高考中物質(zhì)制備型實(shí)驗(yàn)題初探

費(fèi)立偉

(山東省日照實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué))

物質(zhì)制備型實(shí)驗(yàn)題是高考的熱點(diǎn)題型,在選擇題和主觀性試題中均有出現(xiàn),命題角度有儀器裝置的選擇、反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、基本實(shí)驗(yàn)操作、產(chǎn)率或產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算、簡單實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)等.

1 考查重要無機(jī)物的制備

【高考引航】無機(jī)物制備型高考題主要從以下方面考查:儀器的選擇與識(shí)別,反應(yīng)條件的控制,實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)(部分步驟),反應(yīng)方程式的書寫,物質(zhì)的檢驗(yàn)、分離與提純,產(chǎn)品純度的計(jì)算和誤差分析等.

【真題體驗(yàn)】(2021年全國乙卷)氧化石墨烯具有穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在能源、材料等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景,通過氧化剝離石墨制備氧化石墨烯的一種方法如下(裝置如圖1所示).

圖1

Ⅰ.將 濃 H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合,置于冰水浴中.劇烈攪拌下,分批緩慢加入KMnO4粉末,塞好瓶口.

Ⅱ.轉(zhuǎn)至油浴中,35 ℃攪拌1小時(shí),緩慢滴加一定量的蒸餾水.升溫至98 ℃并保持1小時(shí).

Ⅲ.轉(zhuǎn)移至大燒杯中,靜置冷卻至室溫.加入大量蒸餾水,而后滴加H2O2至懸濁液由紫色變?yōu)橥咙S色.

Ⅳ.離心分離,稀鹽酸洗滌沉淀.

Ⅴ.蒸餾水洗滌沉淀.

Ⅵ.冷凍干燥,得到土黃色的氧化石墨烯.

回答下列問題:

(1)裝置圖中,儀器a、c的名稱分別是________、_________,儀器b的進(jìn)水口是________(填字母).

(2)步驟Ⅰ中,需分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴,原因是________.

(3)步驟Ⅱ中的加熱方式采用油浴,不使用熱水浴,原因是_________.

(4)步驟Ⅲ中,H2O2的作用是________(以離子方程式表示).

拉祜族主要分布在云南省西南瀾滄江沿岸和中緬邊境地區(qū)，明清時(shí)期這些地區(qū)屬于傣族土司屬地，拉祜族的抗?fàn)幤鹆x亦多發(fā)生在這一地帶。拉祜語屬于漢藏語系藏緬語族彝語支，分拉祜納、拉祜西和苦聰話三種方言，2010年第六次全國人口普查有48.6萬人。根據(jù)陶學(xué)良、娜朵等人的收集整理，關(guān)于拉祜族文字的神話有兩個(gè)文本：

(5)步驟Ⅳ中,洗滌是否完成,可通過檢測(cè)洗出液中是否存在來判斷.檢測(cè)的方法是_________.

(6)步驟Ⅴ可用pH 試紙檢測(cè)來判斷Cl－是否洗凈,其理由是_________.

解析(1)由儀器構(gòu)造易知a為滴液漏斗,c為三頸燒瓶;球形冷凝管b 起冷凝回流作用,冷卻水要低(d口)入高(e口)出.(2)反應(yīng)放熱,為控制反應(yīng)速率,防止反應(yīng)過于劇烈,需分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴冷卻.(3)反應(yīng)溫度接近水的沸點(diǎn),油浴更易控溫.(4)H2O2將懸濁液由紫色變?yōu)橥咙S色,故KMnO4被還原為Mn2＋,離子方程式為＋5H2O2＋6H＋＝2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O.(5)反應(yīng)物之一為硫酸,要判斷洗滌是否完成,只需檢驗(yàn)洗滌液中是否存在,即取最后一次洗滌液,滴加BaCl2溶液,若沒有沉淀說明洗滌完成.(6)用稀鹽酸洗滌沉淀,沉淀表面附著H＋,洗滌液接近中性時(shí),可認(rèn)為Cl－已洗凈.

【解題思路】1)根據(jù)題目要求,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?結(jié)合所給試劑,選擇合適的反應(yīng)原理.2)分析反應(yīng)裝置,明確裝置各部分的特點(diǎn)及作用.3)如果制備過程涉及氣體,先檢查裝置氣密性.4)反應(yīng)如需加熱,根據(jù)反應(yīng)條件選擇合適的加熱方法,100 ℃以下常采用水浴加熱.5)氣體凈化提純,要防止副反應(yīng)發(fā)生,防氧化,防水解.6)產(chǎn)品收集,分析可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物,確定合理的分離提純方法.7)根據(jù)題目中的數(shù)據(jù),計(jì)算產(chǎn)率或指定物質(zhì)的純度.8)從反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)安全、防水解、防氧化、尾氣處理等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià),并提出改進(jìn)措施.

2 考查重要有機(jī)物的制取

【高考引航】有機(jī)制備型實(shí)驗(yàn)題常從以下方面考查:儀器的識(shí)別與選擇,反應(yīng)條件的控制(特別是溫度控制),化學(xué)方程式或離子方程式的書寫,產(chǎn)品的收集、分離與提純,冷凝回流操作,物質(zhì)的性質(zhì)與檢驗(yàn),產(chǎn)品純度和產(chǎn)率的計(jì)算等.

【真題體驗(yàn)】(2020年全國Ⅱ卷,節(jié)選)苯甲酸可用作食品防腐劑.實(shí)驗(yàn)室可通過甲苯氧化制苯甲酸,其反應(yīng)原理簡示如下.

表1

(2)停止加熱,繼續(xù)攪拌,冷卻片刻后,從冷凝管上口慢慢加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液,并將反應(yīng)混合物趁熱過濾,用少量熱水洗滌濾渣.合并濾液和洗滌液,于冰水浴中冷卻,然后用濃鹽酸酸化至苯甲酸析出完全.將析出的苯甲酸過濾,用少量冷水洗滌,放在沸水浴上干燥.稱量,粗產(chǎn)品為1.0g.

(3)純度測(cè)定:稱取0.122g粗產(chǎn)品,配成乙醇溶液,于100mL容量瓶中定容.每次移取25.00mL 溶液,用0.01000 mol·L－1的KOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,3次滴定平均消耗21.50mL的KOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液.

回答下列問題:

(1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)藥品的用量,三頸燒瓶的最適宜規(guī)格為________(填標(biāo)號(hào)).

A.100mL B.250mL

C.500mL D.1000mL

(2)在反應(yīng)裝置中應(yīng)選用________冷凝管(填“直形”或“球形”),當(dāng)回流液不再出現(xiàn)油珠即可判斷反應(yīng)已完成,其判斷理由是_________.

(3)加入適量飽和亞硫酸氫鈉溶液的目的是________;該步驟亦可用草酸在酸性條件下處理,請(qǐng)用反應(yīng)的離子方程式表達(dá)其原理_________.

(4)“用少量熱水洗滌濾渣”一步中濾渣的主要成分是_________.

(5)干燥苯甲酸晶體時(shí),若溫度過高,可能出現(xiàn)的結(jié)果是_________.

(6)若要得到純度更高的苯甲酸,可通過在水中_________的方法提純.

解析(1)三頸燒瓶中已加入100 mL 水、1.5 mL甲苯和4.8g高錳酸鉀,加熱時(shí)三頸燒瓶內(nèi)液體的體積不能超過容積的一半,故應(yīng)選250 mL 的三頸燒瓶.(2)為使冷凝效果更好,需增大接觸面積,應(yīng)選用球形冷凝管;甲苯是不溶于水的油狀液體,當(dāng)回流液中不再出現(xiàn)油珠時(shí),說明甲苯已反應(yīng)完.(3)高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性,用鹽酸酸化時(shí),生成氯氣污染大氣,亞硫酸氫鈉可除去過量高錳酸鉀;用草酸除去過量高錳酸鉀,草酸被氧化生成二氧化碳,高錳酸鉀被還原為Mn2＋,離子方程式為2MnO－4＋5H2C2O4＋6H＋＝2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O.(4)由題給方程式可知,濾渣為還原產(chǎn)物二氧化錳.(5)依題意可知,苯甲酸100 ℃時(shí)易升華,如果溫度高于100 ℃,苯甲酸因升華而損失,造成產(chǎn)率降低.(6)提純苯甲酸可用重結(jié)晶的方法.

【解題思路】1)根據(jù)反應(yīng)原理,分析產(chǎn)物.2)裝置的選擇:有機(jī)制備中,反應(yīng)裝置常選擇圓底燒瓶或蒸餾燒瓶,反應(yīng)條件復(fù)雜或有特殊要求的選擇三頸燒瓶.如反應(yīng)過程中需補(bǔ)加液體反應(yīng)物,可選擇滴液漏斗,滴液漏斗可以平衡氣壓,保證漏斗內(nèi)液體順利滴下.3)反應(yīng)條件的控制:根據(jù)反應(yīng)所需溫度條件,選擇合適的加熱方式,既要有利于提高反應(yīng)速率,又要有利于提高原料轉(zhuǎn)化率,因有機(jī)反應(yīng)多具有可逆性,而且在加熱條件下不少有機(jī)試劑易揮發(fā),所以用要冷凝回流的方法提高原料的利用率.冷凝回流時(shí)用球形冷凝管或蛇形冷凝管,不能用直形冷凝管(直形冷凝管多用于蒸餾操作).4)產(chǎn)品的分離與提純:根據(jù)產(chǎn)品及雜質(zhì)的性質(zhì)選擇合理的分離方法,如萃取分液、蒸餾或分餾等.

總之,物質(zhì)制備型實(shí)驗(yàn)題題型多變、考查知識(shí)面廣、思維容量大.復(fù)習(xí)時(shí)要立足教材,對(duì)課本的重要實(shí)驗(yàn)仔細(xì)分析、進(jìn)行整合并探究創(chuàng)新,不斷總結(jié)試題的命題規(guī)律,力求形成自己的解題思路和技巧.

(完)