基于“证据推理与模型认知”的有机化学实验复习

赵均娜 王民会

有机化学综合实验题通常以有机化合物的制备（合成）为情境素材和知识载体，考查化学实验基础知识和基本技能。实验一般分三个阶段：有机物的制备，产品的分离提纯，产品产率或纯度的计算。笔者从教材人手研究高考题，通过深入分析和思考，建构出固态（常温）有机产品和液态有机产品分离提纯的模型，体现了“证据推理与模型认知”的学科素养，希望对有机综合实验复习有所帮助。

一，固态有机产品分离提纯模型建构

近几年高考题考查固态有机物的制备，以苯甲酸及苯甲酸的衍生物为主，从结构上分析，均含有羧基，能与碱或弱酸盐反应，生成的盐在水中的溶解度较大。在制备和分离提纯过程中，可运用此性质达到制备和分离提纯的目的。

1.依托教材实验，建构模型。

【教材实验】苯甲酸的重结晶。

将粗苯甲酸1 g加到100 mL的烧杯中，再加入50 mL蒸馏水，在石棉网上边搅拌边加热，使粗苯甲酸溶解，全溶后再加入少量蒸馏水（为了减少趁热过滤过程中损失苯甲酸）。然后，使用短颈玻璃漏斗趁热将溶液过滤到另一个100 mL烧杯中，将滤液静置，使其缓慢冷却结晶，滤出晶体。

已知：粗苯甲酸为白色片状晶体，熔点为122.4℃，苯甲酸和苯甲酸钠均是食品防腐剂。苯甲酸在水中的溶解度：0. 344 g（25℃），0. 849 g（50℃），6.8 g（95℃）。杂质溶解度较小且受温度影响不大。

分析：苯甲酸熔点为122.4℃，常温下为固体，其溶解度受温度影响较大，在热水中溶解度较大，在冷水中溶解度较小，冷却后易于结晶析出。而杂质溶解度较小且受温度影响不大。因此采用加热溶解、趁热过滤、冷却结晶的方法即可提纯苯甲酸。

结合有机制备实验的考查方式，总结提炼后，可建构出固态有机产品分离提纯模型：

2.证据推理，运用模型。

例1，3，4-亚甲二氧基苯甲酸是一种用途广泛的有机合成中间体，微溶于水，实验室可用KMnO4氧化3，4一亚甲二氧基苯甲醛制备，其反应方程式为：

实验步骤如下：

步骤1：向反应瓶中加入3，4亚甲二氧基苯甲醛和水，快速搅拌，于70～80℃滴加KMnO4溶液。反应结束后，加入KOH溶液至碱性。

步骤2：趁热过滤，洗涤滤饼，合并滤液和洗涤液。

步骤3：对合并后的溶液进行处理。

步骤4：抽滤，洗涤，干燥，得3，4一亚甲二氧基苯甲酸固体。

（1）步骤1中，反应结束后，若观察到反应液呈紫红色，需向溶液中滴加NaHSO3溶液，HSO2-转化为____（填化学式）;加入KOH溶液至碱性的目的是_____ 。

（2）步骤2中，趁热过滤除去的物质是 ____（填化学式）。

（3）步骤3中，处理合并后溶液的实验操作为 ____ 。

（4）步骤4中，抽滤所用的装置包括____ 、吸滤瓶、安全瓶和抽气泵。

解析：根据固态有机产品制备分离提纯模型，分析过程如下：

答案：（1） SO2- 将反应生成的酸转化为可溶性的盐

（2）MnO2

（3）向溶液中滴加盐酸至水层不再产生沉淀

（4）布氏漏斗

倒2 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：

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）①中需使用冷水，目的是____。

（2）②中饱和碳酸氢钠的作用是 _____，以便过滤除去难溶杂质。

（3）④采用的纯化方法为_____ 。

解析：证据推理：水杨酸中既含 COOH，又含-OH，可能生成聚酯等副产物;乙酰水杨酸含有COOH，可能与水杨酸反应生成酯类物质等副产物。对比水杨酸的熔点及酯类物质的性质可知副产物为难溶于水的固体。根据固态有机产品分离提纯模型，分析过程如下：

答案：（1）充分析出乙酰水杨酸固体（结晶）（2）生成可溶的乙酰水杨酸钠 （3）重结晶

二、液态有机产品分离提纯模型建构

1.回归教材问题，建构模型。

【教材问题与思考】根据苯与溴发生反应的条件，请你设计制备溴苯的实验方案。

分析：溴苯是一种密度比水大的无色液体，由苯与溴反应后所得，其成分分析及分离提纯过程如下：

2.证据推理，应用模型。

例3 乙酸异戊酯是组成蜜蜂信息素的成分之一，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4.4 g的异戊醇、6.0g的乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片，開始缓慢加热A，回流50 min。反应液冷至室温后，倒人分液漏斗中，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3.9 g。回答下列问题：

（1）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 _____ 。

（2）实验中加入少量无水硫酸镁的目的是：_____。

解析：根据液态有机产品分离提纯模型，本实验产品分离提纯方法如下：

答案：（1）洗掉大部分硫酸和醋酸 洗掉碳酸氢钠

（2）干燥

点拨：在研究高考题时，我们要追本溯源，直击课本实验原型，基于“证据推理与模型认知”，建构思维模型，并迁移应用，从而获得可持续发展的学习能力和应用能力。

（责任编辑 谢启刚）