有机实验题解题策略

2018-07-20吉林

教学考试(高考化学) 2018年4期

关键词：戊醇分液浓硫酸

吉林

王永波牛雁昭

有机实验题是化学实验的难点，题目通常以有机物的制备和分离提纯为背景，通过信息和基础知识的使用及衍变综合考查学生的化学学科素养。

本文从一道高考有机实验题的命题特点谈起，剖析有机实验题解题的问题设置角度，探讨解题策略。

【典型题例】(2014·全国卷Ⅰ，26题)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：

相对分子质量密度/(g·cm-3)沸点/℃水中溶解性异戊醇880.812 3131微溶乙酸601.049 2118溶乙酸异戊酯1300.867 0142难溶

实验步骤：

在A中加入4.4 g的异戊醇，6.0 g乙酸、数滴浓硫酸和2～3片碎瓷片，开始缓慢加热A，回流50 min，反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，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MgSO4固体，静置片刻，过滤除去MgSO4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)装置B的名称是_____________________。

(2)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_______________。

(3)在洗涤、分液操作中，应充分振荡，然后静置，待分层后_____________(填标号)。

A．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的上口倒出

B．直接将乙酸异戊酯从分液漏斗的下口放出

C．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从下口放出

D．先将水层从分液漏斗的下口放出，再将乙酸异戊酯从上口倒出

(4)本实验中加入过量乙酸的目的是_______________________________。

(5)实验中加入少量无水MgSO4的目的是_________________________________________。

(6)在蒸馏操作中，仪器选择及安装都正确的是 _______(填标号)。

(7)本实验的产率是___________(填标号)。

A．30% B．40%

C．60% D．90%

(8)在进行蒸馏操作时，若从130℃便开始收集馏分，会使实验的产率偏______(填“高”或“低”)，其原因是________________。

【参考答案】(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分浓硫酸和醋酸洗掉碳酸氢钠 (3)D (4)提高异戊醇的转化率 (5)干燥 (6)b (7)C (8)高会收集到少量未反应的异戊醇

分析以上8个问题，同时结合近十年全国各地高考题可推知有机实验题的命题设置角度如下：

1．仪器名称和使用方法

第(1)小题问装置B的名称，即考查球形冷凝管。由此看出我们要掌握常见仪器的名称和作用，如圆底烧瓶、蒸馏烧瓶、三颈烧瓶、温度计、球(梨)形分液漏斗、直(球、蛇)形冷凝管等。对于不常见仪器也要有所了解，能根据题中所给信息分析其原理。如三颈烧瓶、恒压分液漏斗、分水器、真空尾接管 (接收器)、布氏漏斗 (吸滤瓶)等。第(6)小题选择蒸馏操作中仪器的选择及安装正确的选项，在熟练掌握仪器名称的同时也要熟悉该仪器涉及的实验操作，如常见的萃取、分液、蒸馏等实验。

2．试剂和用品的选择

在酯化反应或苯的溴代反应等实验题中会考查试剂的混合顺序。本题也可以增加乙酸、异戊醇和浓硫酸的混合顺序等问题。解题时抓住教材中实验原型如乙酸乙酯的制取、实验室制乙烯、卤代烃的水解反应和消去反应、苯的硝化和溴代反应、醇的催化氧化反应等。实验中常涉及浓硫酸和其他试剂的混合，要遵循“酸入水”的原则。试题中也会考查浓硫酸、碎瓷片等在实验中的作用。浓硫酸在酯化反应中作催化剂和吸水剂，在消去反应中作脱水剂。碎瓷片的作用为防止暴沸，若实验过程中发现未加碎瓷片应该冷却后补加。

商鞅变法是我国历史上较为彻底、较为成功的改革，实现其最初提出的富国强兵的目标，为此后秦国灭亡六国、统一中国奠定了基础。如上所述，商鞅变法中大部分内容涉及财政改革，从财政角度分析研究商鞅变法，汲取其变法的经验教训，对当前深化财政改革具有现实意义。

3．提高速率和转化率的措施

第(4)小题问本实验中加入过量乙酸的目的，考点是如何提高可逆反应的转化率。解题时结合化学反应原理进行分析，如一种反应物过量、用分水器分离出酯化反应生成的水。加快反应速率的方法有：加入催化剂、加热、搅拌等。

4．副反应及杂质的判断

这一部分要结合有机物的性质综合分析，如醇在发生消去反应时发生分子间脱水可能生成醚。

5．分离提纯的一般方法

第(2)、(3)、(5)三个小题均考查乙酸异戊酯的分离提纯，可见有机物的分离提纯是有机实验的重要考点，因此要熟悉分离提纯有机物的一般过程。本题中制取的乙酸异戊酯中含有异戊醇、乙酸、硫酸、水等杂质，加水除去硫酸和少量乙酸后分液，再加饱和碳酸氢钠除去少量的硫酸和乙酸再分液，再次加水洗去碳酸氢钠和乙酸钠后分液，加入无水硫酸镁固体吸收水分，过滤除去硫酸镁固体之后蒸馏，可得乙酸异戊酯。根据以上分析可以总结出有机物分离提纯的一般过程如下：

熟悉常见有机物分离提纯的一般过程，明确每一步所加试剂及其目的，如溴苯、硝基苯的提纯都是同样的思路。了解常见干燥剂(无水氯化钙、硫酸镁、硫酸钠等无水盐)的作用为吸收有机物中的水。分离提纯过程中通常使用的方法要结合物质的物理性质，对于陌生物质要借助题中所给的密度、沸点、溶解度等信息进行综合分析。一般液体混合物常用分液、蒸馏、萃取等方法；固体混合物常用过滤、重结晶(如苯甲酸的提纯)等方法；气体混合物常用洗气法，如除去甲烷中的乙烯、乙炔可使气体通过盛有溴水的洗气瓶。

第(7)、(8)两小题是关于产率的问题，可见有机物分离提纯结束后往往会涉及产率的计算及产率偏高或偏低的原因分析。根据题中所给信息计算理论产量，再用实际产量除以理论产量即得产率，用百分数表示，注意题目中对于有效数字的要求。

在有机物分离提纯这一环节中的问题通常有原因、成分、所需试剂、仪器的使用、操作名称，因此，在教学过程中，教师应引导学生亲自做实验，熟练掌握实验基本操作，回答问题时要结合题中所给信息进行分析与解答。

在日常教学活动中，无论教师的教还是学生的学都不能就题论题，对于一道经典实验题要分析可能设置问题的角度，从而引导学生充分复习有机实验常见考点和解题策略。下面以2013年全国卷Ⅱ第26题为例进行多角度设置问题。

【典型题例】(2013·全国卷Ⅱ，26题改编)正丁醛是一种化工原料。某实验小组利用如下装置合成正丁醛。

反应物和产物的相关数据列表如下：

沸点/℃密度/(g·cm-3)水中溶解性正丁醇117.20.810 9微溶正丁醛75.70.801 7微溶

所需试剂：6.0 g Na2Cr2O7、30 mL水，5 mL浓硫酸、4.0 g正丁醇。

实验步骤：将6.0 g Na2Cr2O7放入100 mL烧杯中，加30 mL水溶解，再缓慢加入5 mL浓H2SO4，将所得溶液小心转移至B中。在A中加入4.0 g正丁醇和几粒沸石，点燃酒精灯加热，当有蒸气出现时，开始滴加B中溶液。滴加过程中保持反应温度为90～95℃，在E中收集90℃以下的馏分。将馏出物倒入分液漏斗中，分去水层，有机层干燥后蒸馏，收集75～77℃馏分，产量2.0 g。

【设置问题】

(1)仪器的名称和使用：可以问分液漏斗、直形冷凝管、牛角管的名称，冷凝水的进出方向，温度计C1和C2的作用，烧瓶的最佳体积。

水的进出方向为下进上出；C1测试反应液温度，C2测试蒸馏温度，烧瓶的体积最好是100 mL。

(2)硫酸的作用是什么？

提供氢离子，酸化Na2Cr2O7，提高Na2Cr2O7的氧化性。

(3)A和B中分别盛放的试剂是什么，能否调换？

A中盛放正丁醇，B中盛放酸化Na2Cr2O7溶液。不能调换，根据酒精检测仪原理进行分析，如果A中加氧化剂会使氧化剂过量，直接将醇氧化成酸，而得不到醛。

(4) 试剂的混合：实验中，能否将Na2Cr2O7溶液加到浓硫酸中，说明理由。

不能，因为浓硫酸溶于水显著放热，要将酸缓慢加入水中，边加边搅拌。

(5)加入沸石的作用是什么？若加热后发现未加沸石，应采取的正确方法是什么？

沸石的作用是防止暴沸，若实验中忘加沸石应停止实验，冷却后补加。

(6)分析反应过程中可能发生的副反应。