高考中物質制備型實驗題初探

費立偉

(山東省日照實驗高級中學)

物質制備型實驗題是高考的熱點題型,在選擇題和主觀性試題中均有出現,命題角度有儀器裝置的選擇、反應原理、實驗步驟、基本實驗操作、產率或產品質量分數計算、簡單實驗方案的設計及評價等.

1 考查重要無機物的制備

【高考引航】無機物制備型高考題主要從以下方面考查:儀器的選擇與識別,反應條件的控制,實驗步驟的設計(部分步驟),反應方程式的書寫,物質的檢驗、分離與提純,產品純度的計算和誤差分析等.

【真題體驗】(2021年全國乙卷)氧化石墨烯具有穩定的網狀結構,在能源、材料等領域有著重要的應用前景,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.轉至油浴中,35 ℃攪拌1小時,緩慢滴加一定量的蒸餾水.升溫至98 ℃并保持1小時.

Ⅲ.轉移至大燒杯中,靜置冷卻至室溫.加入大量蒸餾水,而后滴加H2O2至懸濁液由紫色變為土黃色.

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，明清時期這些地區屬于傣族土司屬地，拉祜族的抗爭起義亦多發生在這一地帶。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。根據陶學良、娜朵等人的收集整理，關于拉祜族文字的神話有兩個文本：

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

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

解析(1)由儀器構造易知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)反應放熱,為控制反應速率,防止反應過于劇烈,需分批緩慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴冷卻.(3)反應溫度接近水的沸點,油浴更易控溫.(4)H2O2將懸濁液由紫色變為土黃色,故KMnO4被還原為Mn2＋,離子方程式為＋5H2O2＋6H＋＝2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O.(5)反應物之一為硫酸,要判斷洗滌是否完成,只需檢驗洗滌液中是否存在,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,可認為Cl－已洗凈.

【解題思路】1)根據題目要求,明確實驗目的,結合所給試劑,選擇合適的反應原理.2)分析反應裝置,明確裝置各部分的特點及作用.3)如果制備過程涉及氣體,先檢查裝置氣密性.4)反應如需加熱,根據反應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,要防止副反應發生,防氧化,防水解.6)產品收集,分析可能產生的副產物,確定合理的分離提純方法.7)根據題目中的數據,計算產率或指定物質的純度.8)從反應原理、實驗安全、防水解、防氧化、尾氣處理等方面對實驗方案進行評價,并提出改進措施.

2 考查重要有機物的制取

【高考引航】有機制備型實驗題常從以下方面考查:儀器的識別與選擇,反應條件的控制(特別是溫度控制),化學方程式或離子方程式的書寫,產品的收集、分離與提純,冷凝回流操作,物質的性質與檢驗,產品純度和產率的計算等.

【真題體驗】(2020年全國Ⅱ卷,節選)苯甲酸可用作食品防腐劑.實驗室可通過甲苯氧化制苯甲酸,其反應原理簡示如下.

表1

(2)停止加熱,繼續攪拌,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,粗產品為1.0g.

(3)純度測定:稱取0.122g粗產品,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 標準溶液滴定,3次滴定平均消耗21.50mL的KOH 標準溶液.

回答下列問題:

(1)根據上述實驗藥品的用量,三頸燒瓶的最適宜規格為________(填標號).

A.100mL B.250mL

C.500mL D.1000mL

(2)在反應裝置中應選用________冷凝管(填“直形”或“球形”),當回流液不再出現油珠即可判斷反應已完成,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,請用反應的離子方程式表達其原理_________.

(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,若溫度過高,可能出現的結果是_________.

(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,加熱時三頸燒瓶內液體的體積不能超過容積的一半,故應選250 mL 的三頸燒瓶.(2)為使冷凝效果更好,需增大接觸面積,應選用球形冷凝管;甲苯是不溶于水的油狀液體,當回流液中不再出現油珠時,說明甲苯已反應完.(3)高錳酸鉀具有強氧化性,用鹽酸酸化時,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,濾渣為還原產物二氧化錳.(5)依題意可知,苯甲酸100 ℃時易升華,如果溫度高于100 ℃,苯甲酸因升華而損失,造成產率降低.(6)提純苯甲酸可用重結晶的方法.

【解題思路】1)根據反應原理,分析產物.2)裝置的選擇:有機制備中,反應裝置常選擇圓底燒瓶或蒸餾燒瓶,反應條件復雜或有特殊要求的選擇三頸燒瓶.如反應過程中需補加液體反應物,可選擇滴液漏斗,滴液漏斗可以平衡氣壓,保證漏斗內液體順利滴下.3)反應條件的控制:根據反應所需溫度條件,選擇合適的加熱方式,既要有利于提高反應速率,又要有利于提高原料轉化率,因有機反應多具有可逆性,而且在加熱條件下不少有機試劑易揮發,所以用要冷凝回流的方法提高原料的利用率.冷凝回流時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)產品的分離與提純:根據產品及雜質的性質選擇合理的分離方法,如萃取分液、蒸餾或分餾等.

總之,物質制備型實驗題題型多變、考查知識面廣、思維容量大.復習時要立足教材,對課本的重要實驗仔細分析、進行整合并探究創新,不斷總結試題的命題規律,力求形成自己的解題思路和技巧.

(完)