2021届高考化学复习：专题三 有机制备实验(综合实验)(有答案和详细解析)

专题三有机制备实验（综合实验）

知识梳理：

“有机实验”在高考中频频出现，主要涉及有机物的制备、有机物官能团性质的实验探究等。常常考查蒸馏和分液操作、反应条件的控制、产率的计算等问题。

(1)分离液体混合物的方法

方法适用条件实例说明

萃取互不相溶的液体混合物分离CCl4和水等分液时下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出

蒸馏两种或两种以上互溶的

液体，沸点相差较大

分离酒精和水

在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷

片，防止液体暴沸

(2)典型装置

①反应装置

②蒸馏装置

③高考真题中出现的实验装置

特别提醒球形冷凝管由于气体与冷凝水接触时间长，具有较好的冷凝效果，但必须竖直放置，所以蒸馏装置必须用直形冷凝管。

强化训练

1．(2020·全国卷Ⅱ，28)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇，熔点234.5 ℃，100 ℃以上开始升华)，有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%～5%、单宁酸(K a约为10－6，易溶于水及乙醇)约3%～10%，还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如图所示。

索氏提取装置如图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发，蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管，冷凝后滴入滤纸套筒1中，与茶叶末接触，进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时，经虹吸管3返回烧瓶，从而实现对茶叶末的连续萃取。回答下列问题。

(1)实验时需将茶叶研细，放入滤纸套筒1中，研细的目的是__________________。圆底烧瓶中加入95%

乙醇为溶剂，加热前还要加几粒__________。

(2)提取过程不可选用明火直接加热，原因是____________________。与常规的萃取相比，采用索氏提取

器的优点是______________________。

(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比，乙醇作为萃取剂的优点是____________________。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏水、温度计、接收管之外，还有________(填标号)。A．直形冷凝管

B．球形冷凝管

C．接收瓶

D．烧杯

(4)浓缩液加生石灰的作用是中和________和吸收________。

(5)可采用如图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热，咖啡因在扎有小孔

的滤纸上凝结，该分离提纯方法的名称是________。

答案(1)增加固液接触面积，使萃取更充分沸石(2)乙醇易挥发，易燃使用溶剂量少，可连续萃取(萃取效率高) (3)乙醇沸点低，易浓缩AC (4)单宁酸水 (5)升华

解析(1)实验时将茶叶研细，能增加茶叶与溶剂的接触面积，使萃取更加充分。乙醇为溶剂，为防止加热时暴沸，需在加热前向乙醇中加入几粒沸石。(2)由于溶剂乙醇具有挥发性和易燃性，因此在提取过程

中不可用明火直接加热。本实验中采用索氏提取器的优点是溶剂乙醇可循环使用，能减少溶剂用量，且萃取效率高。(3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂，与水相比，乙醇作为萃取剂具有沸点低和易浓缩的优点。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了所给仪器外，还有直形冷凝管和接收瓶(如锥形瓶)。(4)向浓缩液中加入生石灰能中和单宁酸并吸收水。(5)结合分离提纯咖啡因的装置及将粉状物放入蒸发皿并小火

加热，咖啡因凝结在扎有小孔的滤纸上，可知该分离提纯的方法为升华。

2．(2020·全国卷Ⅲ，27)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备

阿司匹林的一种方法如下：

＋(CH3CO)2O 浓H2SO4

△＋CH3COOH

水杨酸醋酸酐乙酰水杨酸

水杨酸醋酸酐乙酰水杨酸

熔点/℃157～159 －72～－74 135～138

相对密度/(g·cm－3) 1.44 1.10 1.35

相对分子质量138 102 180

实验过程：在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加

0.5 mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70 ℃左右，充分反应。稍冷后进行如下操作。

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。

回答下列问题：

(1)该合成反应中应采用________加热。(填标号)

A．热水浴B．酒精灯

C．煤气灯D．电炉

(2)下列玻璃仪器中，①中需使用的有________(填标号)，不需使用的有________(填名称)。

(3)①中需使用冷水，目的是_______________________________________________。

(4)②中饱和碳酸氢钠的作用是______________________________，以便过滤除去难溶杂质。

(5)④采用的纯化方法为________。

(6)本实验的产率是________%。

答案(1)A (2)BD 分液漏斗、容量瓶(3)充分析出乙酰水杨酸固体(结晶) (4)生成可溶的乙酰水杨酸钠 (5)重结晶(6)60

解析(1)由题给信息“维持瓶内温度在70 ℃左右”可知，该反应中应采用热水浴加热。

(2)①中涉及过滤操作，需要用到题给玻璃仪器中的烧杯、漏斗，不需要使用题给玻璃仪器中的分液漏斗和容量瓶。(3)乙酰水杨酸在低温下溶解度较小，使用冷水有利于充分析出乙酰水杨酸固体。(4)加入的饱和碳酸氢钠与乙酰水杨酸反应，生成可溶性的乙酰水杨酸钠，易与不溶性的物质分离。(5)乙酰水杨酸的

溶解度随温度变化改变较大，故可用重结晶的方法纯化。(6)由表中及题给数据分析可知，加入的水杨酸量少，6.9 g 水杨酸的物质的量为0.05 mol ，由方程式可知1 mol 水杨酸与过量醋酸酐反应生成1 mol 乙酰水杨酸，则0.05 mol 水杨酸参与反应得到0.05 mol 乙酰水杨酸，其质量为0.05 mol×180 g·mol －1＝9.0 g ，产率为5.4 g

9.0 g

×100%＝60%。

3、工业上乙醚可用于制造无烟火药。实验室合成乙醚的原理如下： 主反应 2CH 3CH 2OH ―――→浓H 2SO 4

140 ℃CH 3CH 2OCH 2CH 3＋H 2O 副反应 CH 3CH 2OH ―――→浓H 2SO 4170 ℃

CH 2==CH 2↑＋H 2O 【乙醚的制备】实验装置如图所示(夹持装置和加热装置略)

(1)仪器a 是________(写名称)；仪器b 应更换为下列的________(填字母)。 A ．干燥器 B ．直形冷凝管 C ．玻璃管 D ．安全瓶

(2)实验操作的正确排序为________(填字母)，取出乙醚后立即密闭保存。

a ．组装实验仪器

b ．加入12 mL 浓硫酸和少量乙醇的混合物

c ．检查装置气密性

d ．熄灭酒精灯

e ．先通冷却水后加热烧瓶

f ．拆除装置

g ．控制滴加乙醇的速率与产物馏出的速率相等

(3)加热后发现仪器a 中没有添加碎瓷片，处理方法是____________________。反应温度不超过140 ℃，其目的是__________________。若滴入乙醇的速率显著超过产物馏出的速率，则反应速率会降低，可能的原因是____________________。 【乙醚的提纯】

(4)粗乙醚中含有的主要杂质为________；无水氯化镁的作用是___________。

(5)操作a 的名称是______________；进行该操作时，必须用水浴代替酒精灯加热，其目的与制备实验中将尾接管支管接室外相同，均为__________________。

答案 (1)三颈烧瓶 B (2)acbegdf (3)停止加热，将烧瓶中的溶液冷却至室温，再重新加入碎瓷片 避免副反应发生 温度骤降导致反应速率降低(其他合理答案也可) (4)乙醇(其他合理答案也可) 干燥乙醚 (5)蒸馏 避免乙醚蒸气燃烧或爆炸

解析

实验目的乙醚的制备及纯化

实验原理2CH

3

CH2OH――――→

浓H2SO4

140 ℃CH3CH2OCH2CH3＋H2O

实验装置

乙醚的制备：仪器a是三颈烧瓶。球形冷凝管一般竖立放置，防止

液体残留在球泡内，仪器b为球形冷凝管，应更换为直形冷凝管。

乙醚的提纯：乙醇易挥发，因此粗乙醚中含有的主要杂质为乙醇。

无水氯化镁的作用是干燥乙醚

实验操作

实验操作顺序：先按照从左到右，从下到上的顺序组装实验仪器，

再检查装置的气密性，然后加入反应物；为了防止冷凝管受热后遇

冷破裂同时保证冷凝效果，应先通冷却水后加热烧瓶；实验过程中

控制滴加乙醇的速率与产物馏出的速率相等；实验结束后先熄灭酒

精灯后停止通冷却水，最后拆除装置。

加热后发现仪器a中没有添加碎瓷片，应停止加热，将烧瓶中的溶

液冷却至室温，再重新加入碎瓷片。

操作a是从干燥后的有机层(主要含乙醇和乙醚)中分离出乙醚，故

操作a为蒸馏

实验现象及

分析

若滴入乙醇的速率显著超过产物馏出的速率，则反应混合物的温度

会降低，从而导致反应速率降低

结论或评价

根据题给信息，反应温度为170 ℃时，有副反应发生，因此反应温

度应不超过140 ℃，其目的是避免副反应发生。

无水乙醚遇热容易爆炸，故蒸馏时应用水浴代替酒精灯加热，目的

是避免乙醚蒸气燃烧或爆炸

4、苯甲酸钠是一种常见的食品防腐剂。实验室制备苯甲酸的反应装置图和有关数据如下：

相对分子质量熔点/℃沸点/℃溶解性甲苯92 －94.9 110.6 难溶于水

苯甲酸122 122.13 249 微溶于水

苯甲酸钠144 —249.3 易溶于水

按下列合成步骤回答问题：

(1)制备苯甲酸

在三颈烧瓶中加入4 mL甲苯和20 mL稀硫酸，放入碎瓷片后，加热至沸腾，加入12.8 g高锰酸钾，加热到甲苯层消失。将三颈烧瓶在冰水浴中冷却，分离出苯甲酸。

①球形冷凝管的作用是________________________________________________，

其进水口是________(填“a”或“b”)。

②三颈烧瓶中反应的离子方程式是____________________________

_______________________________________________________。

③分离苯甲酸选用的玻璃仪器是________(填字母)。

A．分液漏斗 B．玻璃棒

C．烧杯 D．漏斗

E．蒸馏烧瓶 F．直形冷凝管

④分离出的苯甲酸晶体中可能含有的杂质是________，为进一步提纯，应采用的方法是________。

(2)制备苯甲酸钠

控制温度为70 ℃，向三颈烧瓶中加入61.0 g苯甲酸和适量的32%碳酸钠溶液，充分反应后停止加热。在深色的溶液中加入活性炭，并将混合物过滤，得到无色透明的苯甲酸钠溶液，将滤液转入蒸发皿中，加热蒸发、冷却结晶，过滤、洗涤、干燥制得苯甲酸钠晶体。

⑤控制温度为70 ℃的方法是____________________________________。

⑥加入活性炭的作用是______________________________________。

⑦若提纯得到46.8 g苯甲酸钠，则苯甲酸钠的产率是________。

解析(1)①球形冷凝管的作用是冷凝回流，减少反应物的损失；为达到较好的冷凝效果，冷凝管的进水口是b。

②本实验是制取苯甲酸，利用高锰酸钾的强氧化性，把甲苯上的甲基氧化成羧基，自身被还原成Mn2＋，根据得失电子守恒配平化学方程式，即反应的离子方程式为

＋6MnO－4＋18H＋―→＋6Mn2＋＋14H2O。

③根据表格数据，苯甲酸在此状态下是微溶于水的固体，因此采用过滤的方法进行分离，用到的仪器有：烧杯、玻璃棒、漏斗、滤纸、铁架台等，因此B、C、D项正确。

④根据②中反应的离子方程式，得出混有的杂质是K2SO4、MnSO4，这两种物质溶于水，采取重新溶解、再结晶的方法提纯，即重结晶法。

(2)⑤温度要控制在70 ℃，如果直接加热，温度很容易超过70 ℃，因此采取水浴加热，优点是受热均匀，

便于控制温度。

⑥根据信息，深色溶液中加入活性炭，得到无色透明溶液，且活性炭具有吸附性，因此活性炭的作用是吸附脱色。

⑦61.0 g 苯甲酸完全转化成苯甲酸钠时，生成苯甲酸钠的质量为61.0 g×144122＝72.0 g ，则产率为

46.8 g

72.0 g ×100%＝65.0%。 答案 (1)①冷凝回流 b

②＋6MnO －4＋18H ＋

―→＋6Mn 2＋＋14H 2O

③BCD ④K 2SO 4、MnSO 4 重结晶 (2)⑤水浴加热 ⑥吸附脱色 ⑦65.0%

5．醇脱水是合成烯烃的常用方法，实验室合成环己烯的反应和实验装置如下：

相对分子质量 密度/(g·cm －3) 沸点/℃ 溶解性 环己醇 100 0.961 8 161 微溶于水 环己烯

82

0.810 2

83

难溶于水

合成反应：

在a 中加入20 g 环己醇和2小片碎瓷片，冷却搅动下慢慢加入1 mL 浓硫酸。b 中通入冷却水后，开始缓慢加热a ，控制馏出物的温度不超过90 ℃。 分离提纯：

反应粗产物倒入分液漏斗中分别用少量5%碳酸钠溶液和水洗涤，分离后加入无水氯化钙颗粒，静置一段时

间后弃去氯化钙。最终通过蒸馏得到纯净环己烯10 g。

回答下列问题：

(1)装置b的名称是________。

(2)加入碎瓷片的作用是________________________________________

___________________________________________________________；

如果加热一段时间后发现忘记加瓷片，应该采取的正确操作是________(填字母，下同)。

A．立即补加 B．冷却后补加

C．不需补加 D．重新配料

(3)本实验中最容易产生的副产物的结构简式为___________________________。

(4)分液漏斗在使用前须清洗干净并________；在本实验分离过程中，产物应该从分液漏斗的________(填“上口倒出”或“下口放出”)。

(5)分离提纯过程中加入无水氯化钙的目的是

________________________________________________________

_____________________________________________________________。

(6)在环己烯粗产物蒸馏过程中，不可能用到的仪器有________。

A．圆底烧瓶 B．温度计

C．吸滤瓶 D．球形冷凝管

E．接收器

(7)本实验所得到的环己烯产率是________。

A．41% B．50% C．61% D．70%

解析(1)装置b为直形冷凝管，可用于冷凝回流。(2)加入碎瓷片的作用是防止有机物在加热时发生暴沸。如果在加热时发现忘记加碎瓷片，这时必须停止加热，待冷却后补加碎瓷片。(3)醇分子间最容易发生脱水反应生成醚类化合物。(4)分液漏斗在使用前必须要检漏。实验生成的环己烯的密度比水的要小，所以环己烯应从上口倒出。(5)加入无水氯化钙的目的：除去水(作干燥剂)和除去环己醇(因为乙醇可以和氯化钙反应，类比推知，环己醇和氯化钙也可以反应)。(6)观察题中实验装置图知蒸馏过程中不可能用到吸滤

瓶及球形冷凝管。(7)加入20 g环己醇的物质的量为

20 g

100 g·mol－1

＝0.2 mol，理论上生成环己烯的物质的

量为0.2 mol，环己烯的质量为0.2 mol×82 g·mol－1＝16.4 g，实际得到环己烯的质量为10 g，则产率为10 g

16.4 g

×100%≈61%。

答案(1)直形冷凝管

(2)防止暴沸 B

(3)

(4)检漏上口倒出

(5)干燥(或除水除醇)

(6)CD (7)C

[名师点拨]

[审题流程] 有机物制备实验一般包括制备过程和提纯过程。本题给出了详细的实验过程，可对题干信息解读如下：