有机化学制备实验分析

有机化学制备实验分析
有机化学制备实验
⼀、知识回顾与记忆
有机化学制备实验的基本步骤及实验装置：
反应装置——回流（1）反应装置——回流（2）反应装置——回流（3）
分离装置——蒸馏（1）分离装置——蒸馏（2）分离装置——分馏
反应及蒸馏全套装置洗涤装置抽滤装置
制⼄烯简易装置制溴苯简易装置制⼄酸⼄酯简易装置
⼆、⽅法掌握与训练
以溴苯的制取为例理解有机制备实验的基本过程：
1. 反应原理：
其中铁粉作为催化剂，也可以⽤FeCl3作为催化剂。

若采⽤FeCl3作催化剂，反应必需加热。

为什么⽤铁粉作催化剂可以不必加热？
2. 反应装置：有机反应的时间⽐较长，可以选⽤上述的那种装置进⾏反应？。

烧瓶中加⼊的物质为。

3. 反应后，反应容器中的混合物有，因此需要除杂分离，得到产品。

（1）抽滤：除去铁粉。

可以选⽤上述的那种装置？。

为什么⽤抽滤⽽不⽤过滤？。

（2）⽔洗：加⼊⽔，溶解FeCl3（或FeBr3）及部分尚未反应的Br2，⽤分液漏⽃分离得到（上层、下层）液体。

（3）碱洗：加⼊2.5mol·L-1 NaOH溶液，除去溶解在产品中尚未反应的Br2，反应⽅程式为：。

⽤分液漏⽃分离得到下层液体。

为什么不直接碱洗⽽先⽔洗？。

（4）⽔洗：再次⽔洗，除去。

（5）⼲燥：⽤CaCl2作为⼲燥剂，静置⼲燥，除去粗产品中少量的⽔分。

（6）蒸馏：得到的产品中溶解有部分尚未反应的苯，要⽤蒸馏操作进⾏分离。

将⼲燥后的粗产品滤⼊50mL的蒸馏烧瓶中，加⼊，⽤⽔浴蒸馏回收苯。

然后⽤⽯棉⽹⼩⽕加热继续蒸馏，当温度升⾄135℃时，改⽤空⽓冷凝管，收集140℃～170℃的馏分，将该馏分再次蒸馏，收集153℃～156℃的馏分，即得纯的溴苯。

三、能⼒提升与练习
实验室制备1,2⼆溴⼄浣的反应原理如下：①CH3CH2OH CH2===CH2 ②CH2===CH2＋Br2→BrCH2CH2Br（1,2－⼆溴⼄烷）
可能存在的主要副反应有：⼄醇在浓硫酸的存在下在140 ℃脱⽔⽣成⼄醚
⽤少量溴和⾜量的⼄醇制备1,2－⼆溴⼄烷的装置如下图所⽰：有关数据列表如下：
（1）在此实验中，要迅速地把反应温度提⾼到170 ℃左右，其最主要⽬的是______；
a．引发反应b．加快反应速度c．防⽌⼄醇挥发d．减少副产物⼄醚⽣成
（2）在装置C中应加⼊______，其⽬的是吸收反应中可能⽣成的酸性⽓体；
a．⽔b．浓硫酸c．氢氧化钠溶液d．饱和碳酸氢钠溶液
（3）判断该制备反应已经结束的最简单⽅法是_____________________________________.
（4）将1,2－⼆溴⼄浣粗产品置于分液漏⽃中加⽔，振荡后产物应在________层(填“上”、“下”)；
（5）若产物中有少量未反应的Br2，最好⽤______洗涤除去；
a．⽔b．氢氧化钠溶液c．碘化钠溶液d．⼄醇
（6）若产物中有少量副产物⼄醚，可⽤______的⽅法除去；
（7）反应过程中应⽤冷⽔冷却装置D，其主要⽬的是__________________________；
但⼜不能过度冷却(如⽤冰⽔)，其原因是__________________________________________。

【解析】（1）⼄醇在浓硫酸140℃的条件下，发⽣分⼦内脱⽔，⽣成⼄醚。

（2）浓硫酸具有强氧化性，将⼄醇氧化成⼆氧化碳，⾃⾝被还原成⼆氧化硫，⼆氧化碳、⼆氧化硫能和氢氧化钠溶液反应。

（3）⼄烯和溴⽔发⽣加成反应⽣成1，2-⼆溴⼄烷，1，2-⼆溴⼄烷为⽆⾊。

（4）1，2-⼆溴⼄烷和⽔不互溶，1，2-⼆溴⼄烷密度⽐⽔⼤。

（5）常温下Br2和氢氧化钠发⽣反应：2NaOH+Br2═NaBr+NaBrO+H2O。

（6）1，2-⼆溴⼄烷与⼄醚的沸点不同，两者均为有机物，互溶，⽤蒸馏的⽅法将它们分离。

（7）溴在常温下，易挥发，⼄烯与溴反应时放热，溴更易挥发，冷却可避免溴的⼤量挥发，但1，2-⼆溴⼄烷的凝固点9℃较低，不能过度冷却。

【答案】（1）d；（2）c；（3）溴的颜⾊完全褪去；（4）下；（5）b；（6）蒸馏；
（7）⼄烯与溴反应时放热，冷却可避免溴的⼤量挥发；1，2-⼆溴⼄烷的凝固点较低（9℃），过度冷却会使其凝固⽽使⽓路堵塞。

校本作业
1．为了证明液溴与苯发⽣的反应是取代反应，有如图所⽰装置。

则装置A中盛有的物质是
A．⽔B．NaOH溶液C．CCl4D．NaI溶液
2．常见的⼀硝基甲苯有对硝基甲苯和邻硝基甲苯两种，均可⽤于合成各种染料。

某探究⼩组利⽤下列反应和装置制备⼀硝基甲苯。

实验步骤：
①按体积⽐1：3配制浓硫酸与浓硝酸混合物40mL；
②在三颈瓶中加⼊15 mL(13g)甲苯，按图所⽰装好药品和其他仪器；
③向三颈瓶中加⼊混酸，并不断搅拌（磁⼒搅拌器已略去）；
④控制温度约为50℃，反应⼤约10 min，三颈瓶底有⼤量淡黄⾊油状液体出现；
⑤分离出⼀硝基甲苯的总质量13.60 g。

实验中可能⽤到的数据：
请回答下列问题：
（1）配制混酸的⽅法是。

反应中需不断搅拌，⽬的是。

（2）仪器A的名称是，使⽤该仪器前必须进⾏的操作是。

（3）若实验后在三颈瓶中收集到的产物较少，可能的原因是。

（4）分离反应后产物的⽅案如下：
其中，操作1的名称为，操作2中需要使⽤下列仪器中的（填序号）。

a．冷凝管b．酒精灯c．温度计d．分液漏⽃e．蒸发⽫
（5）该实验中⼀硝基甲苯的产率为（保留两位有效数字）。

（1）分别量取10 mL和30 mL的浓硫酸和浓硝酸，将浓硝酸倒⼊烧杯中，浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注⼊，并不断搅拌（2分）使反应充分进⾏，并防⽌温度过⾼有其他副产物⽣成（2分）（2）分液漏⽃（1分）检查是否漏液（1分）
（3）温度过⾼，导致HNO3⼤量挥发（或其他合理答案）（2分）（4）分液（1分）abc（2分）（5）70%（3分）
3．三苯甲醇(C6H5)3C-OH是⼀种重要的化⼯原料和医药中间体。

实验室合成三苯甲醇的实验装置如图所⽰。

已知：
①过程中⽣成的中间物质格⽒试剂易发⽣⽔解反应；
②部分相关物质的沸点如下：
物质沸点/℃
三苯甲醇380
⼄醚34.6
溴苯156.2
③三苯甲醇的相对分⼦质量为260。

请回答下列问题：
（1）装置中玻璃仪器B的名称为；装有⽆⽔CaCl2的仪器A的作⽤是。

（2）装置中滴加液体未⽤普通分液漏⽃⽽⽤滴液漏⽃的作⽤是；
制取格⽒试剂时要保持温度约为40℃，可以采⽤加热⽅式。

（3）制得的三苯甲醇粗产品中含有⼄醚、溴苯、氯化铵等杂质，可以设计如下提纯⽅案：
其中，操作①的名称是；洗涤液最好选⽤（填字母序号）。

a．⽔b．⼄醚c．⼄醇d．苯
检验产品已经洗涤⼲净的操作为。

（4）纯度测定：称取2.60 g产品，配成⼄醚溶液，加⼊⾜量⾦属钠（⼄醚与钠不反应），充分反应后，测得⽣成的⽓体在标准状况
下的体积为100.80 mL。

则产品中三苯甲醇的质量分数为。

(1)冷凝管（2分）防⽌空⽓中的⽔蒸⽓进⼊装置，使格式试剂⽔解（2分）（2）平衡压强，便于漏⽃内试剂滴下⽔浴
（3）蒸馏或分馏 A 取少量最后⼀次洗涤液于试管中，滴加硝酸银溶液，若⽆沉淀⽣成，则已洗涤⼲净（4）90%
4．苯甲酸⼴泛应⽤于制药和化⼯⾏业，某同学尝试⽤甲苯的氧化反应制备苯甲酸。

反应原理（如图）：
已知甲苯的熔点为﹣95°C，沸点为110.6°C，易挥发，密度为0.866g/cm3；苯甲酸的熔点为122.4°C，在25°C和95°C下溶解度分别为0.3g和6.9g．
【制备产品】将30.0mL甲苯和25.0mL1mol/L⾼锰酸钾溶液在100°C下反应30min，装置如图1所⽰．
（1）图中冷凝管的进⽔⼝为（填“a”或“b”）。

⽀管的作⽤是．
（2）在本实验中，三颈烧瓶最合适的容积是（填字母）．
A．50mL B．100mL C．200mL D．250mL
相对于⽤酒精灯直接加热，⽤沸⽔浴加热的优点是．
【分离产品】该同学设计如下流程分离粗产品苯甲酸和回收甲苯（如图2）．
（3）操作Ⅰ的名称是；含有杂质的产物经操作Ⅱ进⼀步提纯得⽆⾊液体甲苯，则操作Ⅱ的名称是．（4）测定⽩⾊固体的熔点，发现其在115°C开始熔化，达到130°C时仍有少量不熔．该同学推测⽩⾊固体是苯甲酸与KCl的混合物，设计了如下⽅案进⾏提纯和检验，实验结果表明推测正确，请完成表中内容
序号实验⽅案实验现象结论
①将⽩⾊固体加⼊⽔中，加热溶解，．得到⽩⾊晶体和⽆⾊溶液╲
②取少量滤液于试管中，．⽣成⽩⾊沉淀滤液含Cl﹣
③⼲燥⽩⾊晶体，．⽩⾊晶体是苯甲酸
【纯度测定】称取1.220g⽩⾊晶体，配成100mL甲醇溶液，取25.00mL溶液，⽤0.1000mol/LKOH标准溶液滴定，重复滴定四
次，每次消耗的体积如下表所⽰。

第⼀次第⼆次第三次第四次
体积（mL）24.00 24.10 22.40 23.90
（5）滴定操作中，如果对装有KOH标准溶液的滴定管读数时，滴定前仰视，滴定后俯视则测定结果（填“偏⼤”、“偏⼩”
或“不变”）．计算样品中苯甲酸纯度为．
（1）分液（1分），分液漏⽃、烧杯等（1分）；蒸馏（1分）
（2）甲苯（1分）；酸性KMnO4溶液（1分），溶液褪⾊（1分）（3）
序号实验⽅案实验现象结论
①将⽩⾊固体B加⼊⽔中加热，溶解，冷却结晶、过滤得到⽩⾊晶体和⽆⾊溶液
②取少量滤液于试管中，滴⼊2-3滴硝酸酸化的AgNO3溶液⽣成⽩⾊沉淀滤液含有Cl-
③⼲燥⽩⾊晶体，加热使其融化，测其熔点熔点为122.4℃（2分）⽩⾊晶体是苯甲酸
（4）(2.40×10-3×122×4)/1.22（2分）；96%（2分）
5．溴⼄烷是⼀种重要的有机化⼯原料，制备溴⼄烷的原料有95% ⼄醇、80%硫酸、研细的溴化钠粉末和⼏
粒碎瓷⽚。

某课外⼩组欲在实验室制备溴⼄烷的装置如图。

该反应的原理如下：NaBr+H2SO4→NaHSO4+HBr
CH3CH2OH+HBr CH3CH2Br+H2O
数据如表：
⼄醇溴⼄烷1，2﹣⼆溴⼄烷⼄醚浓硫酸
物质
数据
密度/g·cm-30.79 1.46 2.2 0.71 1.84
熔点（℃）﹣130 ﹣119 9 ﹣116 10
沸点（℃）78.5 38.4 132 34.6 338
在⽔中的溶解度（g/100g⽔）互溶0.914 1 7.5 互溶
请回答下列问题：
（1）加⼊药品之前须做的操作是：，实验进⾏的途中若发现未加⼊碎瓷⽚，其处理的⽅法是．（2）装置B的作⽤是除了使溴⼄烷馏出，还有⼀个⽬的是．温度计的温度应控制在之间．（3）反应时有可能⽣成SO2和⼀种红棕⾊⽓体，可选择氢氧化钠溶液除去该⽓体，有关的离⼦⽅程式是
，此操作可在（填写玻璃仪器名称）中进⾏，同时进⾏分离。

（4）实验中采⽤80%硫酸，⽽不能⽤98%浓硫酸，⼀⽅⾯是为了减少副反应，另⼀⽅⾯是为了。

（5）粗产品中含有的主要有机液体杂质是，为进⼀步制得纯净的溴⼄烷，对粗产品进⾏⽔洗涤、分液，再加⼊⽆⽔CaCl2，进⾏操作．
（1）检查装置的⽓密性；待冷却后重新进⾏操作；（2）冷凝回流；38.4℃～78.5℃；
（3）SO2+2OH-=SO32-+H2O；Br2+2OH-=Br-+BrO-+H2O；分液漏⽃；
（4）浓硫酸具有强氧化性，能氧化溴化氢，同时浓硫酸溶于⽔，放出⼤量的热，促进溴化氢⽓体的挥发，所以实验中采⽤浓度较低的80%硫酸，故答案为：防⽌溴化氢⽓体的挥发；（5）⼄醚；蒸馏；
6. ⼰⼆酸是⼀种重要的有机⼆元酸，主要⽤于制造尼龙66纤维和尼龙66树脂，在实验室中可通过环⼰醇的氧化反应来制备。

反应原理：
+8HNO 3→⼀定条件
3HOOC(CH 2)4COOH+8NO ↑+7H 2O
反应装置（部分夹持装置和热源已省略）如图所⽰。

实验步骤：
I. 在60mL 三颈烧瓶中加⼊16.0mL 50%硝酸（=ρ 1.31g·cm -1）和微量（0.01g ）偏钒酸铵，瓶的正⼝安装电动搅拌器，两侧⼝分别安装仪器a 和b 。

⽤仪器b 滴加5.3mL 环⼰醇，搅拌器⽤玻璃搅拌棒，仪器a 另⼀端连接⽓体吸收装置，⽤纯碱液作吸收溶液。

II. ⾸先将瓶内液体加热到50C ?左右，开动搅拌器，滴⼊环⼰醇（=ρ0.9624g·cm -1），使反应处于微沸状态，滴加
完毕后于90C ?左右⽔浴加热20分钟，⾄反应完毕。

III. 趁热倒出瓶中混合液于烧杯内，烧杯置于冰⽔浴中，静置冷却，析出产品，过滤，⽤少量冷⽔洗涤沉淀，⼲燥后称重。

IV .将粗产品在⽔中进⾏重结晶操作。

请回答下列问题：
（1）仪器a 的名称是_________________。

仪器b 在使⽤前应_________________。

（2）偏钒酸铵的作⽤是
_______________。

（3）反应完成后，趁热倒出反应液的⽬的是_____________________________。

（4）本实验中⼰⼆酸的理论产量为
______________g 。

（5）⽤纯碱液吸收尾⽓时发⽣的相关化学反应为：2NO 2+Na 2CO 3=NaNO 2+NaNO 3+CO 2 ① NO+NO 2+Na 2CO
3=2NaNO 2+NaNO 3+CO 2 ②现⽤1000g 质量分数为21.2%的纯碱吸收液吸收尾⽓，每产⽣22.4L （标准状况下）CO 2 时，吸收液质量就增加44g ，则吸收液中NaNO 2和NaNO 3的物质的量之⽐为_________。

（1）冷凝管（或球形冷凝管）；检查是否漏⽔（各1分）（2）催化剂（1分）
（3）反应刚结束的时候，反应液容易倒出，若任其冷却⾄室温，⼰⼆酸会结晶析出，不容易倒出，造成产品的损失（1分）（4）7.4（2分）（5）5:3（3分）
解析：（1）仪器a 的名称是冷凝管（或球形冷凝管）；仪器b 为分液漏⽃，在使⽤前应检查是否漏⽔。

（2）在此反应过程中利⽤了硝酸的强氧化性氧化环⼰醇得到⼰⼆酸，故偏钒酸铵的作⽤是催化剂。

（3）从题⽬中信息可知⼰⼆酸随着温度的降低溶解度减⼩，故当其冷却⾄室温时⼰⼆酸会结晶析出，不容易倒出，造成产品的损失，因此要趁热倒出反应液。

（4）m(HNO3)= 16.0mL×1.31g·cm-1×50%＝10.48g ，n(HNO3)= 10.48g/63g·mol=0.16mol ， m(环⼰
醇)=5.3mL×0.9624g·cm-1=5.1g ，n(环⼰醇)= 5.1g/100g·mol=0.051mol ，。