第第3434讲 物质的制备与合成讲 物质的制备与合成 2 基础梳理感悟选考对点训练 1.硫酸亚铁铵的制备(1)制备原理:①硫酸亚铁铵的性质:硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]为浅绿 色晶体,商品名为摩尔盐 ,是一种复 盐,易溶于水,不溶于乙醇 ,一般亚铁盐在空气中易被氧化 ,形成复盐后就比较稳定与其他复盐一样,硫酸亚铁铵在水中的溶解度比组成它的每一种盐[FeSO4或(NH4)2SO4]都要小 (见下表)利用这一性质可以制取硫酸亚铁铵晶体:将含有FeSO4和(NH4)2SO4的溶液蒸发、浓缩 ,冷却 后结晶可得到硫酸亚铁铵晶体 3 基础梳理感悟选考对点训练硫酸铵、水合硫酸亚铁、硫酸亚铁铵在水中的溶解度(单位为g)②硫酸亚铁铵的制备:将铁屑与稀硫酸反应可制得硫酸亚铁 溶液,然后加入等物质的量的硫酸铵 ,加热浓缩可得到饱和溶液,冷却至室温,即析出硫酸亚铁铵 晶体反应的化学方程式如下:Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑ ,FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O↓ 4 基础梳理感悟选考对点训练(2)实验步骤:本制备实验的操作过程可分为三个步骤,即铁屑的净化 、硫酸亚铁 的制取和硫酸亚铁铵 晶体的制备。
①取一只小烧杯,放入约5 g铁屑,向其中注入15 mL 1 mol· L-1Na2CO3溶液,浸泡或小火加热数分钟,以除去铁屑表面的油污 ,然后用倾析 法分离并洗涤铁屑,晾干即:浸泡(煮沸)→倾析 法分离→洗涤→晾干(烘干) 5 基础梳理感悟选考对点训练倾析法的原理:当沉淀的结晶颗粒较大,静置后容易沉降至容器底部时,常用倾析法(也称倾注法)进行分离或洗涤倾析法的操作方法是把沉淀上部的清液沿玻璃棒小心倾入另一容器内,如右图所示静置后,将烧杯中的上层清液沿玻璃棒倒入另一容器内,即可使沉淀与清液分离若沉淀物要洗涤,可注入水(或其他洗涤液),充分搅拌后使沉淀沉降,再用上述方法将清液倒出,如此重复数次,直到将沉淀洗净6 基础梳理感悟选考对点训练②用托盘天平称取4.2 g洗净的铁屑,放入洁净的锥形瓶中,向其中加入25 mL 3 mol· L-1 H2SO4溶液,加热(有氢气生成,用明火加热注意安全)并不断振荡锥形瓶反应过程中应适当补充水,使溶液体积基本保持不变(防止析出FeSO4晶体 ),待反应基本完全后,再加入1 mL 3 mol· L-1 H2SO4溶液(抑制FeSO4水解 ),趁热过滤,将滤液转移至蒸发皿中。
即:称量→加酸并加热→振荡→补充水→加硫酸→趁热过滤(抽滤)→转移至蒸发皿 7 基础梳理感悟选考对点训练③称取9.5 g(NH4)2SO4晶体,配成饱和溶液,倒入制得的硫酸亚铁溶液中,搅拌,小火加热,在蒸发皿中蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜 为止将溶液静置,自然冷却,即有硫酸亚铁铵晶体析出抽滤,并用少量酒精 洗去晶体表面附着的水分 即:加硫酸铵饱和溶液→蒸发浓缩(出现晶膜)→冷却结晶→抽滤→酒精洗涤晶体 注意掌握以下三种洗涤方法:①滤液淋洗——减少沉淀的溶解;②冷水洗涤——减少沉淀的溶解;③酒精洗涤——减少晶体溶解,得到较干燥的沉淀④取出晶体,用干净的滤纸 吸干,称重并计算产率即:用滤纸吸干→称量→计算 8 基础梳理感悟选考对点训练2.阿司匹林的合成(1)阿司匹林的合成原理:①阿司匹林的合成和疗效:水杨酸(邻羟基苯甲酸)的结构简式是 ,它是一种含有酚羟 基和羧 基的双官能团化合物阿司匹林又叫乙酰水杨酸 它是白色针状晶体,熔点为135~136 ℃,难 溶于水乙酰水杨酸是由水杨酸和乙酸酐 合成的,反应的化学方程式是9 基础梳理感悟选考对点训练阿司匹林为解热、镇痛药,用于治疗伤风、感冒、头痛、发烧、神经痛、关节痛及风湿病等。
近年来又证明它具有抑制血小板凝聚的作用,其治疗范围又进一步扩大到预防血栓形成、治疗心血管疾病等②阿司匹林的提纯:阿司匹林粗产品不能服用制药工业中必须先将它提纯、精制,再按制剂要求制成成药在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子之间也能发生缩合 反应,生成少量聚合物(副产物)该聚合物不溶于碳酸氢钠溶液,而乙酰水杨酸与碳酸氢钠溶液反应生成可溶性钠盐 ,这种性质上的差别可用于乙酰水杨酸的提纯 10 基础梳理感悟选考对点训练③水杨酸杂质的检出:由于乙酰化反应不完全或由于产物在分离过程中发生水解,产物中含有杂质水杨酸与大多数酚类化合物一样,水杨酸可与氯化铁 形成深紫色配合物很容易被检出,而乙酰水杨酸因酚羟基已被酰化,不能与氯化铁 发生显色反应 11 基础梳理感悟选考对点训练(2)实验步骤: 12 基础梳理感悟选考对点训练①乙酰水杨酸的合成:向150 mL干燥 的锥形瓶中加入2 g水杨酸、5 mL乙酸酐和5滴浓硫酸,振荡,待其溶解后置于85~90 ℃水浴 中加热5~10 min(如右图),取出,冷却至室温,即有乙酰水杨酸晶体析出(如未出现结晶,可以用玻璃棒摩擦瓶壁并将锥形瓶置于冰水中冷却,促使晶体析出)。
向锥形瓶中加50 mL水,继续在冰水浴 中冷却使其结晶完全 注意:锥形瓶上方的长玻璃导管除了可以平衡锥形瓶内外的压强外,还起到冷凝回流的作用反应温度的选择一要考虑减少副反应的发生,二要考虑原料和产品的沸点高低,减少原料的挥发损耗;还要考虑催化剂的活性,保证催化剂催化活性正常发挥13 基础梳理感悟选考对点训练②乙酰水杨酸的提纯:减压过滤,用滤液淋洗锥形瓶,直至所有晶体被收集到布氏漏斗中抽滤时用少量冷水 洗涤结晶几次,继续抽滤,尽量将溶剂抽干然后将粗产物转移至表面皿上,在空气中风干 将粗产品置于100 mL烧杯中,搅拌并缓慢加入25 mL饱和NaHCO3 溶液,加完后继续搅拌2~3 min,直到没有CO2气体产生 为止(无气泡放出,嘶嘶声停止)反应的化学方程式是14 基础梳理感悟选考对点训练过滤,少量的水杨酸聚合物 留在沉淀中,用5~10 mL蒸馏水 洗涤沉淀,合并滤液,不断搅拌慢慢加入15 mL 4 mol· L-1盐酸 ,将烧杯置于冰水中冷却,即有晶体(乙酰水杨酸)析出抽滤,用冷水 洗涤晶体1~2次,再抽干水分滤液中加盐酸后发生反应的化学方程式是15 基础梳理感悟选考对点训练水杨酸可以在各步提纯过程和产物的重结晶过程中被除去。
将晶体转移至表面皿上,干燥后称其质量,计算产率使固体产品干燥的常用方法有:在空气中自然晾干;放在石棉网上,用酒精灯小火烘干;用易挥发的有机溶剂洗涤后晾干;抽滤③水杨酸杂质的检出:取少量精制后的乙酰水杨酸晶体,加入盛有3 mL蒸馏水的试管中(为增加水杨酸和乙酰水杨酸在水中的溶解度,可加入乙醇或甲醇),加1~2滴1%氯化铁 溶液,观察有无颜色变化若溶液呈紫 色,说明精制后的乙酰水杨酸中仍含有水杨酸 16 基础梳理感悟选考对点训练难点释疑阿司匹林(乙酰水杨酸)制备所得粗产品用饱和NaHCO3溶液洗涤,能不能用NaOH溶液洗涤?提示:粗产品提纯过程中所用的饱和NaHCO3溶液,不能用NaOH17 基础梳理感悟选考对点训练(2016·10·浙江选考)某研究小组在实验室以含铁的铜屑为原料制备Cu(NO3)2·H2O晶体,并进一步探究用SOCl2制备少量无水Cu(NO3)2设计的合成路线如下:SOCl2熔点-105 ℃、沸点76 ℃、遇水剧烈水解生成两种酸性气体请回答:(1)第②步调pH适合的物质是 (填化学式) 18 基础梳理感悟选考对点训练(2)第③步包括蒸发浓缩、冷却结晶、抽滤等步骤,其中蒸发浓缩的具体操作是 ,为得到较大颗粒的Cu(NO3)2·3H2O晶体,可采用的方法是 (填一种)。
(3)第④步中发生反应的化学方程式是 (4)第④步,某同学设计的实验装置示意图(夹持及控温装置省略,如下图)有一处不合理,请提出改进方案并说明理由 19 基础梳理感悟选考对点训练装置改进后,向仪器A中缓慢滴加SOCl2时,需打开活塞 (填“a”“b”或“a和b”) (5)为测定无水Cu(NO3)2产品的纯度,可用分光光度法已知: 对特定波长光的吸收程度(用吸光度A表示)与Cu2+在一定浓度范围内成正比现测得 的吸光度A与Cu2+标准溶液浓度关系如下图所示:准确称取0.315 0 g无水Cu(NO3)2,用蒸馏水溶解并定容至100 mL,准确移取该溶液10.00 mL,加过量NH3·H2O,再用蒸馏水定容至100 mL,测得溶液吸光度A=0.620,则无水Cu(NO3)2产品的纯度是 (以质量分数表示) 20 基础梳理感悟选考对点训练 答案 答案关闭21 基础梳理感悟选考对点训练1.用硫酸和铁屑制备硫酸亚铁,反应结束后,需将反应液进行过滤,但过滤时常出现漏斗颈下端管口堵塞的现象,可采取的措施是( )A.将普通漏斗改为分液漏斗B.将漏斗预热,进行热过滤C.增加滤纸层数D.向溶液中加一些稀硫酸 答案解析解析关闭反应后的溶液是几乎饱和的硫酸亚铁溶液,进行过滤时常出现漏斗颈下端管口堵塞的现象,这是由于滤液在漏斗颈下端遇冷析出晶体造成的,可采取的措施是将漏斗预热,进行热过滤。
答案解析关闭B22 基础梳理对点训练2.(2016上海化学)乙酸乙酯广泛用于药物、染料、香料等工业,中学化学实验常用下图装置来制备完成下列填空:(1)实验时,通常加入过量的乙醇,原因是 加入数滴浓硫酸即能起催化作用,但实际用量多于此量,原因是 ;浓硫酸用量又不能过多,原因是 感悟选考23 基础梳理感悟选考对点训练(2)饱和Na2CO3溶液的作用是 、 、 答案解析解析关闭(1)由于生成乙酸乙酯的反应是可逆反应,因此加入过量的乙醇增大反应物浓度,使平衡向生成酯的方向移动,提高酯的产率由于浓硫酸能吸收生成的水,使平衡向生成酯的方向移动,提高酯的产率,因此实际用量多于此量;由于浓硫酸具有强氧化性和脱水性,会使有机物炭化,降低脂的产率,所以浓硫酸用量又不能过多2)由于生成的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸,所以饱和Na2CO3溶液的作用是中和乙酸、溶解乙醇、减少乙酸乙酯在水中的溶解 答案解析关闭(1)增大反应物浓度,使平衡向生成酯的方向移动,提高酯的产率 浓硫酸能吸收生成的水,使平衡向生成酯的方向移动,提高酯的产率 浓硫酸具有强氧化性和脱水性,会使有机物炭化,降低酯的产率(2)中和乙酸 溶解乙醇 减少乙酸乙酯在水中的溶解24 基础梳理感悟选考对点训练3.工业上合成阿司匹林的流程如下图所示: 请回答:(1)请写出反应釜中反应的化学方程式: ;其中,甲苯的作用是 ,为了保证水杨酸能较为彻底地反应,通常采用的措施是 。
25 基础梳理感悟选考对点训练(2)粗产品经提纯后才能作为药物使用提纯可以分以下几步进行:①分批用少量饱和碳酸氢钠溶液溶解乙酰水杨酸(阿司匹林),化学方程式为 ; ②过滤除去不溶物,将滤液缓慢加入浓盐酸中,析出乙酰水杨酸,化学方程式为 ; ③再经过 、 操作,将得到乙酰水杨酸精品,将其加工成型后就可以使用了 (3)为了充分利用原料,循环再利用的例子在化工生产中屡见不鲜,试直接在上述流程图中用箭头标出未反应完的原料循环利用的过程 答案解析解析关闭 答案解析关闭26 忽视物质制备过程中的条件 实验室制备少量硫酸亚铁晶体的实验步骤如下:取过量洁净的铁屑,加入20%~30%的稀硫酸,在50~80 ℃水浴中加热至不再产生气泡将溶液趁热过滤,滤液移至试管中,用橡胶塞塞紧试管口,静置、冷却一段时间后收集产品1)写出该实验制备硫酸亚铁的化学方程式: (2)硫酸过稀会导致 (3)采用水浴加热的原因是 (4)反应时铁屑过量的目的是 (用离子方程式表示) (5)塞紧试管口的目的是 (6)静置冷却一段时间后,在试管中观察到的现象是 。
27 错因剖析:物质制备未从原理、试剂用量、反应条件与控制等多方面关注,从而导致实验失败正确解答:制备硫酸亚铁应用铁与稀硫酸反应:Fe+H2SO4(稀) FeSO4+H2↑硫酸浓度要适当,过稀会导致反应速率慢不利于晶体析出;过浓会导致生成三价铁等反应时铁屑过量也是为了保证生成亚铁盐塞紧试管口的目的是防止空气进入试管将Fe2+氧化为Fe3+答案:(1)Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑(2)反应速率慢,不利于晶体析出(3)水浴加热受热均匀,温度容易控制(4)Fe3++2Fe 3Fe2+(5)防止空气进入试管将Fe2+氧化为Fe3+(6)有浅绿色晶体析出28 纠错笔记完成一个实验方案的设计,一定要围绕实验的目的展开例如本实验的目的是制备硫酸亚铁,而亚铁离子很容易被氧化,因此从一开始就要关注这个核心问题29 2341651.将硫酸亚铁溶液和硫酸铵溶液按溶质物质的量之比为1∶1混合,加热浓缩,再冷却结晶,最先析出的晶体是 ( )A.硫酸亚铁B.硫酸铵C.硫酸亚铁铵D.硫酸亚铁和硫酸铵的混合晶体 答案解析解析关闭由于复盐在水中的溶解度比组成它的每一种盐都要小,因此,将硫酸亚铁溶液和硫酸铵溶液按溶质物质的量之比为1∶1混合,加热浓缩,冷却结晶,最先析出的晶体是硫酸亚铁铵。
答案解析关闭C30 2341652.用倾析法进行分离适用于( )A.沉淀的结晶颗粒较小B.沉淀的结晶颗粒较大C.沉淀不容易沉降D.沉淀的质量较小 答案解析解析关闭当沉淀的结晶颗粒较大,静置后容易沉降至容器底部时,常用倾析法(也称倾注法)进行分离 答案解析关闭B31 2341653.工业上用硫酸和废铁屑制备硫酸亚铁时,为了提高产品的质量,常采取的措施是( )A.硫酸过量B.铁屑过量C.硫酸和铁的物质的量之比为1∶1D.需要用浓硫酸 答案解析解析关闭 答案解析关闭32 2341654.常温下把水杨酸加入到下列物质中:①乙酸酐;②NaHCO3溶液;③FeCl3溶液;④乙醇发生化学反应且有明显实验现象产生的是( )A.①② B.②③C.③④D.①②③④ 答案解析解析关闭水杨酸与NaHCO3溶液反应产生CO2气体,与FeCl3溶液反应使溶液呈深紫色 答案解析关闭B33 2341655.(2016·10·稽阳联考)以苯甲醛为原料,通过Cannizzaro反应来制备苯甲醇和苯甲酸,反应式为:主反应:34 234165主要物料的物理常数如下表: 35 234165实验步骤: (1)仪器A的作用是 。
(2)蒸馏操作时温度应该控制在 左右获得产品乙时进行的操作Ⅱ的名称是 (3)①上层溶液1中除乙醚外主要有机杂质是 、 洗涤时先后用到了饱和NaHSO3溶液、10%的NaHCO3溶液和水36 234165②洗涤操作在 中进行 a.烧杯b.布氏漏斗c.烧瓶d.分液漏斗③加入10%的NaHCO3溶液至 (填现象)时说明杂质已被除尽 (4)若产品甲的质量为5.40 g,则产品甲的产率是 答案解析解析关闭(1)仪器A为冷凝管,作用是冷凝回流2)蒸馏操作为了得到产品甲,由表格中相关信息可知,乙醚萃取后上层溶液为苯甲醇的乙醚溶液,蒸馏时应该控制在205 ℃左右;下层溶液2主要成分为苯甲酸钠溶液,加入浓盐酸后转化成苯甲酸结晶析出,因此操作Ⅱ为过滤操作,也可以是抽滤或减压过滤;(3)上层溶液1中的杂质主要有苯甲醛和苯甲酸,在蒸馏前需要除杂,由于乙醚不溶于水,因此洗涤操作需要在分液漏斗中进行,饱和NaHSO3溶液、10%的NaHCO3溶液分别是为了除去苯甲醛和苯甲酸,因此当没有气泡产生时,即苯甲酸已经除尽;(4)苯甲醇的理论产量为[(15×1.04)/106]÷2×108=7.95 g,产率为5.40/7.95=67.9%。
答案解析关闭(1)冷凝回流(2)205 ℃ 抽滤(过滤、减压过滤)(3)①苯甲醛 苯甲酸②d③无气泡生成(4)67.9%37 2341656.阿司匹林(乙酰水杨酸)是由水杨酸和乙酸酐合成的: 在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子间也能发生聚合反应,生成少量聚合物(副产物)合成乙酰水杨酸的实验步骤如下:①向150 mL干燥锥形瓶中加入2.0 g水杨酸、5 mL乙酸酐(密度1.08 g·mL-1)和5滴浓硫酸,振荡,待其溶解后,控制温度在85~90 ℃条件下反应5~10 min然后冷却,即有乙酰水杨酸晶体析出②减压过滤,用滤液淋洗锥形瓶,直至所有晶体被收集到布氏漏斗中抽滤时用少量冷水洗涤晶体几次,继续抽滤,尽量将溶剂抽干然后将粗产品转移至表面皿上,在空气中风干38 234165③将粗产品置于100 mL烧杯中,搅拌并缓慢加入25 mL饱和碳酸氢钠溶液,加完后继续搅拌2~3分钟,直到没有二氧化碳气体产生为止过滤,用5~10 mL蒸馏水洗涤沉淀,合并滤液于烧杯中,不断搅拌,慢慢加入15 mL 4 mol·L-1盐酸,将烧杯置于冷水中冷却,即有晶体析出抽滤,用冷水洗涤晶体1~2次,再抽干水分,即得产品(纯净物)1.9 g。
请回答下列问题:(1)第①步中,要控制反应温度在85~90 ℃,应采用 加热方法用这种加热方法需要的玻璃仪器有 (2)在第②步中,用冷水洗涤晶体,其目的是 (3)第③步中,加入碳酸氢钠的作用是 ; 加入盐酸的作用是 (4)如何检验产品中是否混有水杨酸? (5)试计算本次合成阿司匹林的产率为 (保留两位有效数字) 答案解析解析关闭 答案解析关闭39 。