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(yǎng)的有機化學實驗內(nèi)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(nèi)容占比較大,應(yīng)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(jù)各種有機物具有的理化性質(zhì)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(zhì)中的溶解性,以及特有的化學性質(zhì),能與檢驗試劑反應(yīng),表現(xiàn)出不同的實驗現(xiàn)象.

例1只用一種試劑,就能一次性將下列6種物質(zhì)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(jù)6種物質(zhì)的不同特性,應(yīng)選擇用濃溴水,對應(yīng)出現(xiàn)不同的現(xiàn)象,分別是:

①分層,上層紅棕色,下層無色;②產(chǎn)生白色沉淀;③溶液變成褐色;④產(chǎn)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(zhì)的原子或基團,不同官能團表現(xiàn)出的性質(zhì)不盡相同.根據(jù)這一點選取相應(yīng)的檢驗試劑,根據(jù)特有的現(xiàn)象檢驗出對應(yīng)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(jié)構(gòu)簡式:CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9CHO,寫出檢驗該物質(zhì)中所含官能團的方法和有關(guān)反應(yīng)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(yīng)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(huán)境,能與溴反應(yīng)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(chǎn)生,證明含有醛基,反應(yīng)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(yīng)的化學方程式為:

CH3(CH2)5CHBrCHBr(CH2)9COOH

例3 要通過化學方法檢驗?zāi)充逡彝橹写嬖阡逶?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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)化為離子,再加入銀離子.根據(jù)鹵代烴的化學性質(zhì),可以利用鹵代烴和堿溶液共熱發(fā)生水解,或者和堿的醇溶液共熱,通過消去反應(yīng)(前提是能發(fā)生消去反應(yīng)).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(chǎn)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(zhuǎn)化成易分離的物質(zhì),再進行后續(xù)反應(yīng)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(fā)現(xiàn)活塞K的支管出口處有大量水蒸氣排出時,關(guān)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(guān)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(jié)束時,為了防止倒吸,應(yīng)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(chǎn)品進一步純化,還要經(jīng)過萃取、分液、蒸餾等操作

解析本實驗設(shè)計原理是用甲裝置產(chǎn)生水蒸氣,利用水蒸氣將乙中橙子皮中的具有揮發(fā)性的有機物檸檬烯蒸出,經(jīng)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(jié)束時,為了防止乙中液體倒吸進入甲中,應(yīng)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(xiàn)

考點解讀高考命題要求依綱據(jù)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(chǔ)(題源),例如實驗室制乙烯、乙炔、溴苯、硝基苯、銀鏡反應(yīng)、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(tǒng)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(yīng)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(xiàn)設(shè)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(xiàn)象為____.

③確定含有乙烯的現(xiàn)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(fā)生分子內(nèi)脫水(消去反應(yīng)),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(yīng)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(yīng)類型,甲同學進行了以下實驗設(shè)計:將工業(yè)用電石(含雜質(zhì))和水發(fā)生反應(yīng),將生成的乙炔氣體通入溴水,結(jié)果溴水褪色,甲同學認為乙炔與溴水發(fā)生了加成反應(yīng).乙同學對此結(jié)論提出了質(zhì)疑:乙同學發(fā)現(xiàn)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(zhì)氣體,由此他提出必須先將雜質(zhì)除去,再與溴水反應(yīng).

(1)寫出電石和水反應(yīng)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(fā)生的是加成反應(yīng),原因是____(填字母).

a.溴水褪色過程發(fā)生的不一定是加成反應(yīng)

b.溴水褪色過程發(fā)生的一定是加成反應(yīng)

c.能使溴水褪色的物質(zhì)不一定是乙炔

d.一定是乙炔使溴水發(fā)生了褪色

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

圖4 乙炔的性質(zhì)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(yīng)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(yīng)可能得到2種產(chǎn)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(yīng)生成乙炔,由于該反應(yīng)較劇烈,常產(chǎn)生大量泡沫,為了減緩反應(yīng),使產(chǎn)生的乙炔氣流更平穩(wěn),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(zhì),與水反應(yīng)后產(chǎn)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(fā)生氧化還原反應(yīng)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(yīng)是取代反應(yīng),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(fā)的溴蒸氣,所以通過盛有苯的試管除去Br2雜質(zhì)氣體;裝置④中的加成反應(yīng)可能得到2種有機產(chǎn)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(zhì)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(guān)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?yōu)闇\紅色

C.Na2CO3溶液的作用是吸收HBr

D.要從反應(yīng)后的混合液中得到溴苯,需經(jīng)稀堿溶液洗滌、結(jié)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(yīng)放熱,有部分苯和溴揮發(fā),裝置b中的CCl4用來吸收揮發(fā)出的苯和溴,液體變淺紅色;苯和溴的反應(yīng)為取代反應(yīng),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(yīng)后的混合液經(jīng)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(fā)生酯化反應(yīng),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(fā)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(yǎng)中提到要培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新意識,探究性實驗題要求考生能根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵?對現(xiàn)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(chuàng)新設(shè)計,重在考查思維的批判性與創(chuàng)造性.

例9 某學生欲對碘遇淀粉變藍的實驗進行探究,設(shè)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(zhì)是____.

(2)分析現(xiàn)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(shè)計如下實驗(圖7),“現(xiàn)象a”證實該分析不合理,“現(xiàn)象a”是____.

圖7 淀粉的水解

(3)換個角度考慮:加熱后,I2發(fā)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(fā)出的物質(zhì),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(jié)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(chǎn)生黃色沉淀的離子方程式是____.

②Ag2O的作用是____.

③依據(jù)上述實驗,推測濾液中含有的物質(zhì)(或離子)可能是____.

(5)結(jié)合化學反應(yīng)速率解釋實驗A中現(xiàn)象ⅰ、現(xiàn)象ⅲ藍色褪去的原因____.

解析(1)使淀粉變藍的物質(zhì)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(xiàn)象a”是:加入碘水后,溶液中無明顯現(xiàn)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(yīng)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(chǎn)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(jù)實驗,濾液中含有含碘元素的微粒,且能與亞硫酸鈉反應(yīng),生成碘,可推測濾液中含有的物質(zhì)可能是HIO;

(5)結(jié)合化學反應(yīng)速率的影響因素,分析在實驗A中現(xiàn)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(fā)生歧化反應(yīng)(生成HI和HIO)較快,實驗A中ⅰ步驟加熱后,碘發(fā)生歧化反應(yīng),溶液藍色褪去;在步驟ⅲ中經(jīng)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(shè)置問題角度廣,考查全面.近幾年的試題多以物質(zhì)制備為素材,兼顧考查化學實驗操作與計算技能.

圖9 聯(lián)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(jīng)常壓蒸餾,再減壓蒸餾,收集170～172 ℃的餾分,得到純聯(lián)芐,質(zhì)量為44.0 g.

回答下列問題:

(1)儀器B的名稱是____;冷凝水應(yīng)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(lián)芐的產(chǎn)率約為____(保留3位有效數(shù)字).

解析(1)儀器B為球形冷凝管,冷凝水應(yīng)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(yīng)為:

(3)苯和1,2-二氯乙烷反應(yīng)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(yīng)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(chǎn)物中加入少量無水硫酸鎂固體,目的是吸收產(chǎn)物中少量的水分,即無水硫酸鎂作干燥劑.根據(jù)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(jié)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(jù)推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識等學科核心素養(yǎng).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(yǎng)學生的分析問題、解決問題的能力,并注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識.要根據(jù)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(lián)系實際,增強感性認識,真正體現(xiàn)出化學學科特色.