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有机化学制备实验
有机化学制备实验
一、知识回顾与记忆
有机化学制备实验的基本步骤及实验装置:
反应装置——回流
(1)反应装置——回流
(2)反应装置——回流(3)
分离装置——蒸馏
(1)分离装置——蒸馏
(2)分离装置——分馏
反应及蒸馏全套装置洗涤装置抽滤装置
制乙烯简易装置制溴苯简易装置制乙酸乙酯简易装置
二、方法掌握与训练
以溴苯的制取为例理解有机制备实验的基本过程:
1.反应原理:
其中铁粉作为催化剂,也可以用FeCl3作为催化剂。
若采用FeCl3作催化剂,反应必需加热。
为什么用铁粉作催化剂可以不必加热
2.反应装置:
有机反应的时间比较长,可以选用上述的那种装置进行反应。
烧瓶中加入的物质为。
3.反应后,反应容器中的混合物有,因此需要除杂分离,得到产品。
(1)抽滤:
除去铁粉。
可以选用上述的那种装置。
为什么用抽滤而不用过滤。
(2)水洗:
加入水,溶解FeCl3(或FeBr3)及部分尚未反应的Br2,用分液漏斗分离得到(上层、下层)液体。
(3)碱洗:
加入·L-1NaOH溶液,除去溶解在产品中尚未反应的Br2,反应方程式为:
。
用分液漏斗分离得到下层液体。
为什么不直接碱洗而先水洗。
(4)水洗:
再次水洗,除去。
(5)干燥:
用CaCl2作为干燥剂,静置干燥,除去粗产品中少量的水分。
(6)蒸馏:
得到的产品中溶解有部分尚未反应的苯,要用蒸馏操作进行分离。
将干燥后的粗产品滤入50mL的蒸馏烧瓶中,加入,用水浴蒸馏回收苯。
然后用石棉网小火加热继续蒸馏,当温度升至135℃时,改用空气冷凝管,收集140℃~170℃的馏分,将该馏分再次蒸馏,收集153℃~156℃的馏分,即得纯的溴苯。
三、能力提升与练习
实验室制备1,2二溴乙浣的反应原理如下:
①CH3CH2OHCH2===CH2②CH2===CH2+Br2→BrCH2CH2Br(1,2-二溴乙烷)
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
用少量溴和足量的乙醇制备1,2-二溴乙烷的装置如下图所示:
有关数据列表如下:
(1)在此实验中,要迅速地把反应温度提高到170℃左右,其最主要目的是______;
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;
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1,2-二溴乙浣粗产品置于分液漏斗中加水,振荡后产物应在________层(填“上”、“下”);
(5)若产物中有少量未反应的Br2,最好用______洗涤除去;
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__________________________________________。
【解析】
(1)乙醇在浓硫酸140℃的条件下,发生分子内脱水,生成乙醚。
(2)浓硫酸具有强氧化性,将乙醇氧化成二氧化碳,自身被还原成二氧化硫,二氧化碳、二氧化硫能和氢氧化钠溶液反应。
(3)乙烯和溴水发生加成反应生成1,2-二溴乙烷,1,2-二溴乙烷为无色。
(4)1,2-二溴乙烷和水不互溶,1,2-二溴乙烷密度比水大。
(5)常温下Br2和氢氧化钠发生反应:
2NaOH+Br2═NaBr+NaBrO+H2O。
(6)1,2-二溴乙烷与乙醚的沸点不同,两者均为有机物,互溶,用蒸馏的方法将它们分离。
(7)溴在常温下,易挥发,乙烯与溴反应时放热,溴更易挥发,冷却可避免溴的大量挥发,但1,2-二溴乙烷的凝固点9℃较低,不能过度冷却。
【答案】
(1)d;
(2)c;(3)溴的颜色完全褪去;(4)下;(5)b;(6)蒸馏;
(7)乙烯与溴反应时放热,冷却可避免溴的大量挥发;1,2-二溴乙烷的凝固点较低(9℃),过度冷却会使其凝固而使气路堵塞。
校本作业
1.为了证明液溴与苯发生的反应是取代反应,有如图所示装置。
则装置A中盛有的物质是
A.水B.NaOH溶液C.CCl4D.NaI溶液
2.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。
实验步骤:
①按体积比1:
3配制浓硫酸与浓硝酸混合物40mL;
②在三颈瓶中加入15mL(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10min,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g。
实验中可能用到的数据:
请回答下列问题:
(1)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)。
(1)分别量取10mL和30mL的浓硫酸和浓硝酸,将浓硝酸倒入烧杯中,浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入,并不断搅拌(2分)使反应充分进行,并防止温度过高有其他副产物生成(2分)
(2)分液漏斗(1分)检查是否漏液(1分)
(3)温度过高,导致HNO3大量挥发(或其他合理答案)(2分)(4)分液(1分)abc(2分)(5)70%(3分)
3.三苯甲醇(C6H5)3C-OH是一种重要的化工原料和医药中间体。
实验室合成三苯甲醇的实验装置如图所示。
已知:
①过程中生成的中间物质格氏试剂易发生水解反应;
②部分相关物质的沸点如下:
物质
沸点/℃
三苯甲醇
380
乙醚
溴苯
③三苯甲醇的相对分子质量为260。
请回答下列问题:
(1)装置中玻璃仪器B的名称为;装有无水CaCl2的仪器A的作用是。
(2)装置中滴加液体未用普通分液漏斗而用滴液漏斗的作用是;
制取格氏试剂时要保持温度约为40℃,可以采用加热方式。
(3)制得的三苯甲醇粗产品中含有乙醚、溴苯、氯化铵等杂质,可以设计如下提纯方案:
其中,操作①的名称是;洗涤液最好选用(填字母序号)。
a.水b.乙醚c.乙醇d.苯
检验产品已经洗涤干净的操作为 。
(4)纯度测定:
称取g产品,配成乙醚溶液,加入足量金属钠(乙醚与钠不反应),充分反应后,测得生成的气体在标准状况下的体积为mL。
则产品中三苯甲醇的质量分数为。
(1)冷凝管(2分)防止空气中的水蒸气进入装置,使格式试剂水解(2分)
(2)平衡压强,便于漏斗内试剂滴下水浴
(3)蒸馏或分馏A取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸银溶液,若无沉淀生成,则已洗涤干净(4)90%
4.苯甲酸广泛应用于制药和化工行业,某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸。
反应原理(如图):
已知甲苯的熔点为﹣95°C,沸点为°C,易挥发,密度为cm3;苯甲酸的熔点为°C,在25°C和95°C下溶解度分别为和.
【制备产品】将甲苯和L高锰酸钾溶液在100°C下反应30min,装置如图1所示.
(1)图中冷凝管的进水口为 (填“a”或“b”)。
支管的作用是 .
(2)在本实验中,三颈烧瓶最合适的容积是 (填字母).
A.50mLB.100mLC.200mLD.250mL
相对于用酒精灯直接加热,用沸水浴加热的优点是 .
【分离产品】该同学设计如下流程分离粗产品苯甲酸和回收甲苯(如图2).
(3)操作Ⅰ的名称是 ;含有杂质的产物经操作Ⅱ进一步提纯得无色液体甲苯,则操作Ⅱ的名称是 .
(4)测定白色固体的熔点,发现其在115°C开始熔化,达到130°C时仍有少量不熔.该同学推测白色固体是苯甲酸与KCl的混合物,设计了如下方案进行提纯和检验,实验结果表明推测正确,请完成表中内容
序号
实验方案
实验现象
结论
①
将白色固体加入水中,加热溶解, .
得到白色晶体和无色溶液
╲
②
取少量滤液于试管中, .
生成白色沉淀
滤液含Cl﹣
③
干燥白色晶体, .
白色晶体是苯甲酸
【纯度测定】称取白色晶体,配成100mL甲醇溶液,取溶液,用LKOH标准溶液滴定,重复滴定四次,每次消耗的体积如下表所示。
第一次
第二次
第三次
第四次
体积(mL)
(5)滴定操作中,如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时,滴定前仰视,滴定后俯视则测定结果 (填“偏大”、“偏小”或“不变”).计算样品中苯甲酸纯度为 .
(1)分液(1分),分液漏斗、烧杯等(1分);蒸馏(1分)
(2)甲苯(1分);酸性KMnO4溶液(1分),溶液褪色(1分)(3)
序号
实验方案
实验现象
结论
①
将白色固体B加入水中加热,溶解,冷却结晶、过滤
得到白色晶体和无色溶液
②
取少量滤液于试管中,滴入2-3滴硝酸酸化的AgNO3溶液
生成白色沉淀
滤液含有Cl-
③
干燥白色晶体,加热使其融化,测其熔点
熔点为℃(2分)
白色晶体是苯甲酸
(4)×10-3×122×4)/(2分);96%(2分)
5.溴乙烷是一种重要的有机化工原料,制备溴乙烷的原料有95%乙醇、80%硫酸、研细的溴化钠粉末和几粒碎瓷片。
某课外小组欲在实验室制备溴乙烷的装置如图。
该反应的原理如下:
NaBr+H2SO4→NaHSO4+HBr
CH3CH2OH+HBr
CH3CH2Br+H2O
数据如表:
物质
数据
乙醇
溴乙烷
1,2﹣二溴乙烷
乙醚
浓硫酸
密度/g·cm-3
熔点(℃)
﹣130
﹣119
9
﹣116
10
沸点(℃)
132
338
在水中的溶解度(g/100g水)
互溶
1
互溶
请回答下列问题:
(1)加入药品之前须做的操作是:
,实验进行的途中若发现未加入碎瓷片,其处理的方法是 .
(2)装置B的作用是除了使溴乙烷馏出,还有一个目的是 .温度计的温度应控制在 之间.
(3)反应时有可能生成SO2和一种红棕色气体,可选择氢氧化钠溶液除去该气体,有关的离子方程式是
, 此操作可在 (填写玻璃仪器名称)中进行,同时进行分离。
(4)实验中采用80%硫酸,而不能用98%浓硫酸,一方面是为了减少副反应,另一方面是为了 。
(5)粗产品中含有的主要有机液体杂质是 ,为进一步制得纯净的溴乙烷,对粗产品进行水洗涤、分液,再加入无水CaCl2,进行 操作.
(1)检查装置的气密性;待冷却后重新进行操作;
(2)冷凝回流;℃~℃;
(3)SO2+2OH-=SO32-+H2O;Br2+2OH-=Br-+BrO-+H2O;分液漏斗;
(4)浓硫酸具有强氧化性,能氧化溴化氢,同时浓硫酸溶于水,放出大量的热,促进溴化氢气体的挥发,所以实验中采用浓度较低的80%硫酸,故答案为:
防止溴化氢气体的挥发;(5)乙醚;蒸馏;
6.己二酸是一种重要的有机二元
酸,主要用于制造尼龙66纤维和尼龙66树脂,在实验室中可通过环己醇的氧化反应来制备。
反应原理:
+8HNO3
3HOOC(CH2)4COOH+8NO↑+7H2O
反应装置(部分夹持装置和热源已省略)如图所示。
实验步骤:
.在60mL三颈烧瓶中加入50%硝酸(
·cm-1)和微量()偏钒酸铵,瓶的正口安装电动搅拌器,两侧口分别安装仪器a和b。
用仪器b滴加环己醇,搅拌器用玻璃搅拌棒,仪器a另一端连接气体吸收装置,用纯碱液作吸收溶液。
.首先将瓶内液体加热到50
左右,开动搅拌器,滴入环己醇(
·cm-1),使反应处于微沸状态,滴加完毕后于90
左右水浴加热20分钟,至反应完毕。
.趁热倒出瓶中混合液于烧杯内,烧杯置于冰水浴中,静置冷却,析出产品,过滤,用少量冷水洗涤沉淀,干燥后称重。
.将粗产品在水中进行重结晶操作。
请回答下列问题:
(1)仪器a的名称是_________________。
仪器b在使用前应_________________。
(2)偏钒酸铵的作用是_______________。
(3)反应完成后,趁热倒出反应液的目的是_____________________________
。
(4)本实验中己二酸的理论产量为______________g。
(5)用纯碱液吸收尾气时发生的相关化学反应为:
2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2
NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+NaNO3+CO2
现用1000g质量分数为%的纯碱吸收液吸收尾气,每产生(标准状况下)CO2时,吸收液
质量就增加44g,则吸收液中NaNO2和NaNO3的物质的量之比为_________。
(1)冷凝管(或球形冷凝管);检查是否漏水(各1分)
(2)催化剂(1分)
(3)反应刚结束的时候,反应液容易倒出,若任其冷却至室温,己二酸会结晶析出,不容易倒出,造成产品的损失(1分)
(4)(2分)(5)5:
3(3分)
解析:
(1)仪器a的名称是冷凝管(或球形冷凝管);仪器b
为分液漏斗,在使用前应检查是否漏水。
(2)在此反应过程中利用了硝酸的强氧化性氧化环己醇得到己二酸,故偏钒酸铵的作用是催化剂。
(3)从题目中信息可知己二酸随着温度的降低溶解度减小,故当其冷却至室温时己二酸会结晶析出,不容易倒出,造成产品的损失,因此要趁热倒出反应液。
(4)m(HNO3)=×·cm-1×50%=,n(HNO3)=63g·mol=,
m(环己醇)=×·cm-1=,n(环己醇)=100g·mol=,
根据
~8HNO3
3mol8mol
可得硝酸过量,故得到的己二酸的物质的量与环己醇的物质的量相等,故n(己二酸)=,m(己二酸)=。
(5)1000g质量分数为%的纯碱吸收液,吸收硝酸工业尾气,每产生(标准状况)CO2时,吸收液质量增加了44g.
①2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2↑△m=48gNO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2↑△m=32g
设由NO2与纯碱反应产生的CO2为amol,由NO和NO2与纯碱反应产生的CO2为bmol,列方程计算
a+b=148a+32b=44a=b=
n(NaNO2):
n(NaNO3)=5:
3
高考原题实战
1、某探究小组设计如下图所示装置(夹持、加热仪器略),模拟工业生产进行制备三氯乙醛(CCl3CHO)的实验。
查阅资料,有关信息如下:
①制取反应原理:
C2H5OH+3Cl2→CCl3CHO+3HCl
可能发生的副反应:
C2H5OH+HCl→C2H5Cl+H2O ,CCl3CHO+HClO→CCl3COOH+HCl
(三氯乙酸)
②有关物质的部分物理性质:
C2H5OH
CCl3CHO
CCl3COOH
C2H5Cl
熔点/℃
58
沸点/℃
198
溶解性
与水互溶
可溶于水、乙醇
可溶于水、乙醇
微溶于水,可溶于乙醇
(1)装置a中盛放的试剂是 ;装置B的作用是 。
(2)若撤去装置C,可能导致装置D中副产物 (填物质)的量增加;装置D可采用 方法的以控制反应温度在70℃左右。
(3)装置E中可能发生的主要无机反应的离子方程式有 。
(4)反应结束后,有人提出先将D中的混合物冷却到室温,再用过滤的方法以分离出CCl3COOH。
你认为此方案是否可行,为什么答:
?
(5)测定产品纯度:
称取产品,配成待测溶液,准确加入molL-1碘标准溶液,再加入适量Na2CO3溶液,反应完全后,加盐酸调节溶液的pH,立即用molL-1Na2S2O3溶液滴定至终点。
平行实验后,最终测得消耗标准溶液mL。
则产品的纯度为 。
(CCl3CHO相对分子质量为)
滴定的反应原理:
CCl3CHO+OH-==CHCl3+HCOO-;HCOO- +I2 ==H++2I- +CO2↑;I2+2S2O32-==2I- +S4O62-
(6)请设计实验证明三氯乙酸的酸性强于乙酸。
1、
(1)浓盐酸(说明:
写浓HCl溶液也可得分;只写“盐酸”不得分) 除去氯化氢
(2)Cl3CCOOH;水浴(3)Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O H++OH-==H2O
(4)不行,三氯乙酸可溶于乙醇、三氯乙醛 (说明:
只答“三氯乙酸可溶于乙醇”或“三氯乙酸可溶于三氯乙醛”也可得分。
判断正确,理由错误,不得分;答“三氯乙酸的产量少”不得分)
(5)%(说明:
只有前三位数字完全相符才得分;有效数字不规范,暂不扣分)
(6)分别测定molL-1两种酸溶液的pH,三氯乙酸的pH较小
(说明:
“测定等物质的量浓度的两种酸溶液的pH”、“测定等物质的量浓度的两种酸的强碱盐溶液的pH”等其他合理答案均得分;未说明“等物质的量浓度”不得分;只回答“三氯乙酸与醋酸钠溶液反应生成乙酸”不得分)
2、实验室以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛(实验装置见下图,相关物质的沸点见附表)。
其实验步骤为:
步骤1:
将三颈瓶中的一定配比的无水AlCl3、1,2-二氯乙烷和苯甲醛充分混合后,升温至60℃,缓慢滴加经浓硫酸干燥过的液溴,保温反应一段时间,冷却。
步骤2:
将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中,搅拌、静置、分液。
有机相用10%NaHCO3溶液洗涤。
步骤3:
经洗涤的有机相加入适量无水MgSO4固体,放置一段时间后过滤。
步骤4:
减压蒸馏有机相,收集相应馏分。
(1)实验装置中冷凝管的主要作用是____________________________,锥形瓶中的溶液应为_______________________。
(2)步骤1所加入的物质中,有一种物质是催化剂,其化学式为_____________________________。
(3)步骤2中用10%NaHCO3溶液洗涤有机相,是为了除去溶于有机相的________________(填化学式)。
(4)步骤3中加入无水MgSO4固体的作用是________________________。
(5)步骤4中采用减压蒸馏技术,是为了防止____________________。
附表 相关物质的沸点(101kPa)
物质
沸点/℃
物质
沸点/℃
溴
1,2-二氯乙烷
苯甲醛
179
间溴苯甲醛
229
2、
(1)冷凝回流 NaOH
(2)AlCl3 (3)Br2、HCl(4)除去有机相的水(5)间溴苯甲醛被氧化
3、乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素质的成分之一,具有香蕉的香味,实验室制备乙酸异戊酯的反应装置示意图和有关数据如下:
实验步骤:
在A中加入g的异戊醇,g的乙酸、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片,开始缓慢加热A,回流50分钟,反应液冷至室温后,倒入分液漏斗中,分别用少量水,饱和碳酸氢钠溶液和水洗涤,分出的产物加入少量无水硫酸镁固体,静置片刻,过滤除去硫酸镁固体,,进行蒸馏纯化,收集140~143℃馏分,得乙酸异戊酯g。
回答下列问题:
(1)装置B的名称是:
?
(2)在洗涤操作中,第一次水洗的主要目的是:
;第二次水洗的主要目的是:
。
(3)在洗涤、分液操作中,应充分振荡,然后静置,待分层后 (填标号),
A.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗上口倒出 ?
B.直接将乙酸异戊酯从分液漏斗下口放出
C.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从下口放出
D.先将水层从分液漏斗的下口放出,再将乙酸异戊酯从上口放出
(4)本实验中加入过量乙酸的目的是:
?
(5)实验中加入少量无水硫酸镁的目的是:
(6)在蒸馏操作中,仪器选择及安装都正确的是:
(填标号)
?
(7)本实验的产率是:
?
A.30℅ B.40℅ C.50℅ D.60℅
(8)在进行蒸馏操作时,若从130℃开始收集馏分,产率偏 (填高或者低)原因是 。
3、
(1)球形冷凝管
(2)洗掉大部分硫酸和醋酸 洗掉碳酸氢纳(3)d (4)提高醇的转化率
(5)干燥 (6)b (7)c (8)高;会收集少量未反应的异戊醇
4、苯乙酸铜是合成优良催化剂、传感材料——纳米氧化铜的重要前驱体之一。
下面是它的一种实验室合成路线:
制备苯乙酸的装置示意图如下(加热和夹持装置等略):
已知:
苯乙酸的熔点为℃,微溶于冷水,溶于乙醇。
回答下列问题:
(1)在250mL三口瓶a中加入70mL70%硫酸。
配制此硫酸时,加入蒸馏水与浓硫酸的先后顺序是 。
(2)将a中的溶液加热至100℃,缓缓滴加40g苯乙腈到硫酸溶液中,然后升温至130℃继续反应。
在装置中,仪器b的作用是 ;仪器c的名称是 ,其作用是 。
反应结束后加适量冷水,再分离出苯乙酸粗品。
加人冷水的目的是 。
下列仪器中可用于分离苯乙酸粗品的是 (填标号)。
A.分液漏斗 B.漏斗 C.烧杯 D.直形冷凝管 E.玻璃棒
(3)提纯粗苯乙酸的方法是 ,最终得到44g纯品,则苯乙酸的产率是 。
(4)用CuCl22H2O和NaOH溶液制备适量Cu(OH)2沉淀,并多次用蒸馏水洗涤沉淀,判断沉淀洗干净的实验操作和现象是 。
(5)将苯乙酸加人到乙醇与水的混合溶剂中,充分溶解后,加入Cu(OH)2搅拌30min,过滤,滤液静置一段时间,析出苯乙酸铜晶体,混合溶剂中乙醇的作用是 。
4、
(1)先加水,再加浓硫酸
(2)滴加苯乙腈;球形冷凝管;回流;(或使气化的反应液冷凝)便于苯乙酸析出; BCE(全选对2分) ?
(3)重结晶; 95%
(4)取少量洗涤液、加入稀硝酸、再加AgNO3溶液、无白色混浊出现;
(5)增大苯乙酸溶解度,便于充分反应;
5、3,5-二甲氧基苯酚是重要的有机合成中间体,可用于天然物质白柠檬素的合成。
一
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