福建 洪茲田 陳女婷

有機背景下的高考化學實驗試題突破

福建 洪茲田 陳女婷

近年全國高考中，有機實驗題主要考查有機物的制備實驗。其考查背景為大學有機化學實驗中常見有機物的制備，出題背景或直接來自于大學基礎有機化學實驗涉及的苯甲酸、1－溴丁烷、正丁醛、正丁醚、環(huán)己酮、乙酸乙酯、硝基苯、乙酰水楊酸、乙酰苯胺、己二酸和環(huán)己烯等有機物的制備（如2 0 1 3年全國卷Ⅰ考查環(huán)己烯，2 0 1 3年全國卷Ⅱ考查正丁醛）；或來自于這些物質的相似化合物的制備（如2 0 1 4年全國卷Ⅰ考查乙酸異戊酯）。試題的落腳點為實驗裝置和實驗儀器的識別、實驗操作中的注意事項（如溫度計的位置、冷凝水的進出、沸石的作用、水浴加熱和防倒吸等）、有機產物的分離與提純和產率的計算等。

一、有機化學實驗常用?？嫉牟Ａx器

1.反應容器——燒瓶

（1）圓底燒瓶（圖a）：能耐熱和承受反應物（或溶液）沸騰以后所發(fā)生的沖擊震動。在有機化合物的合成和蒸餾實驗中最常使用，也常用作減壓蒸餾的接收器。

（2）三口燒瓶（圖b）：最常用于需要進行攪拌的實驗中。中間瓶口裝攪拌器，兩個側口裝回流冷凝管和滴液漏斗或溫度計等。

（3）錐形燒瓶（簡稱錐形瓶）（圖c）：常用于有機溶劑進行重結晶的操作，或有固體產物生成的合成實驗中，因為生成的固體物容易從錐形燒瓶中取出來。通常也用作常壓蒸餾實驗的接收器，但不能用作減壓蒸餾實驗的接收器。

（4）二口燒瓶（圖d）：常用于半微量、微量制備實驗作為反應容器，中間口接回流冷凝管、蒸餾頭、克氏蒸餾頭等，側口接溫度計、加料管等。

2.冷凝回流儀器——冷凝管

（1）直形冷凝管（圖a）：蒸餾物質的沸點在1 4 0℃以下時，要在夾套內通水冷卻；但超過1 4 0℃時，往往會在內管和外管的接合處炸裂。微量合成實驗中，用于加熱回流裝置上。

（2）空氣冷凝管（圖b）：當蒸餾物質的沸點高于1 4 0℃時，常用它來代替通冷卻水的直形冷凝管。

（3）球形冷凝管（圖c）：其內管的冷卻面積較大，對蒸氣的冷凝有較好的效果，適用于加熱回流的實驗。

二、有機化學實驗常用的實驗裝置

裝置名稱儀器裝置圖說明蒸餾裝置①分離兩種或多種沸點相差大且互溶的液體混合物；②加入碎瓷片的作用是防止暴沸；③溫度計的水銀球應處于蒸餾燒瓶的支管口；④冷凝管中冷水在外管中下進上出冷凝回流裝置①恒壓漏斗可以保證內部壓強不變，一是可以使漏斗內液體順利流下，二是減小增加的液體對氣體壓強的影響；②球形冷凝管用于液體的回流，防止其揮發(fā)，用于各種有機制備實驗

三、有機制備實驗常見的注意事項

1.使用溫度計的實驗。如實驗室制乙烯、苯的硝化反應、石油的分餾、乙酸乙酯的水解（水銀球的位置分別是液體中、水中、支管口、水中）。

2.使用冷凝回流裝置的實驗。如制溴苯、硝基苯等。

3.需要冷凝裝置的實驗。如制乙酸乙酯、石油的分餾、石油的催化裂化、煤的干餾。

4.需要防止倒吸的實驗。如制溴苯、乙酸乙酯、氨氣、氯化氫等。

5.需要水浴的實驗。如制硝基苯、乙酸乙酯的水解、蔗糖的水解、銀鏡反應、測定物質的溶解度。

6.需要防止暴沸的實驗。如制乙酸乙酯、實驗室制乙烯、石油的分餾。

四、中學化學中常見有機物的制備

制備物質原理與注意事項實驗裝置CH3—CH2OH濃H2S O4→1 7 0℃CH乙烯2CH2↑＋H2O①藥品：無水乙醇、濃硫酸（體積比為1∶3）②溫度計水銀球位置：反應液中③碎瓷片作用：防暴沸④溫度控制：迅速升至1 7 0℃，防止副反應⑤濃硫酸作用：催化劑、脫水劑、吸水劑⑥用N a OH洗氣：混有雜質C O2、S O2、乙醚及乙醇帨師FeB r＋師＋B r2→帨師師溴苯HB r①藥品：苯、液溴、鐵粉②長導管作用：冷凝回流③導管出口：置于液面上，防倒吸______④提純溴苯的方法：堿洗O CH3COH＋HO C2H5O幑幐5＋H2O①加藥順序：乙醇、濃硫酸、醋酸②導管口在液面上：防倒吸③濃硫酸的作用：催化劑、吸水劑、脫水劑④長導管作用：導氣兼冷凝⑤飽和碳酸鈉溶液：吸收乙酸，溶解乙醇，降低乙酸乙酯的溶解度濃H2S O4帯帯帯帯△CH3CO C2H乙酸乙酯

【高考鏈接】

（2 0 1 3全國卷Ⅱ）正丁醛是化工原料。實驗小組利用如下裝置合成正丁醛。

發(fā)生的反應如下：

反應物和產物的相關數據列表如下：

沸點／℃密度／（g·c m－3）水中溶解性正丁醇1 1 7.2 0.8 1 0 9微溶微溶正丁醛7 5.7 0.8 0 1 7

實驗步驟如下：

將6.0g N a2C r2O7放入1 0 0m L燒杯中，加3 0m L水溶解，再緩慢加入5m L濃硫酸，將所得溶液小心轉移至B中。在A中加入4.0g正丁醇和幾粒沸石，加熱。當有蒸氣出現時，開始滴加B中溶液。滴加過程中保持反應溫度為9 0～9 5℃，在E中收集9 0℃以下的餾分。將餾出物倒入分液漏斗中，分去水層，有機層干燥后蒸餾，收集7 5～7 7℃餾分，產量2.0g。

回答下列問題：

（1）實驗中，能否將N a2C r2O7溶液加到濃硫酸中，說明理由：______________________________________________。

（2）加入沸石的作用是____________________，若加熱后發(fā)現未加沸石，應采取的正確方法是____________________。

（3）上述裝置圖中，B儀器的名稱是____________，D儀器的名稱是____________。

（4）分液漏斗使用前必須進行的操作是________（填正確答案標號）。

a.潤濕b.干燥

c.檢漏d.標定

（5）將正丁醛粗產品置于分液漏斗中分離水時，水在________（填“上”或“下”）層。

（6）反應溫度應保持在9 0～9 5℃，其原因是_________。

（7）本實驗中，正丁醛的產率為________%。

【答案】（1）不能 濃硫酸的密度大，溶于水會放出大量熱，容易濺出傷人 （2）防止暴沸 冷卻后補加 （3）分液漏斗 直形冷凝管 （4）c （5）下 （6）為了將正丁醛及時分離出來，促使反應正向進行，并減少正丁醛進一步氧化（7）5 1

【變式訓練】

正溴丁烷是一種重要的化工原料。實驗室采用正丁醇與溴化鈉、濃硫酸共熱制備正溴丁烷（CH3CH2CH2CH2B r），反應原理如下：

可能存在的主要副反應有：

（3）正丁醇與濃硫酸共熱會生成丁烯、正丁醚等；

（4）溴化氫在加熱條件下被濃硫酸氧化成溴單質。

實驗步驟：

在圓底燒瓶中加入原料，充分振蕩后加入幾粒沸石，安裝裝置Ⅰ。加熱至沸騰，回流3 0m i n。待反應液冷卻后，改裝為裝置Ⅱ，蒸出粗產品。將所得粗產品倒入分液漏斗中，先用1 0m L水洗滌，除去大部分水溶性雜質，然后依次用5m L的濃硫酸、1 0 m L水、1 0 m L飽和N a HC O3溶液、1 0m L水洗滌。分離出有機層，加入少量無水氯化鈣固體，靜置1h，過濾除去氯化鈣固體后蒸餾，收集9 9～1 0 3℃的餾分，產量5.5g。相關數據如表Ⅰ所示：

物質正丁醇正溴丁烷狀態(tài)無色液體無色液體相對分子質量1 1 7.2 1 0 1.6密度／（g·c m－3）7 4 1 3 7___沸點／℃0.8 1 0 9 1.2 7 5 8_水中溶解性微溶微溶

回答下列問題：

（1）裝置Ⅰ中儀器A的名稱是_________，冷卻水從A的________（填“上”或“下”）口通入。

（2）裝置Ⅰ中圓底燒瓶加入的原料有：①1 0 m L水；②7.3m L（0.0 8m o l）正丁醇；③1 0.3g（0.1 0m o l）溴化鈉；④1 1.7m L（0.2 2m o l）濃硫酸。上述物質的加入順序合理的是________（填正確答案標號）。

A.①④②③ B.④①②③ C.③④①②

（3）裝置Ⅰ中燒杯B盛有N a OH溶液，吸收的尾氣主要是___________________（填化學式）。

（4）整個實驗至少________次用到沸石，若加熱后發(fā)現未加沸石，應采取的正確操作是________（填正確答案標號）。

A.立即補加 B.冷卻后補加

C.不需補加 D.重新配料

（5）用濃硫酸洗滌粗產品時，有機層從分液漏斗________（填“上口倒出”或“下口放出”）；粗產品洗滌操作中，三次用到水洗，最后一次水洗主要是洗掉大部分_______________ ____（填化學式），有人認為第二次水洗的操作可以省略，你的看法是___________________________（填正確答案標號）。

A.可以省略，省略了反而會使實驗操作更簡單

B.可以省略，省略了可以防止正溴丁烷的水解

C.不能省略，省略了會使N a HC O3溶液的用量增大，浪費藥品

D.不能省略，省略了會導致洗滌振搖過程產生大量C O2氣體，容易造成活塞蹦出

（6）制備正溴丁烷時，不直接用裝置Ⅱ邊反應邊蒸出產物的方法，其原因是____________________________________。

（7）本實驗正溴丁烷的產率為__________（保留三位有效數字）。

【答案】（1）球形冷凝管 下 （2）A （3）HB r（多寫B(tài) r2、S O2亦可） （4）3 B （5）上口倒出 N a HC O3C D（6）正溴丁烷與正丁醇的沸點相差較小，若邊反應邊蒸餾，會有較多的正丁醇被蒸出，使產率降低 （7）5 0.2%

【解析】（2）加料時若先使溴化鈉與濃硫酸混合，再加正丁醇和水，會導致還沒加正丁醇時，已有大量HB r生成。另外，沒有正丁醇和水的稀釋，濃硫酸的氧化性很強，會將溴化鈉氧化成溴，同時放出大量熱。再者，正丁醇與濃硫酸共熱會有副產物生成。綜上所述，加料時的合理順序為水→濃硫酸→正丁醇→溴化鈉。（3）N a OH溶液的作用主要是吸收HB r以及可能生成的少量B r2、S O2，防止污染環(huán)境。（4）整個實驗涉及1次回流和2次蒸餾，故至少用到3次沸石。（5）用濃硫酸洗滌粗產品時，由于正溴丁烷的密度（1.2 7 5 8g·c m－3）比濃硫酸的密度小，故有機層在上層，從分液漏斗上口倒出；第二次水洗的主要目的是除去大部分硫酸，不僅可以減少下一步洗滌時N a HC O3溶液的用量，還能避免振搖過程產生大量C O2氣體，導致壓強增大，造成活塞蹦出；最后一次水洗的主要目的是洗掉大部分N a HC O3。（7）n（正丁醇）＝0.0 8m o l，n（HB r）＝0.1 0m o l，由于二者是1∶1反應，故HB r過量。根據正丁醇可算出理論上生成n（正溴丁烷）＝0.0 8 m o l，即m（正溴丁烷）＝0.0 8m o l×1 3 7g／m o l＝1 0.9 6g，而實際正溴丁烷產量為5.5g，故產率為5.5g÷1 0.9 6g×1 0 0%＝5 0.2%。

有機背景下的高考化學實驗題一般起點較高，突出能力考查，命題形式上緊扣有機制備實驗的命題規(guī)律：制備合成→分離提純→目標產物。試題的落點為實驗裝置和實驗儀器的識別、實驗操作中的注意事項、有機產物的分離與提純和產率的計算等，難度適中，能較好地檢測學生的基本實驗能力和實驗素養(yǎng)。

（作者單位：福建省廈門市翔安第一中學）