出C装置中主要的化学方程式：_________。
（3）为了进一步分离提纯1-溴丁烷，该兴趣小组同学查得相关有机物的数据如表所示：

物质	熔点/℃	沸点/℃
1-丁醇	-89．5	117．3
1-溴丁烷	-112．4	101．6
丁醚	-95．3	142．4
1-丁烯	-185．3	-6．5

 
请你补充下列实验步骤，直到分离出1-溴丁烷。
①待烧瓶冷却后，拔去竖直的冷凝管；
②____；③_____；④_______；⑤_______，收集所得馏分。
（4）若实验中所取1-丁醇、NaBr分别为7．4 g、13．0 g，蒸出的粗产物经洗涤、干燥后再次蒸馏得到9．6 g1-溴丁烷，则1-溴丁烷的产率是_____。（保留2位有效数字）

某化学小组采用类似制乙酸乙酯的装置（如图），以环己醇为主要原料制备环己烯。

(1)制备粗品   
将12.5 mL环己醇加入试管A中，再加入l mL浓硫酸，摇匀后放入碎瓷片，缓慢加热至反应完全，在试管C内得到环己烯粗品。
①A中碎瓷片的作用是____________，导管B除了导气外还具有的作用是____________。
②试管C置于冰水浴中的目的是______________________________。
(2)制备精品  
①环己烯粗品中含有环己醇和少量酸性杂质等。加入饱和食盐水，振荡、静置、分层，环己烯在_________层(填上或下)，分液后用_________ (填入编号)洗涤。
a．KMnO₄溶液         b．稀H₂SO₄        c．Na₂CO₃溶液
②再将环己烯按下图装置蒸馏，冷却水从_________口进入(填“g”或“f”)。收集产品时，控制的温度应在_________左右，实验制得的环己烯精品质量低于理论产量，可能的原因是________________________

某化学小组以苯甲酸为原料，制取苯甲酸甲酯。已知有关物质的沸点如下表：

物质	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸点/℃	64．7	249	199．6

Ⅰ．合成苯甲酸甲酯粗产品
在圆底烧瓶中加入12．2g苯甲酸和20ml甲醇（密度约0．79g·mL^-1）,再小心加入3mL浓硫酸，混匀后，投入几粒碎瓷片，小心加热使反应完全，得苯甲酸甲酯粗产品。
（1）浓硫酸的作用是                      ；
简述混合液体时最后加入浓硫酸的理由：                                 。
（2）甲、乙、丙三位同学分别设计了如下图三套实验室合成苯甲酸甲酯的装置（夹持仪器和加热仪器均已略去）。根据有机物的沸点，最好采用        装置（填“甲”或“乙”或“丙”）。

Ⅱ．粗产品的精制
（3）苯甲酸甲酯粗产品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，现拟用下列流程进行精制，请根据流程图写出操作方法的名称。操作Ⅰ                  操作Ⅱ                    。

（4）能否用NaOH溶液代替饱和碳酸钠溶液？                  （填“能”或“否”），
并简述原因                                                                。
（5）通过计算，苯甲酸甲酯的产率是                               。

为确定某液态有机物X(分子式为C₂H₆O₂)的结构，某同学准备按下列程序进行探究。请完成下列填空。
 
(1)根据价键理论预测X的可能结构为________、________、________(可不填满)。
(2)设计实验方案证明X的结构(表格可不填满)。

实验原理	预期生成H2的体积(标准状况)	对应X的结构简式
取6.2 g X与足量钠反应，通过生成氢气的体积来确定X分子中能与金属钠反应的氢原子数目，进而确定X的结构

 
(3)根据实验方案，从下列仪器中选择所需仪器，画出实验装置图。

要求：①本题装置示意图中的仪器可以用上面的方式表示。
②铁架台、石棉网、酒精灯、连接胶管等，在示意图中不必画出。如需加热，在需加热的仪器下方，用“△”表示。

3,5二甲氧基苯酚是重要的有机合成中间体，可用于天然物质白柠檬素的合成。一种以间苯三酚为原料的合成反应如下：

甲醇、乙醚和3,5二甲氧基苯酚的部分物理性质见下表：

物质	沸点/℃	熔点/℃	密度(20 ℃) /g·cm^－^3	溶解性
甲醇	64.7	—	0.791 5	易溶于水
乙醚	34.5	—	0.713 8	微溶于水
3,5二甲氧基苯酚	—	33～36	—	易溶于甲醇、乙醚，微溶于水

 
(1)反应结束后，先分离出甲醇，再加入乙醚进行萃取。①分离出甲醇的操作是________________。②萃取用到的分液漏斗使用前需________并洗净，分液时有机层在分液漏斗的________(填“上”或“下”)层。
(2)分离得到的有机层依次用饱和NaHCO₃溶液、饱和食盐水、少量蒸馏水进行洗涤。用饱和NaHCO₃溶液洗涤的目的是________；用饱和食盐水洗涤的目的是________________________。
(3)洗涤完成后，通过以下操作分离、提纯产物，正确的操作顺序是________(填字母)。
a．蒸馏除去乙醚  b．重结晶
c．过滤除去干燥剂  d．加入无水CaCl₂干燥
(4)固液分离常采用减压过滤。为了防止倒吸，减压过滤完成后应先________，再________。

某实验小组用燃烧分析法测定某有机物中碳和氢等元素的含量，随后又对其进行了性质探究。将已称量的样品置于氧气流中，用氧化铜作催化剂，在高温条件下样品全部被氧化为水和二氧化碳，然后分别测定生成的水和二氧化碳。实验可能用到的装置如下图所示，其中A装置可以重复使用。

请回答下列问题：
（1）请按气体流向连接实验装置 → → →d→ → → → g（用仪器接口编号填写）。
（2）B装置中制O₂时所用的药品是       。实验中，开始对C装置加热之前，要通一段时间的氧气，目的是      ；停止加热后，也要再通一段时间的氧气，目的是        。
（3）已知取2．3g的样品X进行上述实验，经测定A装置增重2．7g，D装置增重4．4g。试推算出X物质的实验式       。
（4）该小组同学进一步实验测得：2．3g的 X与过量金属钠反应可放出560mLH₂（已换算成标准状况下），且已知X分子只含一个官能团。查阅资料后，学生们又进行了性质探究实验：
实验一：X在一定条件下可催化氧化最终生成有机物Y．
实验二：X与Y在浓硫酸加热条件下生成有机物Z．
则①写出实验二中反应的化学方程式                                   。
②除去Z中混有的Y所需的试剂和主要仪器是        、           。
（5）若已知室温下2．3g液态X在氧气中完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时可放出68．35kJ的热量，写出X在氧气中燃烧的热化学方程式                        。

已知①CH₃CH₂OHCH₂=CH₂↑+H₂0 
CH₂=CH₂+Br₂BrCH₂—CH₂Br
②乙醇、1,2-二溴乙烷、乙醚的有关物理性质如下表所示。

	乙醇	1,2-二溴乙烷	乙醚
通常状况下的状态	无色液体	无色液体	无色液体
密度/g·cm^-3	0.79	2.2	0.71
熔点/℃	-130	9	-116
沸点/℃	78.5	132	34.6

 
某化学小组拟用乙醇、溴等为原料在实验室制备少量的1,2一二溴乙烷，实验装置如右图所示(装置A中的加热部分的仪器装置省略没有画出)。

（1）仪器E的名称是               。
（2）仪器Ⅰ是漏斗，其左部的玻璃管的作 用是           (填字母)。
a．使漏斗中液体容易滴下
b．有利于吸收气体杂质
c．防止A中三颈烧瓶里的液体爆沸
（3）实验时，A中三颈烧瓶里放入几片碎瓷片的目的是                。加热反应过程中，三颈烧瓶里除生成乙烯外，还可能生成的有机副产物主要是                         。
（4）反应过程中，若B中长玻璃导管(Ⅱ)里的液面上升，则说明可能是由于       (填“D中出现堵塞”或“C中杂质已除尽”)造成的。   
（5）反应过程中，D中需用冷水冷却盛有液溴的试管，其主要目的是                        。说明制备1,2-二溴乙烷的反应已经结束的实验现象是                              。

1，2一二溴乙烷可作抗爆剂的添加剂。下图为实验室制备1，2一二溴乙烷的装置图，图中分液漏斗和烧瓶a中分别装有浓H₂SO₄和无水乙醇，试管d中装有液溴。

已知：

相关数据列表如下：

（1）实验中应迅速将温度升高到170℃左右的原因是                ．
（2）安全瓶b在实验中有多重作用。其一可以检查实验进行中导管d是否发生堵塞，请写出发生堵塞时瓶b中的现象                               ；
如果实验中导管d堵塞，你认为可能的原因是                    ；
安全瓶b还可以起到的作用是                                ；
（3）容器c、e中都盛有NaOH溶液，c中NaOH溶液的作用是          ；
（4）某学生在做此实验时，使用一定量的液溴，当溴全部褪色时，所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量，比正常情况下超过许多，如果装置的气密性没有问题，试分析可能的原因       ；（写出两条即可）
（5）除去产物中少量未反应的Br₂后，还含有的主要杂质为     ，要进一步提纯，下列操作中必须的是      （填入正确选项前的字母）；

A．重结晶

B．过滤

C．萃取

D．蒸馏

（6）实验中也可以撤去d装置中盛冰水的烧杯，改为将冷水直接加入到d装置的试管内，则此时冷水除了能起到冷却1,2一二溴乙烷的作用外，还可以起到的作用是           。