跟蹤檢測（六十二）大題考法（3）——物質(zhì)制備型綜合實(shí)驗(yàn)1．(2021·黃岡調(diào)研)氮化鎵(GaN)被稱為第三代半導(dǎo)體材料，其應(yīng)用已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。已知：(ⅰ)氮化鎵性質(zhì)穩(wěn)定，不與水、酸反應(yīng)，只在加熱時(shí)溶于濃堿。(ⅱ)NiCl2溶液在加熱時(shí)，先轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2，后分解為NiO。(ⅲ)制備氮化鎵的反應(yīng)為2Ga＋2NH32GaN＋3H2。某學(xué)校化學(xué)興趣小組實(shí)驗(yàn)室制備氮化鎵，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：①滴加幾滴NiCl2溶液潤濕金屬鎵粉末，置于反應(yīng)器內(nèi)。②先通入一段時(shí)間的H2，再加熱。③停止通氫氣，改通入氨氣，繼續(xù)加熱一段時(shí)間。④停止加熱，繼續(xù)通入氨氣，直至冷卻。⑤將反應(yīng)器內(nèi)的固體轉(zhuǎn)移到盛有鹽酸的燒杯中，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥。(1)儀器X中的試劑是____________，儀器Y的名稱是__________。(2)該套裝置中存在的一處明顯的錯(cuò)誤是___________________________________。(3)步驟①中選擇NiCl2溶液，不選擇氧化鎳的原因是____。a．增大接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率b．使鎳能均勻附著在鎵粉的表面，提高催化效率c．為了能更好形成原電池，加快反應(yīng)速率(4)步驟③中制備氮化鎵，則判斷該反應(yīng)接近完成時(shí)，觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________。(5)請寫出步驟⑤中檢驗(yàn)產(chǎn)品氮化鎵固體洗滌干凈的操作：________________________________________________________________________。(6)鎵元素與鋁同族，其性質(zhì)與鋁類似，請寫出氮化鎵溶于熱的濃NaOH溶液的離子方程式：________________________________________________________________________。解析：(1)根據(jù)題中信息可知，裝置A制取氫氣，裝置C制取氨氣，液體與固體作用且不需要加熱的條件下制氨氣，則儀器X中的試劑是濃氨水。(2)過量的氨氣進(jìn)入裝置F與稀硫酸反應(yīng)，則裝置F中會(huì)產(chǎn)生倒吸。(3)NiCl2溶液在加熱時(shí)，先轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2，后分解為NiO，可增大接觸面積，加快Ga與NiO制取催化劑Ni的化學(xué)反應(yīng)速率；生成的鎳能均勻附著在鎵粉的表面，提高催化效率。 (4)步驟③中制備氮化鎵，發(fā)生的反應(yīng)為2Ga＋2NH32GaN＋3H2，過量的氨氣被硫酸迅速吸收，氫氣不溶于水，會(huì)產(chǎn)生氣泡，故反應(yīng)接近完成時(shí)，可觀察到裝置F中幾乎不再產(chǎn)生氣泡。(6)可以理解成GaN與水反應(yīng)生成Ga(OH)3和NH3，雖然很難，但在熱的濃NaOH溶液的環(huán)境下，NaOH與Ga(OH)3反應(yīng)生成GaO，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。答案：(1)濃氨水　球形干燥管(2)裝置F中會(huì)產(chǎn)生倒吸(3)ab(4)裝置F中幾乎不再產(chǎn)生氣泡(5)取最后一次的洗滌液于試管中，滴加AgNO3溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則證明產(chǎn)品氮化鎵固體已洗滌干凈(6)GaN＋OH－＋H2OGaO＋NH3↑2．己二酸是一種重要的有機(jī)二元酸，能夠發(fā)生成鹽反應(yīng)、酯化反應(yīng)、酰胺化反應(yīng)等，并能與二元胺或二元醇縮聚成高分子聚合物等，是合成尼龍66的原料，工業(yè)上環(huán)己醇用硝酸氧化可得到己二酸，是典型的氧化還原反應(yīng)。相關(guān)物理常數(shù)：名稱相對分子質(zhì)量密度(20℃)(g·cm－3)熔點(diǎn)(℃)沸點(diǎn)(℃)溶解度S(g/100g溶劑)水乙醇乙醚環(huán)己醇1000.9625.2161可溶易溶己二酸1461.36151265可溶(S隨溫度降低而減小)易溶微溶Ⅰ.己二酸粗產(chǎn)品的制備操作步驟：裝置C中加入50mL中等濃度的硝酸(過量)，投入沸石，并逐一安裝裝置A、裝置B和溫度計(jì)，磁力攪拌，將溶液混合均勻，并加熱到80℃。用裝置A滴加2滴環(huán)己醇，反應(yīng)立即開始，溫度隨即上升到85～90℃，從裝置A中小心地逐滴加入環(huán)己醇，將混合物在 85～90℃下加熱2～3分鐘，共加入1.000g環(huán)己醇。請回答下列問題：(1)反應(yīng)需維持溫度在85～90℃，最好采取________控溫；試分析維持溫度在85～90℃的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)裝置右側(cè)燒杯中的NaOH溶液的作用是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.己二酸粗產(chǎn)品的提純及應(yīng)用操作流程：趁熱倒出裝置C中的產(chǎn)品，在冷水中降溫冷卻，析出的晶體在布氏漏斗上進(jìn)行抽濾，將晶體進(jìn)行重結(jié)晶，再分別用3mL冰水和乙醚洗滌己二酸晶體，繼續(xù)抽濾，晶體再用3mL冰水洗滌一次，再抽濾。取出產(chǎn)品，干燥后稱重，得干燥的己二酸0.860g。請回答下列問題：(3)相比于普通過濾，抽濾的優(yōu)點(diǎn)在于______________________________________________________________________________________________________________。(4)在抽濾過程中，用冰水洗滌析出的己二酸晶體的原因：_________________________________________________。(5)該實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為________%(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。(6)工業(yè)上用己二酸與乙二醇反應(yīng)形成鏈狀高分子化合物，寫出化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。解析：(1)反應(yīng)需維持溫度在85～90℃，低于100℃，最好采取水浴控溫。維持溫度在85～90℃的原因：維持反應(yīng)速率(或溫度過低反應(yīng)速率慢)，減少HNO3的分解和揮發(fā)(或溫度過高HNO3分解和揮發(fā))，減少副反應(yīng)的發(fā)生。(2)在反應(yīng)中環(huán)己醇被氧化，HNO3被還原成氮氧化物，右側(cè)燒杯中的NaOH溶液的作用是吸收HNO3被還原生成的氮氧化物，防止污染大氣。(3)相比于普通過濾，抽濾的優(yōu)點(diǎn)在于：減小壓強(qiáng)加快過濾速率，減少過濾過程中產(chǎn)品的變質(zhì)，得到較干燥的產(chǎn)品。(4)己二酸中混有環(huán)己醇和HNO3，環(huán)己醇易溶于乙醚，己二酸微溶于乙醚，抽濾時(shí)用乙醚洗滌除去環(huán)己醇。HNO3易溶于水，己二酸在水中的溶解度隨溫度降低而減小，用冰水洗滌析出的己二酸晶體的原因：除去殘留的HNO3，減少己二酸的損失。(5)n(環(huán)己醇)＝1.000g÷100g·mol－1＝0.01mol，理論上生成己二酸物質(zhì)的量為0.01mol，生成己二酸的質(zhì)量為0.01mol×146g·mol－1＝1.46g，該實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為×100%≈58.9%。(6) 己二酸屬于二元酸，乙二醇屬于二元醇，兩者發(fā)生縮聚反應(yīng)形成高分子化合物，反應(yīng)的化學(xué)方程式為答案：(1)水浴　維持反應(yīng)速率，并減少HNO3的揮發(fā)及分解，減少副反應(yīng)的發(fā)生(2)吸收HNO3被還原生成的氮氧化物，防止污染空氣(3)加快過濾速度，減少過濾過程中產(chǎn)品的變質(zhì)，得到較干燥的產(chǎn)品(4)除去殘留的HNO3，減小己二酸的損失(5)58.93．三氯氧磷(POCl3)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可以直接氧化PCl3制備POCl3，反應(yīng)原理為P4(白磷)＋6Cl2===4PCl3,2PCl3＋O2===2POCl3。PCl3、POCl3的部分性質(zhì)如下：物質(zhì)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃其他PCl3－11275.5遇水生成H3PO3和HClPOCl32105.3遇水生成H3PO4和HCl某興趣小組模擬該工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如下(某些夾持裝置、加熱裝置已略去)：(1)儀器a的名稱為________________，B裝置中長頸漏斗的作用是________________。(2)裝置E用來制取Cl2，反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________。(3)為使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，還需補(bǔ)充的裝置為_____________。(4)反應(yīng)時(shí)，需嚴(yán)格控制三個(gè)條件：①先制取__________，緩慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入另一種氣體。②C裝置用水浴加熱控制溫度為60～65℃，除加快反應(yīng)速率外，另一目的是________________________________________________________________________。③反應(yīng)物必須干燥，否則會(huì)在C裝置中產(chǎn)生大量的白霧，其主要成分為________( 寫化學(xué)式)。(5)反應(yīng)結(jié)束后通過下面步驟測定POCl3產(chǎn)品中Cl的含量，元素Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____________(寫出計(jì)算式)。Ⅰ.取xg產(chǎn)品于錐形瓶中，加入足量NaOH溶液，POCl3完全反應(yīng)后加稀硝酸至酸性；Ⅱ.向錐形瓶中加入0.1000mol·L－1的AgNO3溶液40.00mL，使Cl－完全沉淀；Ⅲ.再向錐形瓶中加入20mL硝基苯，振蕩，使沉淀表面被有機(jī)物覆蓋；Ⅳ.然后加入指示劑，用cmol·L－1NH4SCN溶液滴定過量Ag＋至終點(diǎn)，記下所用體積為VmL。[已知：Ag3PO4溶于酸，Ksp(AgCl)＝3.2×10－10，Ksp(AgSCN)＝2×10－12]解析：(1)儀器a的名稱是冷凝管(或球形冷凝管)，裝置A中產(chǎn)生氧氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)；B裝置的作用除觀察O2的流速之外，還有平衡氣壓、干燥O2(或平衡氣壓和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反應(yīng)引入雜質(zhì))。(2)二氧化錳與濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，反應(yīng)的離子方程式為4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(3)C裝置為氯氣和白磷發(fā)生反應(yīng)的裝置，反應(yīng)結(jié)束后會(huì)有氯氣從冷凝管a中溢出，污染空氣，需要吸收處理；同時(shí)，POCl3和PCl3遇水會(huì)發(fā)生反應(yīng)，為使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，需要在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管，防止外界中水蒸氣進(jìn)入C裝置內(nèi)。(4)根據(jù)題意可知，要先制備出三氯化磷，然后其被氧化為POCl3，所以先制取氯氣，緩慢地通入C中，直至C中的白磷消失后，再通入氧氣。②由于PCl3的沸點(diǎn)是75.5℃，因此控制溫度60～65℃，其主要目的是加快反應(yīng)速率，同時(shí)防止PCl3氣化。③POCl3和PCl3遇水會(huì)發(fā)生反應(yīng)，均生成氯化氫，遇到水蒸氣產(chǎn)生大量的白霧，所以反應(yīng)物必須干燥。(5)根據(jù)題意可知，NH4SCN的物質(zhì)的量為0.001cVmol，則與之反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.001cVmol，而總的銀離子的物質(zhì)的量為0.004mol，所以與氯離子反應(yīng)的銀離子的物質(zhì)的量為0.004mol－0.001cVmol，因此氯離子的物質(zhì)的量為0.004mol－0.001cVmol，則產(chǎn)品中Cl元素的含量為×100%。答案：(1)球形冷凝管　平衡氣壓(2)4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(3)在a儀器后連接裝有堿石灰的干燥管 (4)①Cl2?、诜乐筆Cl3氣化　③HCl(5)×100%4．實(shí)驗(yàn)室制備苯甲酸乙酯的反應(yīng)裝置示意圖和有關(guān)數(shù)據(jù)如下：名稱相對分子質(zhì)量密度/(g·cm－3)沸點(diǎn)/℃水中溶解性苯甲酸1221.266249微溶乙醇460.78978.3溶苯甲酸乙酯1501.045213難溶環(huán)己烷840.77980.8難溶環(huán)己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸點(diǎn)為62.1℃。合成反應(yīng)：向圓底燒瓶中加入6.1g苯甲酸、20mL無水乙醇、25mL環(huán)己烷和2片碎瓷片，攪拌后再加入2mL濃硫酸。按圖組裝好儀器后，水浴加熱回流1.5小時(shí)。分離提純：繼續(xù)水浴加熱蒸出多余乙醇和環(huán)己烷，經(jīng)分水器放出。剩余物質(zhì)倒入盛有60mL冷水的燒杯中，依次用碳酸鈉、無水氯化鈣處理后，再蒸餾純化，收集210～213℃的餾分，得產(chǎn)品5.0g?；卮鹣铝袉栴}：(1)儀器A的名稱為________，冷卻水應(yīng)從________(填“a”或“b”)口流出。(2)加入環(huán)己烷的目的為__________________________________________________。(3)合成反應(yīng)中，分水器中會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且下層液體逐漸增多，當(dāng)下層液體高度距分水器支管約2cm時(shí)開啟活塞放出少量下層液體。該操作的目的為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)實(shí)驗(yàn)中加入碳酸鈉的目的為____________________________________________；經(jīng)碳酸鈉處理后，若粗產(chǎn)品與水分層不清，可采取的措施為________________________________________________________________________。(5)在該實(shí)驗(yàn)中，圓底燒瓶的容積最適合的是__________(填字母)。A．50mL　　　　　　　　B．100mLC．200mLD．300mL(6)本實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為____________________。解析：(2)根據(jù)題給信息“環(huán)己烷、乙醇和水可形成共沸物，其混合物沸點(diǎn)為62.1℃” 可知環(huán)己烷在合成反應(yīng)中的作用為在較低溫度下帶出生成的水，促進(jìn)酯化反應(yīng)向右進(jìn)行，提高產(chǎn)率。(3)分水器中上層是油狀物，下層是水，當(dāng)油層液面高于支管口時(shí)，油層會(huì)沿著支管流回?zé)?，達(dá)到了使反應(yīng)物冷凝回流，提高產(chǎn)率的目的。因此當(dāng)下層液體高度距分水器支管約2cm時(shí)，應(yīng)開啟活塞，放出下層的水，避免水層升高流入燒瓶。(4)合成反應(yīng)結(jié)束后，圓底燒瓶中主要含有苯甲酸乙酯(產(chǎn)物)、苯甲酸(未反應(yīng)完)、硫酸(催化劑)、乙醇、環(huán)己烷，水浴加熱除去乙醇和環(huán)己烷，剩余的物質(zhì)主要為苯甲酸乙酯、苯甲酸、硫酸。加入碳酸鈉溶液可中和苯甲酸、硫酸，生成易溶于水的鹽，溶液分層；經(jīng)碳酸鈉溶液處理后，若粗產(chǎn)品與水分層不清，可加入食鹽，進(jìn)一步降低酯的溶解，該操作為鹽析；然后用分液漏斗分出有機(jī)層，加入無水氯化鈣吸收部分的水，再進(jìn)行蒸餾，接收210～213℃的餾分。(5)由題表中的數(shù)據(jù)可計(jì)算出苯甲酸的體積約為5mL，則圓底燒瓶中溶液的體積約為5mL＋20mL＋25mL＋2mL＝52mL，而圓底燒瓶中所能盛放的溶液的體積應(yīng)不超過圓底燒瓶的2/3，故應(yīng)選擇容積為100mL的圓底燒瓶。(6)m(乙醇)＝(0.789×20)g＝15.78g，設(shè)苯甲酸乙酯的理論產(chǎn)量為x，則122g　　46g　　　　　150g6．1g　　15.78g(過量)　　　x解得x＝7.5g，則產(chǎn)率＝×100%＝×100%≈66.7%。答案：(1)球形冷凝管　b(2)在較低溫度下除去產(chǎn)物水，提高產(chǎn)率(3)確保乙醇和環(huán)己烷及時(shí)返回反應(yīng)體系而下層水不會(huì)回流到體系中(4)中和苯甲酸和硫酸　加氯化鈉進(jìn)行鹽析(5)B(6)66.7%5．一氯化碘(沸點(diǎn)97.4℃)是一種紅棕色易揮發(fā)的液體，不溶于水，溶于乙醇和乙酸。某校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬制備一氯化碘?；卮鹣铝袉栴}：(1)甲組同學(xué)擬利用干燥、純凈的氯氣與碘反應(yīng)制備一氯化碘，其裝置如下：(已知碘與氯氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng))①各裝置連接順序?yàn)锳→______________；A裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 ②B裝置燒瓶需放在冷水中，其目的是________________，D裝置的作用是________________________________________________________________________。③將B裝置得到的液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)一步提純可得到較純凈的ICl，則提純采取的操作方法是________________。(2)乙組同學(xué)采用的一種制一氯化碘的方法為：在三頸燒瓶中加入粗碘和鹽酸，控制溫度約50℃，在不斷攪拌下逐滴加入氯酸鈉溶液，生成一氯化碘。則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：①ICl的氧化性比I2強(qiáng)：_________________________________________________________________________________________________________________________。②ICl與乙烯作用發(fā)生加成反應(yīng)：__________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)A裝置用于制備Cl2，Cl2中含HCl氣體和水蒸氣，用C裝置除HCl，用E裝置干燥Cl2，將干燥的Cl2通入B中與碘反應(yīng)，制備ICl。由于ICl易揮發(fā)，所以B裝置應(yīng)放在冷水中。Cl2可能未完全反應(yīng)，用D裝置吸收尾氣，防止污染。(3)②ICl不溶于水，溶于乙醇和乙酸，所以先將ICl溶于乙醇中配成溶液，再通入乙烯，ICl呈紅棕色，通過顏色褪去，證明其與乙烯發(fā)生了加成反應(yīng)。答案：(1)①C→E→B→DMnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O②防止ICl揮發(fā)　吸收未反應(yīng)的氯氣，防止污染空氣?、壅麴s(2)3I2＋6HCl＋NaClO36ICl＋NaCl＋3H2O(3)①用濕潤的KI淀粉試紙檢驗(yàn)一氯化碘蒸氣，試紙變藍(lán)②在ICl的乙醇溶液中通入乙烯，溶液褪色6．實(shí)驗(yàn)室制備硝基苯的反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)裝置如下：反應(yīng)中存在的主要副反應(yīng)有：在溫度稍高的情況下會(huì)生成間二硝基苯。有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：物質(zhì)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃密度/(g·cm－3)溶解性苯5.5800.88微溶于水硝基苯5.7210.91.205難溶于水間二硝基苯893011.57微溶于水濃硝酸831.4易溶于水濃硫酸3381.84易溶于水 實(shí)驗(yàn)步驟如下：①取100mL燒杯，用20mL濃硫酸與18mL濃硝酸配制混合酸，將混合酸小心加入B中；②把18mL(15.84g)苯加入A中；③在室溫下，向苯中逐滴加入混合酸，邊滴邊攪拌，混合均勻。在50～60℃下發(fā)生反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束；④將反應(yīng)液冷卻至室溫后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5%NaOH溶液、水洗滌并分液；⑤分出的產(chǎn)物加入無水CaCl2顆粒，靜置片刻，然后倒入蒸餾燒瓶，棄去CaCl2，進(jìn)行蒸餾純化，收集205～210℃餾分，得到純硝基苯18g?；卮鹣铝袉栴}：(1)圖中裝置C的作用是___________________________________________________。(2)配制混合酸時(shí)，能否將濃硝酸加入到濃硫酸中，說明理由：________________________________________________________________________。(3)為了使反應(yīng)在50～60℃下進(jìn)行，常用的方法是____________________________。反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫后A中液體就是粗硝基苯，粗硝基苯呈黃色的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在洗滌操作中，第二次水洗的目的是____________________________________。(5)在蒸餾純化過程中，因硝基苯的沸點(diǎn)高于140℃，應(yīng)選用空氣冷凝管，不選用水直形冷凝管的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)本實(shí)驗(yàn)所得到的硝基苯產(chǎn)率是_________________________________________。解析：(1)由儀器的結(jié)構(gòu)特征分析，裝置C為冷凝管，其作用為冷凝回流。(2)濃硝酸與濃硫酸混合會(huì)放出大量的熱，若將濃硝酸加入到濃硫酸中，硝酸的密度小于濃硫酸，會(huì)導(dǎo)致液體迸濺。(3)因?yàn)榉磻?yīng)在50～60℃下進(jìn)行，低于水的沸點(diǎn)，可以利用水浴加熱。反應(yīng)后硝基苯中溶有濃硝酸分解產(chǎn)生的NO2(或硝酸)等雜質(zhì)，使硝基苯顯黃色。(4)先用水洗除去濃硫酸和硝酸，再用NaOH除去溶解的少量的酸，最后水洗除去未反應(yīng)的NaOH以及生成的鹽。(5)硝基苯沸點(diǎn)高用空氣冷凝與水冷凝相比效果幾乎無差異，且冷凝管通水冷卻時(shí)導(dǎo)致溫度差過大可能發(fā)生炸裂，所以選用空氣冷凝。(6)苯完全反應(yīng)生成硝基苯的理論產(chǎn)量為15.84×g，所以硝基苯的產(chǎn)率為×100%≈72.06%。答案：(1)冷凝回流　(2)不能，易暴沸飛濺(3)水浴加熱　溶有濃硝酸分解產(chǎn)生的NO2(或硝酸)等雜質(zhì) (4)洗去殘留的NaOH及生成的鈉鹽(5)硝基苯沸點(diǎn)高用空氣冷凝與水冷凝相比效果幾乎無差異；通水冷卻時(shí)溫差過大易炸裂冷凝管(6)72.06%