新课程下以有机化合物为核心的实验创新题

lina

一、以有机物制备为载体考查实验基本操作能力

例1（2011天津卷）某研究性学习小组为合成1-丁醇，查阅资料得知一条合成路线：

CO的制备原理：HCOOHCO↑+H2O，并设计出原料气的制备装置（如下图）

请填写下列空白：

（1）实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2-丙醇，从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯。写出化学方程式：                            ，                        。

（2）若用以上装置制备干燥纯净的CO，装置中a和b的作用分别是       ，      ；C和d中承装的试剂分别是              ，                          。若用以上装置制备H2， 气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是                       ；在虚线框内画出收集干燥H2的装置图。

（3）制丙烯时，还产生少量SO2、CO2及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是________________（填序号）

①饱和Na2SO3溶液            ②酸性KMnO4溶液       ③石灰水

④无水CuSO4                 ⑤品红溶液

（4）合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该采用的适宜反应条件是______________。

a. 低温、高压、催化剂               b. 适当的温度、高压、催化剂

c. 常温、常压、催化剂               d. 适当的温度、常压、催化剂

（5）正丁醛经催化剂加氢得到含少量正丁醛的1—丁醇粗品，为纯化1—丁醇，该小组查阅文献得知：  ①R—CHO+NaHSO3（饱和）→RCH(OH)SO3Na↓； ②沸点：乙醚34℃，1—丁醇118℃，并设计出如下提纯路线：

试剂1为_________，操作1为________，操作2为_______，操作3为_______。

解析：（1）氢气可用活泼金属锌与非氧化性酸盐酸通过置换反应制备，氧化性酸如硝酸和浓硫酸与锌反应不能产生氢气，方程式为Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑；2-丙醇通过消去反应即到达丙烯，方程式为：(CH3)2CHOHCH2＝CHCH3↑+H2O；

（2）甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水即生成CO，由于甲酸易挥发，产生的CO中必然会混有甲酸，所以在收集之前需要除去甲酸，可以利用NaOH溶液吸收甲酸。又因为甲酸易溶于水，所以必需防止液体倒流，即b的作用是防止倒吸，最后通过浓硫酸干燥CO。为了使产生的气体能顺利的从发生装置中排出，就必需保持压强一致，因此a的作用是保持恒压；若用以上装置制备氢气，就不再需要加热，所以此时发生装置中的玻璃仪器名称是分液漏斗和蒸馏烧瓶；氢气密度小于空气的，因此要收集干燥的氢气，就只能用向下排空气法，而不能用排水法收集；

（3）检验丙烯可以用酸性KMnO4溶液，检验SO2可以用酸性KMnO4溶液褪色、品红溶液或石灰水，检验CO2可以石灰水，检验水蒸气可以无水CuSO4，所以在检验这四种气体必需考虑试剂的选择和顺序。只要通过溶液，就会产生水蒸气，因此先检验水蒸气；然后检验SO2并在检验之后除去SO2，除SO2可以用饱和Na2SO3溶液，最后检验CO2和丙烯，因此顺序为④⑤①②③（或④⑤①③②）；

（4）由于反应是一个体积减小的可逆反应，所以采用高压，有利于增大反应速率和提高原料气的转化率；正向反应是放热反应，虽然低温有利于提高原料气的转化率，但不利于增大反应速率，因此要采用适当的温度；催化剂不能提高原料气的转化率，但有利于增大反应速率，缩短到达平衡所需要的时间，故正确所选项是b；

（5）粗品中含有正丁醛，根据所给的信息利用饱和NaHSO3溶液形成沉淀，然后通过过滤即可除去；由于饱和NaHSO3溶液是过量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1—丁醇。因为1—丁醇，和乙醚的沸点相差很大，因此可以利用蒸馏将其分离开。

答案为：（1）Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑；(CH3)2CHOHCH2＝CHCH3↑+H2O；

     （2）恒压  防倒吸  NaOH溶液  浓硫酸  分液漏斗  蒸馏烧瓶  

     （3）④⑤①②③（或④⑤①③②）；

     （4）b

     （5）饱和NaHSO3溶液  过滤   萃取  蒸馏

二、以有机物性质为载体考查数据的处理与分析能力和提取有用信息解决问题的能力

例2（2010江苏卷）对硝基甲苯是医药、染料等工业的一种重要有机中间体，它常以浓硝酸为硝化剂，浓硫酸为催化剂，通过甲苯的硝化反应制备。

一种新的制备对硝基甲苯的实验方法是：以发烟硝酸为硝化剂，固体NaHSO4为催化剂（可循环使用），在溶液中，加入乙酸酐（有脱水作用），45℃反应1h 。反应结束后，过滤，滤液分别用5% NaHCO3,溶液、水洗至中性，再经分离提纯得到对硝基甲苯。

(l)上述实验中过滤的目的是                  。

(2) 滤液在分液漏斗中洗涤静置后，有机层处于        层（填“上”或'下”）；放液时，若发现液体流不下来，其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外，还有              。

(3) 下列给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。

催化剂	n（催化剂）	硝化产物中各种异构体质量分数(%)			总产率（%）
	n（甲苯）	对硝基甲苯	邻硝基甲苯	间硝基甲苯
浓H2SO4	1.0	35.6	60.2	4.2	98.0
	1.2	36.5	59.5	4.0	99.8
NaHSO4	0.15	44.6	55.1	0.3	98.9
	0.25	46.3	52.8	0.9	99.9
	0.32	47.9	51.8	0.3	99.9
	0.36	45.2	54.2	0.6	99.9

①NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为               。

②由甲苯硝化得到的各种产物的含量可知，甲苯硝化反应的特点是                    。

③与浓硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4催化甲苯硝化的优点有_、          。

解析：本题主要考查的是物质的性质和制备，同时考查了数据的处理与分析能力，能够迅速在表中提取到有用信息，利用信息解决有关问题。

（1）NaHSO4在该反应中作为催化剂，因此反应后过滤的目的是为了回收NaHSO4

（2）该反应是以CCl4 作为有机溶剂，CCl4的密度比水大。故有机层在下层；分液漏斗里的液体放不下来，出了分液漏斗堵塞，还有可能是分液漏斗上口活塞未打开

（3）①从题给数据分析，当催化剂与甲苯的比例为0.32时，总产率最高且对硝基甲苯的含量最高  ②从题给数据可以看出，无论以何种比例反应，产物中的主要成分主要是对硝基甲苯和邻硝基甲苯； ③用NaHSO4 做催化剂的优点是在硝化物中对消极甲苯的比例提高、同时催化剂能循环使用。

答案为：（1）回收NaHSO4     （2）下 分液漏斗上口塞子未打开

（3）①0.32

②甲苯硝化主要得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯

③在硝化产物中对硝基甲苯比例提高  催化剂用量少且能循环使用

三、以有机物结构为载体考查对物质性质的探究能力

例3.甲酸(CH2O2)，俗称蚁酸，结构式为：     

     

某化学兴趣小组的同学在分析甲酸的组成和结构后，对甲酸的性质提出如下猜想并设计了相关实验加以验证：

  猜想I：甲酸具有酸性；

   实验I：在甲酸溶液中滴加紫色石蕊试液；

   猜想II：甲酸能发生银镜反应；

实验II：（步骤如图所示）；

   

回答下列问题：

⑴ 请你再设计出至少2个实验方案来验证甲酸的酸性：               、             ；

⑵ 请你进一步设计实验方案证明甲酸是弱酸：                          ；

⑶ 依图12所示的实验，加热20分钟后并没有出现预期的实验现象。该小组同学预期的实验现象是                                 ，请你从理论上简单解释实验中没有出现该现象的原因                                                     ；

⑷ 在仔细分析甲酸分子组成元素的基础上，请你再提出一个甲酸在浓硫酸作用下可能具有的性质的猜想并设计一个实验方案验证你的猜想：

① 你提出的猜想是                                                               ；

② 你设计的实验方案是：

实验方案请参考如下形式：

解析：本题主要是根据甲酸的结构特点，既含有羧基，又含有醛基，考查了由物质结构推断物质性质的能力以及设计实验探究物质性质的能力。答案如下：

⑴ 测定pH或滴加Na2CO3溶液或将甲酸滴加到滴有酚酞的NaOH溶液中（不应用金属Na）

⑵ 测定HCOONa溶液的pH或将等pH的HCOOH溶液和HCl溶液稀释相同倍数测其pH的变化或比较等浓度甲酸和盐酸的导电性等

⑶ 出现银镜

由于羟基对醛基的影响，导致甲酸中的醛基不具有典型醛基的性质

⑷ ① 甲酸在浓硫酸的作用下脱水生成CO和H2O

②

四、以实验现象为载体考查对化学反应的探究能力

例4. (2002年上海高考题)为探究乙炔与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验：

先取一定量工业用电石与水反应，将生成的气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙炔与溴水发生了加成反应。乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊，推测在制得的乙炔中还可能含有少量还原性的杂质气体，由此他提出必须先除去之，再与溴水反应。请你回答下列问题：

(1)写出甲同学实验中两个主要的化学方程式                    。

(2)甲同学设计的实验      （填能或不能）验证乙炔与澳发生加成反应，其理由是

      （多选扣分）。

(a)使溴水褪色的反应，未必是加成反应     (b)使溴水褪色的反应，就是加成反应

(c)使溴水褪色的物质，未必是乙炔         (d)使溴水褪色的物质，就是乙炔

(3)乙同学推测此乙炔中必定含有的一种杂质气体是         ，它与溴水反

应的化学方程式是               ；在验证过程中必须全部除去。

(4)请你选用下列四个装置(见下图)（可重复使用）来实现乙同学的实验方案，将它们的编号填入方框，并写出装置内所放的化学药品。

（a）            （b）          （c）         （d）

            b                    d

              （电石、水）（    ）   （    ）   （溴水）

(5)为验证这一反应是加成而不是取代，丙同学提出可用pH试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是                                   。

解析：本题主要是通过电石与水反应，制得的乙炔气体中含有杂质气体（H2S），考查了杂质气体的干扰、杂质气体的除去以及乙炔与溴水反应原理的探究。

答案如下：

        (1)CaC2+2H2O           C2H2↑+Ca(OH)2    HC≡CH + 2Br2      CH(Br)2-CH(Br)2

(2)不能     a c     

(3)H2S   Br2+H2S       S↓+2HBr

(4)c   b      CuSO4溶液     CuSO4溶液

(5)如若发生取代反应,必定生成HBr,溶液酸性将会明显增强,故可用pH试纸来验证。

jason0401

好人一个