有機實驗考點解讀與例析

邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學,河北 承德 068350)

基于核心素養的有機化學實驗內容覆蓋面較廣,知識與能力考查并重.近幾年的高考實驗題中有機化學實驗內容占比較大,應引起師生的足夠重視.本文試將有機化學實驗常見考點歸類例析,供參考.

1 有機物的鑒別

考點解讀鑒別有機物,常根據各種有機物具有的理化性質的差異,選擇合適的試劑和方法.比如有機物的顏色、氣味、密度、在不同介質中的溶解性,以及特有的化學性質,能與檢驗試劑反應,表現出不同的實驗現象.

例1只用一種試劑,就能一次性將下列6種物質鑒別出來,則該試劑是( ).

①苯;②苯酚溶液;③KI溶液;④AgNO3溶液;⑤己烯;⑥CCl4

A.水 B.FeCl3溶液 C.濃溴水 D.NaOH溶液

解析根據6種物質的不同特性,應選擇用濃溴水,對應出現不同的現象,分別是:

①分層,上層紅棕色,下層無色;②產生白色沉淀;③溶液變成褐色;④產生淺黃色沉淀;⑤溶液褪色;⑥分層,上層無色,下層紅棕色.答案為C.

2 有機物官能團的檢驗

考點解讀官能團是反映有機物性質的原子或基團,不同官能團表現出的性質不盡相同.根據這一點選取相應的檢驗試劑,根據特有的現象檢驗出對應的官能團.

例2 科學研究表明,某些昆蟲間有一定的交流方式,信息素便是其中一種,下列是某種信息素的結構簡式:CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9CHO,寫出檢驗該物質中所含官能團的方法和有關反應的化學方程式.

解析該有機物中含有碳碳雙鍵和醛基2種官能團,檢驗碳碳雙鍵常用溴水或酸性高錳酸鉀溶液,但這2種試劑均能氧化醛基.因此,應先檢驗醛基,用銀氨溶液或新制氫氧化銅懸濁液.需要注意的是:若用溴水檢驗碳碳雙鍵,在加入溴水之前要先加少量稀硫酸進行酸化,因為先檢驗醛基時所得溶液為堿性環境,能與溴反應而干擾了碳碳雙鍵的檢驗.目前很多教輔資料在這方面的習題中并沒有重視這個問題[1].

答案:(1)先檢驗醛基:取該有機物,加入銀氨溶液,水浴加熱,有銀鏡產生,證明含有醛基,反應的化學方程式為:

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9CHO+2Ag(NH3)2OH

+2Ag↓+3NH3+H2O

(2)再檢驗碳碳雙鍵:向上述(1)所得溶液中先加入少量稀硫酸酸化,再加入少量溴水,溴水褪色,證明含有碳碳雙鍵,反應的化學方程式為:

CH3(CH2)5CHBrCHBr(CH2)9COOH

例3 要通過化學方法檢驗某溴乙烷中存在溴元素,下述實驗方法正確的是( ).

A.先加入氯水,振蕩,再加入CCl4振蕩、靜置,觀察CCl4層是否變紅棕色

B.先滴入AgNO3溶液,再滴加幾滴稀HNO3,觀察是否產生淺黃色沉淀

C.先加入一定量NaOH溶液,加熱,再加入稀HNO3中和堿,再滴入幾滴AgNO3溶液,看是否產生淺黃色沉淀

D.先加入一定量NaOH溶液,再加熱,待溶液冷卻后,再加入幾滴AgNO3溶液,看是否產生淺黃色沉淀.

解析鹵代烴中的鹵素以原子(C—X鍵)的形式存在,而不是鹵素離子的形式.檢驗時要先將鹵代烴中的鹵原子轉化為離子,再加入銀離子.根據鹵代烴的化學性質,可以利用鹵代烴和堿溶液共熱發生水解,或者和堿的醇溶液共熱,通過消去反應(前提是能發生消去反應).要注意:無論采用哪種方法,都要先加硝酸酸化才能加入硝酸銀溶液,因為氫氧化鈉的存在會對鹵素離子的檢驗產生干擾.答案為C.

3 有機物的分離和提純

考點解讀有機物的分離,常用蒸餾、分液、洗氣等直接法,或者先加某種除雜試劑,使某種成分轉化成易分離的物質,再進行后續反應加以還原.例如:苯和苯酚的分離過程:可以先加NaOH溶液,分液,油層為苯;再向水層中通入CO2,再分液,得到苯酚.

圖1 提取檸檬烯的實驗

(1)取1～2個橙子,將橙子皮剪成碎片,放入裝置乙中,再加入約一定量水(30 mL左右);

(2)打開活塞K,加熱甲裝置使水沸騰,當發現活塞K的支管出口處有大量水蒸氣排出時,關閉活塞K,將冷凝裝置的進水口打開,即開始水蒸氣蒸餾,可在丙裝置水面上觀察到油層.

下列有關描述錯誤的是( ).

A.當觀察到餾出液中無明顯油珠時,表明蒸餾基本完成

B.實驗結束時,為了防止倒吸,應先把乙裝置中的導管移出溶液,再停止加熱

C.本實驗中,甲裝置中的長導管也可以更換成溫度計

D.若要將粗產品進一步純化,還要經過萃取、分液、蒸餾等操作

解析本實驗設計原理是用甲裝置產生水蒸氣,利用水蒸氣將乙中橙子皮中的具有揮發性的有機物檸檬烯蒸出,經冷凝收集在丙中.當餾出的液體無明顯油珠時,說明蒸餾基本上已完成;實驗結束時,為了防止乙中液體倒吸進入甲中,應先把乙中的導管移出溶液;甲裝置中的長玻璃管作安全管,能平衡氣壓,防止由于導管堵塞引起爆炸,因此不能換成溫度計;要得到純精油,還需要用到萃取、分液、蒸餾等方法.答案為C.

4 教材典型實驗再現

考點解讀高考命題要求依綱據本,因此教材上的典型實驗不可忽視,它是考查基本知識的載體,同時也是綜合實驗題的命題基礎(題源),例如實驗室制乙烯、乙炔、溴苯、硝基苯、銀鏡反應、乙酸乙酯的制備,淀粉水解程度的檢驗,等等.建議在考前系統地加以復習,不能舍本逐末.

4.1 實驗室制乙烯

例5 實驗室采用下圖(圖2)所示裝置制乙烯:

圖2 實驗室制乙烯

(1)寫出實驗室制乙烯的化學方程式____,反應類型為____,濃硫酸所起的作用有____和____.

(2)用乙醇和濃硫酸共熱得到的乙烯中常含有SO2,現設計以下實驗裝置(圖3),用以檢驗上述混合氣體中有C2H4和SO2.

圖3 檢驗氣體的實驗裝置

①裝置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中盛放的試劑分別是為:Ⅰ____,Ⅱ____,Ⅲ ____,Ⅳ____(填序號).

A.品紅溶液 B.NaOH溶液

C.濃硫酸 D.酸性KMnO4溶液

②能說明含有SO2的現象為____.

③確定含有乙烯的現象是____.

解析(1)實驗室制乙烯用乙醇和濃硫酸共熱至170 ℃,乙醇發生分子內脫水(消去反應),生成乙烯,濃硫酸的作用是催化劑和脫水劑;

(2)檢驗SO2常用品紅溶液,檢驗乙烯可用酸性高錳酸鉀溶液,由于SO2也可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色,故應先檢驗SO2,再用NaOH溶液吸收SO2,再次用品紅確認SO2被吸收干凈后再通入酸性高錳酸鉀溶液中檢驗乙烯.

答案:(1)

催化劑;脫水劑

(2)①Ⅰ:A;Ⅱ:B;Ⅲ:A;Ⅳ:D;②Ⅰ中品紅溶液褪色;③Ⅲ中品紅溶液不褪色,Ⅳ中酸性KMnO4溶液褪色.

4.2 實驗室制乙炔

例6為了探究乙炔與溴水進行的是加成反應類型,甲同學進行了以下實驗設計:將工業用電石(含雜質)和水發生反應,將生成的乙炔氣體通入溴水,結果溴水褪色,甲同學認為乙炔與溴水發生了加成反應.乙同學對此結論提出了質疑:乙同學發現在甲同學的實驗褪色后的溶液里有少許淡黃色沉淀,推測在乙炔中還可能混有一定量還原性的雜質氣體,由此他提出必須先將雜質除去,再與溴水反應.

(1)寫出電石和水反應的化學方程式,在制乙炔時,用飽和食鹽水代替水的原因是____.

(2)甲同學的實驗方案____(填“能”或“不能”)驗證乙炔與溴水發生的是加成反應,原因是____(填字母).

a.溴水褪色過程發生的不一定是加成反應

b.溴水褪色過程發生的一定是加成反應

c.能使溴水褪色的物質不一定是乙炔

d.一定是乙炔使溴水發生了褪色

(3)乙同學推測此乙炔中含有的雜質氣體是____,乙同學設計如下實驗方案進行除雜并驗證乙炔的性質(裝置見圖4):

圖4 乙炔的性質實驗

裝置②中可選用的試劑是____(填字母)

A.NaOH溶液 B.溴水

C.CuSO4溶液 D.FeCl3溶液

(4)若該反應是取代,丙同學提出可將乙炔先通入溴的CCl4溶液,再通過盛有苯的試管,最后再通入酸化的AgNO3溶液進行檢驗,則苯的作用是____;裝置④中的加成反應可能得到2種產物,用____(填操作名稱) 方法可將它們分離出來.

解析(1)電石主要成分是碳化鈣,碳化鈣能與水反應生成乙炔,由于該反應較劇烈,常產生大量泡沫,為了減緩反應,使產生的乙炔氣流更平穩,常用飽和食鹽水代替水,化學方程式為:

(2)由于電石中常含有硫化鈣雜質,與水反應后產生硫化氫而使生成的乙炔帶有臭味,乙炔中混有硫化氫氣體,可與溴水發生氧化還原反應而使溴水褪色,故答案為:不能;ac;

(3)硫化氫具有酸性可以用堿來吸收;硫化氫具有強還原性,可以用三氯化鐵溶液氧化吸收;硫化氫極易與硫酸銅形成沉淀,可以用硫酸銅吸收.答案為:H2S;A、C、D;

(4)若該反應是取代反應,丙同學提出可將乙炔先通入溴的CCl4溶液,則生成的溴化氫中會含有揮發的溴蒸氣,所以通過盛有苯的試管除去Br2雜質氣體;裝置④中的加成反應可能得到2種有機產物,因為有機物互溶,所以用蒸餾的方法分離.答案為:除出HBr中的Br2雜質氣體;蒸餾.

4.3 實驗室制溴苯

例7 下圖(圖5)是實驗室制溴苯的裝置,有關說法不正確的是( ).

圖5 溴苯的制取

A.要先打開止水夾K,再向圓底燒瓶中滴加苯和溴的混合液

B.實驗中CCl4層逐漸變為淺紅色

C.Na2CO3溶液的作用是吸收HBr

D.要從反應后的混合液中得到溴苯,需經稀堿溶液洗滌、結晶

解析為了使漏斗中苯和溴的混合液能順利滴下,需要先打開K;該反應放熱,有部分苯和溴揮發,裝置b中的CCl4用來吸收揮發出的苯和溴,液體變淺紅色;苯和溴的反應為取代反應,有HBr生成,裝置c中的碳酸鈉溶液的作用是吸收溴化氫;反應后的混合液經稀堿溶液洗滌、分液,可得到溴苯.答案為D.

4.4 實驗室制乙酸乙酯

例8 在生成和純化乙酸乙酯的實驗過程中,下列操作(圖6)未涉及的( ).

圖6 實驗操作

解析A裝置中乙酸和乙醇在濃硫酸作催化劑和吸水劑時發生酯化反應,生成乙酸乙酯,小火加熱,將酯蒸出;B裝置中飽和碳酸鈉溶液的作用是:吸收揮發出的乙酸和乙醇,降低酯在水中的溶解度,利于分層,注意導管末端不要伸入液體中以防止倒吸;將B中液體進行分液操作,可得到乙酸乙酯.D裝置不會用到.答案為D.

5 探究性實驗

考點解讀化學學科核心素養中提到要培養學生的科學探究與創新意識,探究性實驗題要求考生能根據實驗目的和要求,對現有實驗方案從多個角度進行評價,并對不足之處提出改進措施,能進行創新設計,重在考查思維的批判性與創造性.

例9 某學生欲對碘遇淀粉變藍的實驗進行探究,設計了如下方案(實驗A):

表1 探究實驗方案

(1)使淀粉變藍的物質是____.

(2)分析現象ⅰ、ⅱ認為:在酸性條件下,加熱促進淀粉水解,冷卻后平衡逆向移動.為了驗證此想法,設計如下實驗(圖7),“現象a”證實該分析不合理,“現象a”是____.

圖7 淀粉的水解

(3)換個角度考慮:加熱后,I2發生了變化,進行以下實驗:

Ⅰ:取少量碘水,加熱至褪色,用淀粉溶液檢驗揮發出的物質,變藍.

Ⅱ:向褪色后的溶液中滴加淀粉溶液,冷卻過程中一直未變藍;加入稀H2SO4,瞬間變藍.

對步驟Ⅱ中稀H2SO4的作用,結合離子方程式,提出一種合理的解釋____.

(4)探究碘水褪色后溶液的成分:

實驗1:測得溶液的pH≈5

實驗2:取褪色后的溶液b,完成如圖8所示實驗:

圖8 探究碘水實驗

①產生黃色沉淀的離子方程式是____.

②Ag2O的作用是____.

③依據上述實驗,推測濾液中含有的物質(或離子)可能是____.

(5)結合化學反應速率解釋實驗A中現象ⅰ、現象ⅲ藍色褪去的原因____.

解析(1)使淀粉變藍的物質是碘(I2);

(2)按如圖所示操作進行實驗,淀粉完全水解,冷卻后加碘水,溶液不會變藍,則證實水解平衡是不存在的.即“現象a”是:加入碘水后,溶液中無明顯現象(不變藍);

(3)步驟Ⅱ中,溶液I-與HIO中建立平衡:

當加入硫酸后,使溶液中c(H+)增大,則使該平衡過程向正反應方向移動,淀粉遇到生成的I2變藍色.

(4)①黃色沉淀是碘化銀,產生碘化銀的離子方程式為:

②Ag2O的作用是同時除去I-和H+;

③根據實驗,濾液中含有含碘元素的微粒,且能與亞硫酸鈉反應,生成碘,可推測濾液中含有的物質可能是HIO;

(5)結合化學反應速率的影響因素,分析在實驗A中現象ⅰ、ⅲ藍色褪去的原因:淀粉水解速率較慢,而碘在水中受熱發生歧化反應(生成HI和HIO)較快,實驗A中ⅰ步驟加熱后,碘發生歧化反應,溶液藍色褪去;在步驟ⅲ中經過較長時間后,淀粉完全水解,所以溶液的藍色最終再次褪去.

6 綜合性實驗

考點解讀有機綜合實驗題信息容量大,設置問題角度廣,考查全面.近幾年的試題多以物質制備為素材,兼顧考查化學實驗操作與計算技能.

圖9 聯苯的制取

實驗步驟:向裝置A中依次加入50 mL苯、適量無水氯化鋁、過量1,2-二氯乙烷,試劑混合均勻后水浴加熱:(60～65 ℃)約1小時,將所得混合物依次用下列溶液洗滌:稀鹽酸、2%碳酸鈉溶液、過氧化氫,再分離,加入少量無水硫酸鎂固體,靜置一段時間過濾,再先經常壓蒸餾,再減壓蒸餾,收集170～172 ℃的餾分,得到純聯芐,質量為44.0 g.

回答下列問題:

(1)儀器B的名稱是____;冷凝水應從____(填“a”或“b”)口進入.

(2)裝置C中盛有無水CaCl2,若沒有裝置C,無水氯化鋁可能會失去催化作用,原因是____(用化學方程式表示).

(3)若實驗時裝置D的液體變紅,則試劑X可能是____;使用電動攪拌器的目的是____.

(4)洗滌操作中,水洗的目的是____.無水硫酸鎂固體的作用是____.常壓蒸餾時需要控制的最低溫度是____.

(5)該實驗中聯芐的產率約為____(保留3位有效數字).

解析(1)儀器B為球形冷凝管,冷凝水應下進上出,即從a口進,b口出.

(2)無水AlCl3是催化劑,但由于AlCl3易水解,故裝置C的作用是防止裝置 D中的水蒸氣進入裝置A中,從而影響AlCl3的催化效果,涉及的反應為:

(3)苯和1,2-二氯乙烷反應過程中有HCl生成,實驗時裝置D中的液體變紅,試劑X可能是紫色石蕊試液或甲基橙試液.使用電動攪拌器的目的是使反應物混合均勻.

(4)洗滌操作中,水洗的目的是洗去殘留的Na2CO3.洗滌分離后,向產物中加入少量無水硫酸鎂固體,目的是吸收產物中少量的水分,即無水硫酸鎂作干燥劑.根據苯和1,2-二氯乙烷的沸點,可知常壓蒸餾時需要控制的最低溫度是83.5 ℃.

答案見解析[2].

7 結束語

有機化學實驗的命題,融基本知識和基本技能考查于一體,重在考查學生的證據推理與模型認知、科學探究與創新意識等學科核心素養.在教學及復習過程中,要在抓好基本知識教學的前提下,培養學生的分析問題、解決問題的能力,并注重培養學生的創新意識.要根據實際情況,盡可能多開展實驗教學,讓學生親自動手做實驗,理論聯系實際,增強感性認識,真正體現出化學學科特色.