高中化学定量研究的方法实验题

(14分)芳香族羧酸通常用芳香烃的氧化来制备。芳香烃的苯环比较稳定，难于氧化，而环上的支链不论长短，在强烈氧化时，最终都氧化成羧基。某同学用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。
反应原理：

反应试剂、产物的物理常数：

名称	相对分 子质量	性状	熔点	沸点	密度	溶解度
水	乙醇	乙醚
甲苯	92	无色液体易燃易挥发	-95	110.6	0.8669	不溶	易溶	易溶
苯甲酸	122	白色片状或针状晶体	122.4	248	1.2659	微溶	易溶	易溶

主要实验装置和流程如下：

实验方法：一定量的甲苯和KMnO₄溶液置于图1装置中，在90℃时， 反应一段时间，再停止反应，按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯。

（1）无色液体A的结构简式为          。操作Ⅱ为         。
（2）如果滤液呈紫色，要先加亚硫酸氢钾，然后再加入浓盐酸酸化，加亚硫酸氢钾的目的是            。
（3）下列关于仪器的组装或者使用正确的是         。
A．抽滤可以加快过滤速度，得到较干燥的沉淀
B．安装电动搅拌器时，搅拌器下端不能与三颈烧瓶底、温度计等接触
C．图1回流搅拌装置应采用直接加热的方法
D．冷凝管中水的流向是下进上出
（4）除去残留在苯甲酸中的甲苯应先加入         ，分液，水层再加入         ，然后抽滤，干燥即可得到苯甲酸。
（5）纯度测定：称取1.220g产品，配成100mL溶液，取其中25.00mL溶液，进行滴定 ，消耗KOH物质的量为2.4×10^-3mol。产品中苯甲酸质量分数为             。

对叔丁基苯酚工业用途广泛，可用于生产油溶性酚醛树脂、稳定剂和香料等。实验室以苯酚、叔丁基氯[（CH₃）₃CCl]等为原料制备对叔丁基苯酚。实验步骤如下：反应物和产物的相关数据列表如下：

步骤l：组装仪器，用量筒量取2．2 mL叔丁基氯（过量），称取1．6 g苯酚，搅拌使苯酚完全溶解，并装入滴液漏斗。
步骤2：向X中加入少量无水AlCl₃固体作催化剂，打开滴液漏斗旋塞，迅速有气体放出。
步骤3：反应缓和后，向X中加入8 mL水和1 mL浓盐酸，即有白色固体析出。
步骤4：抽滤得到白色固体，洗涤，得到粗产物，用石油醚重结晶，得对叔丁基苯酚1．8 g。
（1）仪器X的名称为               。
（2）步骤2中发生主要反应的化学方程式为                。该反应过于激烈，放出大量热，常使实验的产率降低，可能的原因是                    。
（3）图中倒扣漏斗的作用是               。苯酚有腐蚀性，能使蛋白质变性，若其溶液沾到皮肤上可用                洗涤。
（4）在取用苯酚时发现苯酚冻结在试剂瓶中，可采取的措施为____       。
（5）下列仪器在使用前必须检查是否漏液的是            （填选项字母）。

A．量筒

B．容量瓶

C．滴定管

D．分液漏斗

E．长颈漏斗
（6）本实验中，对叔丁基苯酚的产率为              。（请保留三位有效数字）

通常用燃烧的方法测定有机物的分子式，可在燃烧室内将有机物样品与纯氧在电炉加热下充分燃烧，根据产品的的质量确定有机物的组成。下图所示的是用燃烧法确定有机物分子式的常用装置。

现准确称取4.4 g样品（只含C、H、O三种元素中的两种或三种），经燃烧后A管增重8.8 g，B管增重3.6g。请回答：
（1）C管中浓硫酸的作用是________________________________________；
（2）按上述所给的测量信息，装置的连接顺序应是：_______________（每种装置只用一次）；
（3）要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是_________________；
①C装置增加的质量
②样品的摩尔质量
③CuO固体减少的质量
（4）相同条件下，若该有机物蒸气对氢气的相对分子质量为22，且它的核磁共振氢谱上有两个峰，其强度比为3:1，试通过计算确定该有机物的结构简式              ，与该有机物相对分子质量相同的烃的一氯代物有     种。

常见的一硝基甲苯有对硝基甲苯和邻硝基甲苯两种，均可用于合成各种染料。某探究小组利用下列反应和装置制备一硝基甲苯。

实验中可能用到的数据：

实验步骤：①按体积比1：3配制浓硫酸与浓硝酸混合物40 mL；
②在三颈瓶中加入15 mL(13g)甲苯，按图所示装好药品和其他仪器；
③向三颈瓶中加入混酸，并不断搅拌（磁力搅拌器已略去）；
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分离出一硝基甲苯的总质量13.60 g。
请回答下列问题：
配制混酸的方法是_____                                           ___。
反应中需不断搅拌，目的是_________________________________________________。
(2)仪器A的名称是________，使用该仪器前必须进行的操作是_________。
(3)若实验后在三颈瓶中收集到的产物较少，可能的原因是_________。
(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中需要使用下列仪器中的________（填序号）。
a．冷凝管   
b．酒精灯   
c．温度计   
d．分液漏斗   
e．蒸发皿
(5)该实验中一硝基甲苯的产率为________（保留两位有效数字）。

实验室用乙醇和浓硫酸反应制备乙烯，化学方程式为：C₂H₅OHCH₂=CH₂↑+H₂O，接着再用液溴与乙烯反应制备1，2-二溴乙烷。在制备过程中由于部分乙醇与浓硫酸发生氧化还原反应还会产生CO₂、SO₂ ,并进而与Br₂反应生成HBr等酸性气体。某学习小组用上述三种为原料，组装下列仪器（短接口或橡皮管均己略去）来制备1,2-二溴乙烷

（1）如果气体流向从左到右，正确的连接顺序是：
B经A①插入A中，D接入②；A③接  接  接   接   接。
（2）温度计水银球的正确位置是         。
（3）装置D与分流漏斗相比，其主要优点是       。
（4）装置C的主要作用是       ，装置F的作用是          。
（5）在反应管E中进行的主要反应的化学方程式为        。
（6）装置E烧杯中的泠水和反应管内液溴上的水层作用均是               。若将装置F拆除，在E中的主要反应为       。

化学上常用燃烧法确定有机物的组成．下图装置是用燃烧法确定有机物化学式常用的装置，这种方法是在电炉加热时用纯氧氧化管内样品．根据产物的质量确定有机物的组成．

回答下列问题：
（1）A装置中分液漏斗盛放的物质是_________，写出有关反应的化学方程式__________．
（2）C装置(燃烧管)中CuO的作用是______________________________________
（3）写出E装置中所盛放试剂的名称__________，它的作用是______________．
（4）若将B装置去掉会对实验造成什么影响？__________________________.有学生认为在E后应再加一与E相同的装置，目的时_______________________
（5）若准确称取1.20 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)．经充分燃烧后，E管质量增加1.76 g，D管质量增加0.72 g，则该有机物的最简式为______________．
（6）要确定该有机物的化学式，还需要测定________________________．

(15分)实验室用少量的溴和足量的乙醇制备1，2—二溴乙烷的装置如下图所示（加热及夹持装置省略）：

制备1,2--溴乙烷可能存在的主要副反应有：乙醇在浓硫酸的存在下在140℃脱水生成乙醚。有关数据列表如下：

回答下列问题：
（1）装置A、D中发生主要反应的化学方程式为：                 ；              。
（2）装置B中长玻璃管E的作用：                  。
（3）在此制备实验中，要尽可能迅速地把反应温度提高到170℃左右，其最主要目的是     ；（填正确选项前的字母）
a．引发反应               b．加快反应速度   
c．防止乙醇挥发           d．减少副产物乙醚生成
（4）在装置C中应加入____，其目的是完全吸收反应中可能生成的酸性气体：（填正确选项前的字母）
a．水                       b．浓硫酸   
c．氢氧化钠溶液             d．酸性KMnO₄溶液
（5）反应过程中应用冷水冷却装置D．其主要目的是：           ;但又不能过度：冷却（如用冰水），其原因是：             ；将1，2-二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物应在    层(填“上”、“下”）。

乙醇氧化后可生成乙醛，某研究性学习小组的同学通过查阅资料获得信息：
①乙醛的沸点是20.8℃，它在溶液中易被氧化，氧化产物的沸点是117.9℃；
②久置的乙醛水溶液会产生分层现象，下层为水溶液，上层无色油状液体为乙醛的环状聚合物（C₂H₄O）_n，该聚合物的沸点比水的沸点高，分子中无醛基；
③利用反应：（C₂H₄O）_nnC₂H₄O △H＜0，可从久置的乙醛水溶液中提取乙醛（仍得到乙醛的水溶液）。
根据上述信息，用如图装置提取乙醛，请回答下列问题：

（1）写出乙醇氧化成乙醛的化学方程式：       ；
（2）将混合物加热至沸腾，（C₂H₄O）n缓缓分解，把生成的气体导入锥形瓶中：
①若实验过程中不使用冷凝管冷却，随着蒸发的进行，溶液中有黑色物质和刺激性气味气体生成。用化学方程式表示这一现象：       ；
②当锥形瓶内导管口气泡越来越少时，表明大部分乙醛已蒸出，实验结束。拆除实验装置的第一步操作是：       ；
（3）当n＝3时，试写出（C₂H₄O）n的结构简式    ；
（4）设计一简单实验证明久置的乙醛是否被氧化（写出简要操作步骤、使用的试剂、实验现象和结论）：       。

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：

	苯甲酸	甲醇	苯甲酸甲酯
熔点/℃	122.4	-97	-12.3
沸点/℃	249	64.3	199.6
密度/g.cm^-3	1.2659	0.792	1.0888
水溶性	微溶	互溶	不溶

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。
（2）化学小组在实验中用过量的反应物甲醇，其理由是                       。
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

（1）试剂1可以是       （填编号），作用是                   。
A.稀硫酸                    B.碳酸钠溶液                C.乙醇
（2）操作2中，收集产品时，控制的温度应在      ℃左右。
（3）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）。
（4）本实验制得的苯甲酸甲酯的产量低于理论产量，可能的原因是    （填编号）。
A．蒸馏时从100℃开始收集产品            
B．甲醇用量多了
C．制备粗品时苯甲酸被蒸出

B．【实验化学】塑化剂DBP（邻苯二甲酸二丁酯）主要应用于PVC等合成材料中作软化剂。
合成反应原理为：

实验步骤如下：
步骤1 在三口烧瓶中放入14．8g邻苯二甲酸酐、25mL正丁醇、4滴浓硫酸，开动搅拌器（反应装置如图）。

步骤2 缓缓加热至邻苯二甲酸酐固体消失，升温至沸腾。
步骤3 等酯化到一定程度时，升温至150℃
步骤4 冷却，倒入分漏斗中，用饱和食盐水和5%碳酸钠洗涤。
步骤5 减压蒸馏，收集200~210℃2666Pa馏分，即得DBP产品
（1）搅拌器的作用           。
（2）图中仪器a名称及作用是          ；步骤3中确定有大量酯生成的依据是        。
（3）用饱和食盐水代替水洗涤的好处是         。
（4）碳酸钠溶液洗涤的目的是        。
（5）用减压蒸馏的目的是        。

在苹果、香蕉等水果的果香中存在着乙酸正丁酯。某化学课外兴趣小组欲以乙酸和正丁醇为原料合成乙酸正丁酯。实验步骤如下：
（一）乙酸正丁酯的制备
①在干燥的50mL圆底烧瓶中，加入13.5mL（0.15mol）正丁醇和7.2mL（0.125mol）冰醋酸，再加入3～4滴浓硫酸，摇匀，投入1～2粒沸石。
按下图所示安装带分水器的回流反应装置，并在分水器中预先加入水，使水面略低于分水器的支管口。

②打开冷凝水，圆底烧瓶在石棉网上用小火加热。在反应过程中，通过分水器下部的旋塞不断分出生成的水，注意保持分水器中水层液面原来的高度，使油层尽量回到圆底烧瓶中。反应达到终点后，停止加热，记录分出的水的体积。
（二）产品的精制
③将分水器分出的酯层和反应液一起倒入分液漏斗中，先用10 mL的水洗涤，
再继续用10 mL10%Na₂CO₃洗涤至中性，再用10 mL 的水洗涤，最后将
有机层转移至锥形瓶中，再用无水硫酸镁干燥。
④将干燥后的乙酸正丁酯滤入50 mL 烧瓶中，常压蒸馏，收集124～126℃的
馏分，得11.6g产品。
（1）写出该制备反应的化学方程式_______________。
（2）冷水应该从冷凝管___________（填a或b）管口通入。
（3）步骤②中不断从分水器下部分出生成的水的目的是__________________。步骤②中判断反应终点的依据是_______。
（4）产品的精制过程步骤③中，洗的目的是______________________。两次洗涤完成后将有机层从分液漏斗的__________置入锥形瓶中。

乙醛在催化剂存在的条件下，可以被空气氧化成乙酸。依据此原理设计实验制得并在试管C中收集到少量乙酸溶液（如图所示：试管A中装有40％的乙醛水溶液、氧化铜粉末；试管C中装有适量蒸馏水；烧杯B中装有某液体）。已知在60℃～80℃时用双连打气球鼓入空气即可发生乙醛的氧化反应，连续鼓入十几次反应基本完全。有关物质的沸点见下表：

物质	乙醛	乙酸	甘油	乙二醇	水
沸点	20.8℃	117.9℃	290℃	197.2℃	100℃

请回答下列问题：
（1）试管A内在60℃～80℃时发生的主要反应的化学方程式为（注明反应条件）________________；
（2）如图所示在实验的不同阶段，需要调整温度计在试管A内的位置。在实验开始时温度计水银球的位置应在___________，目的是_____________________________；当试管A内的主要反应完成后，应进行蒸馏操作，温度计水银球的位置应在___________________。

（3）烧杯B内盛装的液体可以是____________（写出一种即可）。
（4）若想检验试管C中是否含有产物乙酸，在下列所提供的药品或用品中，可以使用的是____________。（填字母）
a．pH试纸              b．碳酸氢钠粉末    
c．红色石蕊试纸        d．银氨溶液

有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色粘稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进行了如下实验：

实 验 步 骤	解 释 或 实 验 结 论
（1）称取A 9.0g，升温使其汽化，测其密度是相同条件下H2的45倍。	试通过计算填空： （1）A的相对分子质量为：       。
（2）将此9.0gA在足量纯O2充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g。	（2）A的分子式为：             。
（3）另取A 9.0g，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成2.24LCO2（标准状况），若与足量金属钠反应则生成2.24LH2（标准状况）。	（3）用结构简式表示A中含有的官能团： ___________。
（3）另取A 9.0g，跟足量的NaHCO3粉末反应，生成2.24LCO2（标准状况），若与足量金属钠反应则生成2.24LH2（标准状况）。	（3）用结构简式表示A中含有的官能团：____________。
（4）A的核磁共振氢谱如下图：	（4）A中含有______种氢原子。
（5）综上所述，A的结构简式            。

 

（本题共12分）乙酸正丁酯常用作香精，实验室用冰醋酸和正丁醇制备乙酸正丁酯
Ⅰ．乙酸正丁酯粗产品的制备
试管中加少许入沸石、7.4 mL正丁醇和6.4 mL冰醋酸，再加入3～4滴浓硫酸，然后安装好装置，加热使之反应。

Ⅱ．乙酸正丁酯粗产品的精制
将试管中的液体转移到分液漏斗中，用10 mL水洗涤，除去下层水层；有机层继续用10 mL 10% Na₂CO₃洗涤至中性；再用10 mL 的水洗涤。
将酯层进行蒸馏。蒸馏收集乙酸正丁酯产品时，应将温度控制在126.1℃左右。
Ⅲ．计算产率
称量出制得的乙酸正丁酯的质量为5. 12 g。
已知：

物质	密度/g·cm^－3	沸点/℃	溶解度/100g水
正丁醇	0.810	118.0	9
冰醋酸	1.049	118.1	互溶
乙酸正丁酯	0.882	126.1	0.7

完成下列填空：

（1）上图装置中长导管有冷凝回流作用，它可以由分水回流装置代替。分水回流装置中回流下来的蒸气冷凝液进入分水器，待分层后，有机层会自动流回到反应器中，将生成的水从分水器中放出去。
分水回流代替长导管回流，对乙酸正丁酯的合成有什么作用                   。
使用分水器装置进行回流的可逆反应，一般应具备                   条件。
（2）分水器在使用时须预先加水，使其水面低于分水器回流支管下沿3～5 mm的水。
预先加水的目的是                   。
（3）反应时加热有利于                   提高酯的产率，但温度过高时酯的产率反而降低，
其可能的原因是                   。
（4）水洗的目的是                   。碱洗的目的是                   。
测pH值的操作            。
（5）本次实验乙酸正丁酯的产率                   。

实验室制备1,2二溴乙烷的反应原理如下：
CH₃CH₂OHCH₂===CH₂      CH₂===CH₂＋Br₂―→BrCH₂CH₂Br
乙醇       1,2二溴乙烷 乙醚
可能存在的主要副反应有：乙醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱水生成乙醚。用少量的溴和足量的乙醇制备1,2二溴乙烷的装置如图所示，有关数据列表如下：

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
沸点/℃	78.5	132	34.6
熔点/℃	－130	9	－116

（1）在此制备实验中，要尽可能迅速地把反应温度提高到170 ℃左右，其最主要目的是_____；(填正确选项前的字母)
a．引发反应               b．加快反应速度
c．防止乙醇挥发           d．减少副产物乙醚生成
（2）在装置C中应加入________，其目的是吸收反应中可能生成的酸性气体；(填正确选项前的字母)
a．水                       b．浓硫酸  
c．氢氧化钠溶液             d．饱和碳酸氢钠溶液
（3）判断该制备反应已经结束的最简单方法是_____________________________；
（4）将1,2二溴乙烷粗产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物应在_______层(填“上”或“下”)；
（5）若产物中有少量未反应的Br₂，最好用________洗涤除去；(填正确选项前的字母)
a．水                     b．氢氧化钠溶液          
c．碘化钠溶液             d．乙醇
（6）若产物中有少量副产物乙醚，可用__________的方法除去；
（7）反应过程中应用冷水冷却装置D，其主要目的是______________________；
但又不能过度冷却(如用冰水)，其原因是__________________________________________。