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有机制备实验命题透析

来源:未知作者:吴琼 点击:所属专题: 有机物制备
有机制备实验题常以物质制备为载体,考查化学实 验的基本仪器、基本操作和实验注意事项。这类题目情 境新颖,信息贵大,覆盖的知识广泛,能很好地反映学生 基本知识和基本技能的掌握情况,也能很好地考查学生 的综合分析能力,是近几年高考命题的热点。以浙江省 为例,2

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有机制备实验题常以物质制备为载体,考查化学实 验的基本仪器、基本操作和实验注意事项。这类题目情 境新颖,信息贵大,覆盖的知识广泛,能很好地反映学生 基本知识和基本技能的掌握情况,也能很好地考查学生 的综合分析能力,是近几年高考命题的热点。以浙江省 为例,2011年〜2012年的髙考理综第28题都是关于有 机制备的实验题,所以有机制备实验是高考复习中需要 突破的重点和难点。

一、有机制备实验的命题思想

教材中乙酸乙酯的制备是一个经典实验,对于高三 学生虽无新意,但其中体现的制备思想却值得迁 移借鉴。

【经典回顾】如图1 所示,向一支试管中加入3 mL 乙醇,然后边摇 动试管边慢慢加入2 mL 浓硫酸和2 mL 冰醋酸。

有机制备实验命题透析

按图1所示连接好装置。

用酒精灯小心均匀地加 热试管3 min〜5 min,产生蒸汽经导管通到饱和碳酸钠 溶液的液面上。用酒精灯小心均匀加热可以减少原料 蒸出损失,提高转化率。浓硫酸作催化剂和吸水剂可以 增大反应速率并促进平衡正向移动。产品用饱和碳酸钠 溶液接收可以减少乙酸乙酯的溶解损失,最终提髙产率, 同时可以溶解乙醇、吸收乙酸、提高乙酸乙酯的纯度。

【装置改进】如图2所示,

有机制备实验命题透析

加料于三颈烧瓶中并水浴加 热,先打开K1关闭K2,控制温 度在85 T左右,回流一段时间 后关闭K1打开K2收集产品。

冷凝回流装置可更好地避免加热时醇、羧酸一起蒸出,水浴加 热保持恒温有利于减少副反 应,提高原料利用率并加快反 应速率。回流结束后关闭K1;打开K2,蒸馏收集到的产 品纯度更高。通过不同催化剂对反应时 间影响的比较,可用NaHSO4 • H2O作催 化剂,其来源广泛,价格便宜, NaHSO4 • H2O最后沉淀容易分离,且效 果比浓硫酸更好。所以制备实验考虑的 焦点往往是如何多出产品、快出产品、出 好产品。命题中很多问题的设置也围绕这几点展开。

1.多出产品

【典例1】使用分水器:乙酸正丁酯 制备装置如图3所示。

有机制备实验命题透析

加热回流过程 中,水通过冷凝回流进入分水器,再通过分水器下部的旋塞不断分出生成的水,促进平衡正向移 动,提高原料利用率。同时通过观察水层高度是否变化 来判断反应的终点。

【典例2】温度选择:乙酰苯胺制备原理如下:

有机制备实验命题透析


相关物质的部分物理性质如附表所示。 附表物质的性质

有机制备实验命题透析

有机制备实验命题透析



装置如图5所示,

有机制备实验命题透析

柱顶温度维持 105 ℃的主要原因需要结合表中数据 综合分析:温度过低不能将水蒸出,降 低产率;温度过髙,冰醋酸也被蒸出,降 低原料的利用率。冰醋酸的用量比苯 胺大得多的目的是提高苯胺转化率。

有机制备实验中往往加大其中一种来 源广泛、价格相对便宜的原料用量,促进另一种原料充分转化,提高产率。

【典例3】减少产品损失:如洗涤产 品时,需结合各物质的溶解性情况合理 选择洗涤剂,减少洗涤过程中产品的损 失。再如某些产品合成后与水层分离,但其在水层中仍 有残留,需要另一种溶剂(如有机制备实验命题透析乙醚)多次萃取合并后进行 后续处理,目的都是为了提高产率。

2.快出产品

很多有机反应速率缓慢,需要加入合适的催化剂或 维持一定温度才能进行。对比不同催化剂对同一反应 的催化效果或同一催化剂对同一反应在不同环境下的 催化效果等,往往需要综合分析题给数据或图表,提取 有用信息后做出正确判断。

3.出好产品

(1)合理控制反应条件,减少副反应发生。

有机反应的反应条件(如温度、溶剂、催化剂)改变, 反应产物可能会随之改变,控制反应条件在有机反应中 显得尤为重要。教材中很多实验需要控制温度,如用浓 硫酸做催化剂制乙烯、制硝基苯等,很多有机制备实验 用恒温水浴控制温度的一个原因就是为了减少副反应 发生。再如用乙酵和溴化氢制溴乙烷中,浓硫酸先稀释 得到较浓硫酸,可以减弱其强氧化性和脱水性,减少生 成溴单质及乙醚等副产物。

【典例4】2012年浙江理综28题实验室制备苯乙酮 节选。

有机制备实验命题透析


制备过程中还有CH3COOH+AlCl3→ CH3COOAlCl2 + HCl 等副反应。

装置如图6所示,在三颈烧瓶中加入20 g 无水AlCl3和30 mL 无水苯。为避免反应液升温过快,边搅拌边慢慢 滴加6 mL 乙有机制备实验命题透析酸酐和10 mL 无水苯的混合液,控制滴加速 率,使反成液缓缓回流。滴加完毕后加热回流1 H。

①合成过程中要求无水操作,理由是防止氯化铝和乙酸酐水解。(装置中的干燥管可以防止外界水蒸气进入,保证无水环境)

有机制备实验命题透析

②若将乙酸酐和苯的混合液一次性倒入三颈瓶,可 能导致(A、D)。

A.反应太剧烈

B.液体太多搅不动

C.反应变缓慢

D.副产物增多

(2)有效分离产品中的杂质,提髙纯度。

产品中可能的杂质主要来源有三个:一是未完全反应的原料,包括催化剂;二是生成物中的其他物质;三是 副反应产物。如用水杨酸乙酰化实验制得的阿司匹林 中可能混有水杨酸(原料)和水杨酸聚合物(副反应产 物)。加入碳酸氢钠溶液直至没有气泡产生,过滤除去 水杨酸聚合物。滤液用盐酸酸化置于冷水浴中冷却,析 出晶体阿司匹林。若晶体纯度不符合要求,可以再重结 晶除去部分水杨酸。分离提纯需综合分析组分的化学 性质、物理性质,特别是在不同溶剂中的溶解性情况及 熔沸点差异,选择合理的操作如萃取分液、过滤、蒸馏 等。如苯甲酸钠溶液酸化后析出苯甲酸选择什么操作 提取产品,就需要关注苯甲酸的熔点及在水中的溶解 度,判断出常温下其在水中溶解度不大且以固体形式析 出,从而选择过滤而不是分液。还有用蒸馏操作获得产 品时,如何选择合适温度收集产品。再如某些产品中加 入无水硫酸镁吸水干燥,或加入活性炭脱色等都是为了提髙产品的品质和纯度。

二、有机制备实验的命题设想及分析思路

命题设想及分析思路见图7。

有机制备实验命题透析

根据官能团性质分析发生的反应,同时分析出可能 的杂质。根据反应条件、原料和产物的物理性质合理选 择装置,同时兼顾简便、安全、环保原则。分离提纯需综 合分析组分的化学性质、物理性质,特别是溶解情况、熔 沸点差异(通常以信息呈现),合理选择操作,同时熟悉 操作细节。

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