第 27 講 常見物質的制備

第27講常見物質的制備化學實驗12011考綱展示2012高考導視1.掌握氣體的實驗室制法(包括所用試劑、儀器，反應原理和收集方法)。2．掌握常見氣體制備原理以及裝置選擇。3．掌握幾種無機物、有機物的制取。1.考查常見氣體制備原理以及裝置選擇、尾氣的處理裝置以及氣體的凈化和干燥。2．利用限定的儀器裝置、藥品，融合氣體的制備、除雜、集氣及設計操作次序、儀器連接、定量計算于一體；給出部分實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗要求設計完整的實驗或補充部分實驗步驟。2考點1常見氣體的制備1．常見氣體制備的發(fā)生裝置基礎知識3反應裝置類型裝置圖適用氣體裝置注意事項續(xù)表42.常見氣體的制備原理5續(xù)表63.實驗室制取氣體的收集裝置74.氣體的凈化(1)氣體凈化原則：先除雜后干燥，不損失主體氣體，不引入新的雜質。(2)常見氣體的凈化8氣體所含雜質凈化劑凈化裝置圖續(xù)表9(3)常見干燥裝置及適用氣體105.尾氣處理(1)尾氣的處理方法：①直接排放；②直接吸收；③防倒吸吸收；④燃燒處理 (2)尾氣的處理裝置 ①直接處理11②防倒吸吸收圖5－27－1121．高考實驗試題是源于教材上典型實驗的改裝或者創(chuàng)新，在高考的實驗備考復習過程中應注意哪些方面？答：①對教材上的演示實驗應該進行落實和鞏固。

②對一些物質的制備實驗或性質實驗應進行深入的探究，對實驗中所涉及的重要化學方程式和重要實驗現(xiàn)象均應做到熟練掌握。③不要一味追求新穎的實驗試題而丟掉最本質的教材實驗。132．氣體的制取實驗操作要注意哪些先后步驟？答：①裝配儀器時：先下后上；先左后右；②加入試劑時：先固后液；③實驗開始時：先檢查裝置的氣密性，再加藥品，后點酒精燈；④有些實驗為防倒吸，往往最后停止加熱或最后停止通氣；⑤有些實驗為防氧化往往最后停止通氣；⑥儀器拆卸的一般過程：從右到左，自上而下，先拆主體，后拆部件；⑦對于可燃性氣體，應先驗純后收集；

⑧凈化氣體時，一般先除去有毒、有刺激性氣味的氣體，后除去無毒、無氣味的氣體，最后除水蒸氣，即先除雜后干燥。143．氣體制備的實驗裝置按怎樣的順序連接？答：氣體制備裝置的連接順序：發(fā)生裝置→凈化裝置→收集裝置→尾氣處理裝置。4．涉及氣體制備、性質實驗的操作程序是怎樣的？

答：此類實驗的操作程序：組裝實驗裝置→檢查裝置氣密性→加藥品(先加固體后加液體)→收集氣體(若為可燃性氣體，還需驗純)→驗證氣體性質→撤裝置。5．檢查裝置氣密性的原理是什么？方法有哪些？如何檢查下列裝置的氣密性？15圖5－27－2

答：檢查裝置氣密性的原理是利用氣體熱脹冷縮的性質，主要方法有微熱法、液差法、鼓氣法等。具體裝置的氣密性檢查略。6．哪些氣體只能用排水法收集而不能用排空氣法收集？答：只能用排水法收集的氣體：CO、NO、C2H4。16

1．如圖5－27－3所示為實驗室制氫氣的簡易裝置。若在加稀硫酸時，發(fā)現(xiàn)鋅粒和酸沒有接觸而稀硫酸又不夠，為使反)應順利進行，則可以從漏斗中加入的試劑是( 圖5－27－3①食鹽水②KNO3

溶液③乙醇④Na2CO3

溶液⑤CCl4⑥濃氨水A．①③⑤B．②⑥C．③⑤D．①②④17

解析：加入食鹽水或乙醇相當于稀釋硫酸使之與鋅粒接觸而反應；加入KNO3

溶液會因HNO3

的強氧化性而無氫氣生成；加入Na2CO3

溶液與H2SO4

反應消耗H2SO4；CCl4

使得H2SO4

液面上升與Zn接觸反應；濃氨水與H2SO4

反應消耗H2SO4，故①③⑤可以從漏斗中加入。

答案：A18)鼓起來的現(xiàn)象，則使用的固體和液體試劑可能是( 圖5－27－42．某同學如圖5－27－4所示裝置進行實驗，出現(xiàn)小氣球

A．銅與濃硫酸 B．鐵與濃硫酸 C．鋁和氫氧化鈉溶液 D．二氧化錳和濃鹽酸

解析：A項和D項的反應均需要加熱，B項中鐵與濃硫酸發(fā)生鈍化。

答案：C19用該圖裝置制取、凈化、收集的氣體是(圖5－27－53．5－27－5圖中a、b、c表示相應儀器中加入的試劑，可)編號氣體abcANH3濃氨水生石灰堿石灰BCO2鹽酸碳酸鈣飽和NaHCO3CNO稀HNO3銅屑H2ODNO2濃HNO3銅屑NaOH溶液

解析：A項中NH3

密度比空氣小，不能用向上排空氣法收集；C項中NO在常溫下與O2

反應生成NO2，不能用排空氣法收集；D項中NO2

與NaOH溶液反應。答案：B20物質試劑及注意事項原理Al(OH)3硫酸鋁溶液(可溶性鋁鹽)，氨水(弱堿)Al2

(SO4)3＋6NH3·H2O2Al(OH)3↓＋3(NH4)2SO4Fe(OH)3氯化鐵溶液(可溶性鐵鹽)，堿FeCl3＋3NaOHFe(OH)3↓＋3NaClFe(OH)2氯化亞鐵溶液(可溶性亞鐵鹽)，堿(要注意防_____的措施)FeCl2＋2NaOHFe(OH)2↓＋2NaClFe(OH)3

膠體飽和氯化鐵溶液，沸水(加試劑順序：______________加入_____中)FeCl3＋3H2OFe(OH)3(膠體)＋3HCl考點2幾種常見物質的制備氧化飽和氯化鐵溶液沸水211∶3液面下苯揮發(fā)物質試劑及注意事項原理續(xù)表22乙酸乙酯無水乙醇，冰醋酸，濃硫酸；①小火加熱(保證CH3COOC2H5

和沸點接近的C2H5OH、CH3COOH能充分利用)；②用飽和的Na2CO3

溶液吸收(目的：________________________________________________________________)；③導管不插入液面下(防止______)倒吸便于CH3COOC2H5

分層析出，反應使其溶解乙醇且Na2CO3與CH3COOH物質試劑及注意事項原理續(xù)表231．制備Al(OH)3

時為什么只能用弱堿？答：Al(OH)3

是兩性氫氧化物，能與氫氧化鈉等強堿發(fā)生反應，而不與弱堿發(fā)生反應。2．制備Fe(OH)2

成功的關鍵是什么？在制備Fe(OH)2

時，若不慎混入了空氣，會觀察到什么現(xiàn)象？

答：制備Fe(OH)2

成功的關鍵是防止被氧化。Fe(OH)2

被空氣中的氧氣氧化的現(xiàn)象是由白色迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色。3．制備硝基苯和乙酸乙酯兩個實驗，加藥品的順序有什么不同？

答：制備硝基苯加藥品的順序是先將濃硫酸緩慢注入濃硝酸中，不斷攪拌，待冷卻后加入苯。制備乙酸乙酯加藥品的順序是先將濃硫酸緩慢注入乙醇中，小心振蕩，后加入冰醋酸。24

4．某學生設計了一個制取氫氧化亞鐵的最佳實驗方案，實驗裝置見圖5－27－6，請分析實驗過程，并回答問題。圖5－27－625

(1)在B試管中加入NaOH溶液后加熱煮沸1～2分鐘立即加入2mL液體石蠟，該操作目的是____________________________________________________________________________。 (2)在具支試管A中加入稀H2SO4

溶液和略微過量的鐵粉，分析為什么鐵粉要略微過量____________________________。 (3)連接好導管，同時打開活塞5，當鐵粉與稀硫酸反應平穩(wěn)時，關閉活塞，這時A試管中的現(xiàn)象為__________________，原因是_____________________。B試管中現(xiàn)象為_____________________________。(3)A試管中溶液經(jīng)導管壓入B試管因為生成的H2

產(chǎn)生了壓力產(chǎn)生白色沉淀26物質開始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8Mg(OH)29.611.1圖5－27－7表1生成氫氧化物沉淀的pH值27試劑價格(元/t)漂液(含NaClO,25.2%)450H2O2(30%)2400NaOH(固，98%)2100Na2CO3(固，99.5%)600鹵塊(MgCl2,30%)310表2化學試劑價格表

請?zhí)顚懸韵驴瞻祝?(1)在步驟②加入的試劑X，最佳選擇應是________，其作用是________________________。 (2)步驟③加入的試劑Y應是__________；之所以要控制pH＝9.8，其目的是______________________________________。

(3)在步驟⑤時發(fā)生的化學反應方程式是_____________。281．(2010年上海化學)工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程示意圖如圖5－27－8：圖5－27－8完成下列填空：(1)粗鹽水加入沉淀劑A、B除雜質(沉淀劑A來源于石灰窯廠)，寫出A、B的化學式：A____________、B____________。29

熱點2實驗儀器的選用及儀器組裝ⅠⅡ圖5－27－930填寫下列空白：

(1)實驗進行時試管A中應加入的試劑是________；燒瓶B的作用是__________________________；燒瓶C的作用是__________________；在試管D中收集得到的是____________。 (2)實驗時，U型管G中應加入的試劑是______________分液漏斗H中應加入______________。(3)兩套裝置中，在實驗時需要加熱的儀器是(填該儀器對應字母)________。(4)燒瓶I中發(fā)生的反應有時要加入少量硫酸銅溶液，其目的是____________________。

(5)試管E中發(fā)生反應的化學方程式是_______________。 (6)為了安全，在E管中的反應發(fā)生前，在F出口處必須________________；E管中反應開始后，在F出口處應____________。31

2．(2010年海南化學)根據(jù)氨氣還原氧化銅的反應，可設計測定銅元素相對原子質量Ar(Cu)(近似值)的實驗。先稱量反應物氧化銅的質量m(CuO)，反應完全后測定生成物水的質量m(H2O)，由此計算Ar(Cu)。為此，提供的實驗儀器及試劑如下(根據(jù)需要可重復選用，加入的NH4Cl與Ca(OH)2

的量足以產(chǎn)生使CuO完全還原的氨氣)：圖5－27－1032

請回答下列問題： (1)氨氣還原熾熱氧化銅的化學方程式為_____________________________________________________________________。 (2)從所提供的儀器及試劑中選擇并組裝本實驗的一套合理、簡單的裝置，按氣流方向的連接順序為(用圖中標注的導管口符號表示)a→________________________________________。 (3)在本實驗中，若測得m(CuO)＝ag，m(H2O)＝bg，則Ar(Cu)＝____________。 (4)在本實驗中，使測定結果Ar(Cu)偏大的是_________(填序號)。①CuO未反應完全②CuO未干燥③CuO中混有不反④堿石灰不能干燥⑤NH4Cl與Ca(OH)2

混合物應的雜質未干燥

(5)在本實驗中，還可通過測定__________和__________，或____________和____________達到實驗目的。

33－163Cu＋3H2O＋N2答案：(1)2NH3＋3CuO(2)a→e→b→c(3)18a b(4)①③(5)m(CuO)m(Cu)m(Cu)m(H2O)34圖5－27－11 熱點3依托科技的發(fā)展考查物質的制備 【典例3】(2010年浙江理綜)一水硫酸四氨合銅(Ⅱ)的化學式為[Cu(NH3)4]SO4·H2O是一種重要的染料及農(nóng)藥中間體。某學習小組在實驗室以氧化銅為主要原料合成該物質，設計的合成路線為：35

圖5－27－12請根據(jù)以下信息回答下列問題：(1)方案1的實驗步驟為a．加熱蒸發(fā)b．冷卻結晶c．抽濾d．洗滌e．干燥

①步驟1的抽濾裝置如圖5－27－13所示，該裝置中的錯誤之處是_____________________________________； 抽濾完畢或中途停止抽濾時，應先___________________________________，然后____________________。36圖5－27－13

②該方案存在明顯缺陷，因為得到的產(chǎn)物晶體中往往含有________雜質，產(chǎn)生該雜質的原因是_____________________。(2)方案2的實驗步驟為a．向溶液C加入適量_____________，b._______________，c.洗滌，d.干燥①請在上述內填寫合適的試劑或操作名稱。37②下列選項中，最適合作為步驟c的洗滌液是________。A．乙醇C．乙醇和水的混合液B．蒸餾水D．飽和硫酸鈉溶液38

解析：本題主要綜合考查了過濾、抽濾實驗、沉淀洗滌與干燥的結晶等實驗操作原理，同時還結合化學平衡移動原理。抽濾裝置的原理是通過氣泵(或其他方法)使過濾器下方的壓強降低，濾液上下形成壓強差，從而加快過濾的速度，所以必須要求布氏漏斗的瓶口斜面朝向抽濾瓶的支管口。

答案：(1)①布氏漏斗的瓶口斜面未朝向抽濾瓶的支管口斷開連接安全瓶與抽氣裝置間的橡皮管關閉抽氣裝置中的水39

3．(2010年江蘇化學)對硝基甲苯是醫(yī)藥、染料等工業(yè)的一種重要有機中間體，它常以濃硝酸為硝化劑，濃硫酸為催化劑，通過甲苯的硝化反應制備。40

一種新的制備對硝基甲苯的實驗方法是：以發(fā)煙硝酸為硝化劑，固體NaHSO4

為催化劑(可循環(huán)使用)，在CCl4

溶液中，加入乙酸酐(有脫水作用)，45℃反應1h。反應結束后，過濾，濾液分別用5%NaHCO3

溶液水洗至中性，再經(jīng)分離提純得到對硝基甲苯。

(1)上述實驗中過濾的目的是_________________________。 (2)濾液在分液漏斗中洗滌靜置后，有機層處于________層(填“上”或“下”)；放液時，若發(fā)現(xiàn)液體流不下來，其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外，還有_________________________。41催化劑n(催化劑)

n(甲苯)硝化產(chǎn)物中各種異構體質量 分數(shù)(%)總產(chǎn)率 (%)對硝基 甲苯鄰硝基 甲苯間硝基 甲苯濃H2SO41.035.660.24.298.01.236.559.54.099.8NaHSO40.1544.655.10.398.90.2546.352.80.999.90.3247.951.80.399.90.3645.254.20.699.9①NaHSO4

催化制備對硝基甲苯時，催化劑與甲苯的最佳物質的量之比為______________。驗結果。(3)下表列出了催化劑種類及用量對甲苯硝化反應影響的實42

②由甲苯硝化得到的各種產(chǎn)物的含量可知，甲苯硝化反應的特點是___________________________________________。 ③與濃硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4

催化甲苯硝化的優(yōu)點有_______________________________________________________________________________________________________。

43基甲苯；③用NaHSO4

作催化劑的優(yōu)點是在硝化產(chǎn)物中對硝基甲苯的比例提高，同時催化劑NaHSO4

能循環(huán)使用。

答案：(1)回收NaHSO4

(2)下分液漏斗上口塞子未打開 (3)①0.32 ②甲苯硝化主要得到對硝基甲苯和鄰硝基甲苯催化劑用量少且能

③在硝化產(chǎn)物中對硝基甲苯比例提高循環(huán)使用(凡合理答案均可)44

結合工業(yè)生產(chǎn)實際考查無機化合物的相互轉化及生成、分離、提純問題。注重培養(yǎng)知識和信息加工能力、遷移能力、邏輯推理和逆向思維能力。對在觀察中得到的印象初步分析，從中提取事物的特征；或者在對事物的觀察中，歸納出同類事物共有的特性。高考試題越來越注重考查數(shù)據(jù)的處理與分析能力和利用信息解決有關問題的能力。451．(2009年廣東理基)下列各組氣體在常溫下能共存且能用向上排空氣法收集的是()

A．NO和O2

B．HCl和NH3

C．H2

和CO D．SO2

和CO2

解析：NO和O2

不共存；HCl與NH3

不共存；H2

的密度比空氣小，應用向下排空氣法收集，CO的密度與空氣接近，應用排水法收集。

答案：D46

2．(2009年廣東深圳調研)如圖5－27－14所示，夾子開始處于關閉狀態(tài)，將液體A滴入試管②與氣體B充分反應，打開夾子，可發(fā)現(xiàn)試管①內的水立刻沸騰了。則液體A和氣體B的組合不可能是下列的()

圖5－27－14A．氫氧化鈉溶液、二氧化碳B．水、氨氣C．氫氧化鈉溶液、一氧化氮D．水、二氧化氮解析：右端氣體反應后會造成體系氣壓降低，水的沸點隨之降低而沸騰，只有C項中二者不反應。答案：C47

3．(2011年廣東深圳調研)已知SnCl4

極易水解，熔點－33℃，沸點114.1℃；錫的熔點232℃，沸點2260℃。圖5－27－15是以氯氣為原料制備SnCl4

的裝置示意圖：圖5－27－1548請回答下列問題：

(1)儀器b的名稱：____________；說出儀器a在中學實驗中的兩種用途：________________、___________________。 (2)寫出裝置A中反應的離子方程式：_________________。 (3)裝置B、C中的藥品為：B____________C__________；裝置F的作用是______________________________________。 (4)實驗制得的SnCl4

中因溶解了Cl2

而略顯黃色。提純的方法是________________________________________________。49解析：本題借助SnCl4

的制備來考查儀器的使用和氯氣的制備，起點高，落點低。分析實驗(1)中學階段分液漏斗的兩種常見用途：①通過萃取分液分離物質；②添加液體試劑。(3)由題意，SnCl4

易水解，不難得出B、C兩裝置是為了得到純凈干燥的氯氣。(4)由題目給的信息，SnCl4

的沸點低，可以用蒸餾的方法提純。50

4．(2010年廣東廣州檢測)印刷電路的廢腐蝕液含有大量CuCl2、FeCl2

和FeCl3，任意排放將導致環(huán)境污染及資源的浪費。可從該廢液中回收銅，并將鐵的化合物全部轉化為FeCl3

溶液，作為腐蝕液原料循環(huán)使用。 測得某廢腐蝕液中含CuCl2

1.5mol/L，含F(xiàn)eCl2

3.0mol/L，含F(xiàn)eCl3

1.0mol/L，含HCl3.0mol/L。取廢腐蝕液200mL按如下流程在實驗室進行實驗：圖5－27－1651回答下列問題：(1)上述方法獲得的銅粉中含有雜質，除雜所需試劑是______________(填化學式)。

(2)實驗室可用固體KClO3

與濃HCl反應制備Cl2，此反應中Cl2既是氧化產(chǎn)物，又是還原產(chǎn)物。反應的化學方程式為_____________________________________________________。 (3)圖5－27－17是實驗室制備Cl2

并通入FeCl2

溶液中獲得FeCl3溶液的部分裝置。圖5－27－1752從圖5－27－18中挑選所需的儀器，完成上述裝置簡圖(固定裝置不用畫)，并標明容器中所裝試劑。圖5－27－18

(4)實驗中，必須控制生成氯氣的速度，使導管口逸出的氣泡每秒1～2個，以便被FeCl2

溶液完全吸收?？刂粕陕葰馑俣鹊牟僮魇莀_______________________________________。 (5)按上述流程操作，需稱取Fe粉的質量應不少于______________g(精確到0.1g)，需通入Cl2

的物質的量不少于________mol，加入燒瓶中的KClO3

的質量應不少于________g(精確到0.1g)。53答案：(1)HCl(或稀H2SO4)(2)KClO3＋6HCl(濃)===3Cl2↑＋KCl＋3H2O(3)(4)緩慢旋轉分液漏斗的活塞，調節(jié)液體滴下的速度(5)39.20.7530.6541．化學實驗設計和操作中必須十分重視安全問題和環(huán)境保護問題，下列實驗的設計或操作不合理的是()

①實驗室用加熱分解KClO3

的方法制取O2，排水收集O2后，先停止加熱，再拆除實驗裝置 ②實驗結束后應將固體殘渣深埋入土壤中，廢液倒入下水道排出 ③給試管中的液體加熱時應不時地移動試管，以免暴沸傷人 ④為檢驗CO氣體的純度，用排空法收集一試管氣體，然后移近火焰點燃聽有無尖銳爆鳴聲

B．①②③④D．②④A．①②C．①②④答案：C552．下列氣體①NH3、②NO2、③NO、④O2、⑤SO2

中，適)于用圖5－27－31裝置制取和收集的氣體是( 圖5－27－31A．僅①②B．僅②③C．僅③④D．僅②⑤

解析：由收集裝置可知，只能用于制備密度比空氣大的氣體，NH3

和NO排除，而氧氣不需要NaOH進行尾氣處理。

答案：D56

3．課外小組設計了如圖5－27－32所示的實驗裝置，進行氣體性質實驗。圖中箭頭表示氣體流向。A表示一種純凈、干燥的氣體，B是另一種氣體，反應進行一段時間后，裝置己中有紅棕色氣體生成。實驗中所用的藥品和干燥劑只能從下列物質中選?。篘a2CO3、NaHCO3、MnO2、Na2O2、NaCl、無水CaCl2、NH4HCO3、堿石灰等固體，H2O2、蒸餾水。圖5－27－3257根據(jù)圖中裝置和反應現(xiàn)象回答：

(1)充分反應后丙中無固體物質剩余，發(fā)生反應的化學方程式為______________________________________________。 (2)丁中的干燥劑應選________，不選另一種干燥劑的理由是________________________________________________。 (3)甲中發(fā)生反應的化學方程式為_____________________。 (4)觀察到反應開始后斷開電鍵K，鉑絲能繼續(xù)保持紅熱，戊中發(fā)生的主要反應的化學方程式為________________，此反應是________(填“吸熱”或“放熱”)反應。

(5)若裝置的氣密性良好，甲、丙中均有氣體產(chǎn)生，其余操作正常，但己中未觀察到紅棕色，可能的原因是__________