有机背景下的高考化学实验试题突破

福建 洪兹田 陈女婷

有机背景下的高考化学实验试题突破

福建 洪兹田 陈女婷

近年全国高考中，有机实验题主要考查有机物的制备实验。其考查背景为大学有机化学实验中常见有机物的制备，出题背景或直接来自于大学基础有机化学实验涉及的苯甲酸、1－溴丁烷、正丁醛、正丁醚、环己酮、乙酸乙酯、硝基苯、乙酰水杨酸、乙酰苯胺、己二酸和环己烯等有机物的制备（如2 0 1 3年全国卷Ⅰ考查环己烯，2 0 1 3年全国卷Ⅱ考查正丁醛）；或来自于这些物质的相似化合物的制备（如2 0 1 4年全国卷Ⅰ考查乙酸异戊酯）。试题的落脚点为实验装置和实验仪器的识别、实验操作中的注意事项（如温度计的位置、冷凝水的进出、沸石的作用、水浴加热和防倒吸等）、有机产物的分离与提纯和产率的计算等。

一、有机化学实验常用常考的玻璃仪器

1.反应容器——烧瓶

（1）圆底烧瓶（图a）：能耐热和承受反应物（或溶液）沸腾以后所发生的冲击震动。在有机化合物的合成和蒸馏实验中最常使用，也常用作减压蒸馏的接收器。

（2）三口烧瓶（图b）：最常用于需要进行搅拌的实验中。中间瓶口装搅拌器，两个侧口装回流冷凝管和滴液漏斗或温度计等。

（3）锥形烧瓶（简称锥形瓶）（图c）：常用于有机溶剂进行重结晶的操作，或有固体产物生成的合成实验中，因为生成的固体物容易从锥形烧瓶中取出来。通常也用作常压蒸馏实验的接收器，但不能用作减压蒸馏实验的接收器。

（4）二口烧瓶（图d）：常用于半微量、微量制备实验作为反应容器，中间口接回流冷凝管、蒸馏头、克氏蒸馏头等，侧口接温度计、加料管等。

2.冷凝回流仪器——冷凝管

（1）直形冷凝管（图a）：蒸馏物质的沸点在1 4 0℃以下时，要在夹套内通水冷却；但超过1 4 0℃时，往往会在内管和外管的接合处炸裂。微量合成实验中，用于加热回流装置上。

（2）空气冷凝管（图b）：当蒸馏物质的沸点高于1 4 0℃时，常用它来代替通冷却水的直形冷凝管。

（3）球形冷凝管（图c）：其内管的冷却面积较大，对蒸气的冷凝有较好的效果，适用于加热回流的实验。

二、有机化学实验常用的实验装置

装置名称仪器装置图说明蒸馏装置①分离两种或多种沸点相差大且互溶的液体混合物；②加入碎瓷片的作用是防止暴沸；③温度计的水银球应处于蒸馏烧瓶的支管口；④冷凝管中冷水在外管中下进上出冷凝回流装置①恒压漏斗可以保证内部压强不变，一是可以使漏斗内液体顺利流下，二是减小增加的液体对气体压强的影响；②球形冷凝管用于液体的回流，防止其挥发，用于各种有机制备实验

三、有机制备实验常见的注意事项

1.使用温度计的实验。如实验室制乙烯、苯的硝化反应、石油的分馏、乙酸乙酯的水解（水银球的位置分别是液体中、水中、支管口、水中）。

2.使用冷凝回流装置的实验。如制溴苯、硝基苯等。

3.需要冷凝装置的实验。如制乙酸乙酯、石油的分馏、石油的催化裂化、煤的干馏。

4.需要防止倒吸的实验。如制溴苯、乙酸乙酯、氨气、氯化氢等。

5.需要水浴的实验。如制硝基苯、乙酸乙酯的水解、蔗糖的水解、银镜反应、测定物质的溶解度。

6.需要防止暴沸的实验。如制乙酸乙酯、实验室制乙烯、石油的分馏。

四、中学化学中常见有机物的制备

制备物质原理与注意事项实验装置CH3—CH2OH浓H2S O4→1 7 0℃CH乙烯2CH2↑＋H2O①药品：无水乙醇、浓硫酸（体积比为1∶3）②温度计水银球位置：反应液中③碎瓷片作用：防暴沸④温度控制：迅速升至1 7 0℃，防止副反应⑤浓硫酸作用：催化剂、脱水剂、吸水剂⑥用N a OH洗气：混有杂质C O2、S O2、乙醚及乙醇帨師FeB r＋師＋B r2→帨師師溴苯HB r①药品：苯、液溴、铁粉②长导管作用：冷凝回流③导管出口：置于液面上，防倒吸______④提纯溴苯的方法：碱洗O CH3COH＋HO C2H5O幑幐5＋H2O①加药顺序：乙醇、浓硫酸、醋酸②导管口在液面上：防倒吸③浓硫酸的作用：催化剂、吸水剂、脱水剂④长导管作用：导气兼冷凝⑤饱和碳酸钠溶液：吸收乙酸，溶解乙醇，降低乙酸乙酯的溶解度浓H2S O4帯帯帯帯△CH3CO C2H乙酸乙酯

【高考链接】

（2 0 1 3全国卷Ⅱ）正丁醛是化工原料。实验小组利用如下装置合成正丁醛。

发生的反应如下：

反应物和产物的相关数据列表如下：

沸点／℃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

实验步骤如下：

将6.0g N a2C r2O7放入1 0 0m L烧杯中，加3 0m L水溶解，再缓慢加入5m L浓硫酸，将所得溶液小心转移至B中。在A中加入4.0g正丁醇和几粒沸石，加热。当有蒸气出现时，开始滴加B中溶液。滴加过程中保持反应温度为9 0～9 5℃，在E中收集9 0℃以下的馏分。将馏出物倒入分液漏斗中，分去水层，有机层干燥后蒸馏，收集7 5～7 7℃馏分，产量2.0g。

回答下列问题：

（1）实验中，能否将N a2C r2O7溶液加到浓硫酸中，说明理由：______________________________________________。

（2）加入沸石的作用是____________________，若加热后发现未加沸石，应采取的正确方法是____________________。

（3）上述装置图中，B仪器的名称是____________，D仪器的名称是____________。

（4）分液漏斗使用前必须进行的操作是________（填正确答案标号）。

a.润湿b.干燥

c.检漏d.标定

（5）将正丁醛粗产品置于分液漏斗中分离水时，水在________（填“上”或“下”）层。

（6）反应温度应保持在9 0～9 5℃，其原因是_________。

（7）本实验中，正丁醛的产率为________%。

【答案】（1）不能 浓硫酸的密度大，溶于水会放出大量热，容易溅出伤人 （2）防止暴沸 冷却后补加 （3）分液漏斗 直形冷凝管 （4）c （5）下 （6）为了将正丁醛及时分离出来，促使反应正向进行，并减少正丁醛进一步氧化（7）5 1

【变式训练】

正溴丁烷是一种重要的化工原料。实验室采用正丁醇与溴化钠、浓硫酸共热制备正溴丁烷（CH3CH2CH2CH2B r），反应原理如下：

可能存在的主要副反应有：

（3）正丁醇与浓硫酸共热会生成丁烯、正丁醚等；

（4）溴化氢在加热条件下被浓硫酸氧化成溴单质。

实验步骤：

在圆底烧瓶中加入原料，充分振荡后加入几粒沸石，安装装置Ⅰ。加热至沸腾，回流3 0m i n。待反应液冷却后，改装为装置Ⅱ，蒸出粗产品。将所得粗产品倒入分液漏斗中，先用1 0m L水洗涤，除去大部分水溶性杂质，然后依次用5m L的浓硫酸、1 0 m L水、1 0 m L饱和N a HC O3溶液、1 0m L水洗涤。分离出有机层，加入少量无水氯化钙固体，静置1h，过滤除去氯化钙固体后蒸馏，收集9 9～1 0 3℃的馏分，产量5.5g。相关数据如表Ⅰ所示：

物质正丁醇正溴丁烷状态无色液体无色液体相对分子质量1 1 7.2 1 0 1.6密度／（g·c m－3）7 4 1 3 7___沸点／℃0.8 1 0 9 1.2 7 5 8_水中溶解性微溶微溶

回答下列问题：

（1）装置Ⅰ中仪器A的名称是_________，冷却水从A的________（填“上”或“下”）口通入。

（2）装置Ⅰ中圆底烧瓶加入的原料有：①1 0 m L水；②7.3m L（0.0 8m o l）正丁醇；③1 0.3g（0.1 0m o l）溴化钠；④1 1.7m L（0.2 2m o l）浓硫酸。上述物质的加入顺序合理的是________（填正确答案标号）。

A.①④②③ B.④①②③ C.③④①②

（3）装置Ⅰ中烧杯B盛有N a OH溶液，吸收的尾气主要是___________________（填化学式）。

（4）整个实验至少________次用到沸石，若加热后发现未加沸石，应采取的正确操作是________（填正确答案标号）。

A.立即补加 B.冷却后补加

C.不需补加 D.重新配料

（5）用浓硫酸洗涤粗产品时，有机层从分液漏斗________（填“上口倒出”或“下口放出”）；粗产品洗涤操作中，三次用到水洗，最后一次水洗主要是洗掉大部分_______________ ____（填化学式），有人认为第二次水洗的操作可以省略，你的看法是___________________________（填正确答案标号）。

A.可以省略，省略了反而会使实验操作更简单

B.可以省略，省略了可以防止正溴丁烷的水解

C.不能省略，省略了会使N a HC O3溶液的用量增大，浪费药品

D.不能省略，省略了会导致洗涤振摇过程产生大量C O2气体，容易造成活塞蹦出

（6）制备正溴丁烷时，不直接用装置Ⅱ边反应边蒸出产物的方法，其原因是____________________________________。

（7）本实验正溴丁烷的产率为__________（保留三位有效数字）。

【答案】（1）球形冷凝管 下 （2）A （3）HB r（多写B r2、S O2亦可） （4）3 B （5）上口倒出 N a HC O3C D（6）正溴丁烷与正丁醇的沸点相差较小，若边反应边蒸馏，会有较多的正丁醇被蒸出，使产率降低 （7）5 0.2%

【解析】（2）加料时若先使溴化钠与浓硫酸混合，再加正丁醇和水，会导致还没加正丁醇时，已有大量HB r生成。另外，没有正丁醇和水的稀释，浓硫酸的氧化性很强，会将溴化钠氧化成溴，同时放出大量热。再者，正丁醇与浓硫酸共热会有副产物生成。综上所述，加料时的合理顺序为水→浓硫酸→正丁醇→溴化钠。（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，防止污染环境。（4）整个实验涉及1次回流和2次蒸馏，故至少用到3次沸石。（5）用浓硫酸洗涤粗产品时，由于正溴丁烷的密度（1.2 7 5 8g·c m－3）比浓硫酸的密度小，故有机层在上层，从分液漏斗上口倒出；第二次水洗的主要目的是除去大部分硫酸，不仅可以减少下一步洗涤时N a HC O3溶液的用量，还能避免振摇过程产生大量C O2气体，导致压强增大，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反应，故HB r过量。根据正丁醇可算出理论上生成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，而实际正溴丁烷产量为5.5g，故产率为5.5g÷1 0.9 6g×1 0 0%＝5 0.2%。

有机背景下的高考化学实验题一般起点较高，突出能力考查，命题形式上紧扣有机制备实验的命题规律：制备合成→分离提纯→目标产物。试题的落点为实验装置和实验仪器的识别、实验操作中的注意事项、有机产物的分离与提纯和产率的计算等，难度适中，能较好地检测学生的基本实验能力和实验素养。

（作者单位：福建省厦门市翔安第一中学）