化学自习室移动版

一、甲烷的制备

1．药品：无水醋酸钠、碱石灰

2．反应原理：

CH₃COONa ＋ NaOHCH₄↑＋ Na₂CO₃(反应条件：催化剂：碱石灰，)取代反应(脱羧反应)

副反应：2CH₃COONa CH₃COCH₃↑＋ Na₂CO₃(反应条件：催化剂：碱石灰，)

3．装置类型及装置图：“固固加热型”，与氧气发生装置相同。

操作过程：安装→查气密性→加药品→加热→验纯→收集或点燃等→撤导管→熄灯

5．实验注意事项

①药品量1:3=NaAc:碱石灰

②研细混匀迅速装

③试管口微微向下倾斜防止水气冷凝后流到热的试管底部，使试管炸裂

④加热时，用外焰，先均匀加热试管底部，后集中加热，由中部向底部移动。

⑤加热时温度不能过高，防止发生副反应生成丙酮。点燃时一定要验纯，因混空气的甲烷易爆炸。

6．问题讨论

①为什么不能用结晶醋酸钠，或存放过久的碱石灰？

【答】该反应在无水条件下反应，结晶醋酸钠或存放过久的碱石灰中含水，不利于该反应的正常进行。

②碱石灰中各成分的作用是什么？

【答】碱石灰中氢氧化钠作反应物，生石灰作反应物的稀释防腐剂，吸水剂和疏松剂，即减少对玻璃试管的腐蚀，让反应顺利进行，气体易于逸出。

③点燃制备的气体，在玻璃尖嘴处和火焰中都有黄色，为什么？

【答】因为玻璃的成分含钠盐，焰色反应为黄色。另外，该反应有副产物丙酮，其燃烧的火焰为黄色。

④根据实验室制甲烷时反应物化学键断裂情况，推测苯甲酸钠固体与碱石灰共热的产物是(C)

A．苯酚 B．苯酚钠 C．苯 D．苯甲醇

⑤如何证明甲烷中含有C、H两元素？

【答】将甲烷气体导出点燃，在火焰的上方倒放一个干燥的烧杯罩住，若烧杯内壁变得模糊，说明有水蒸气凝结，水由氢、氧两元素组成，说明甲烷中含有氢元素；把烧杯倒转过来，向杯内注入少量澄清的石灰水，振荡，若变浑浊，说明有二氧化碳生成，即证明甲烷中含碳元素。

⑥如何收集甲烷气体

【答】根据甲烷不溶于水，比空气轻，实验室用排水法或向下排空气法收集甲烷。

二、乙烯的制备

1．药品：酒精、浓硫酸

2．反应原理：CH₃CH₂OHCH₂= CH₂↑＋ H₂O

副反应：CH₃CH₂OHCH₃CH₂OCH₂CH₃↑＋ H₂O

CH₃CH₂OH＋2H₂SO₄(浓)=2C＋2SO₂↑＋5H₂O

C＋2H₂SO₄(浓)=CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O

3．装置类型及装置图：“固液加热型”

4．操作过程：

安装(在铁架台上放酒精灯→据灯的外焰高度固定铁圈的位置→放石棉网→放烧瓶并夹住瓶颈固定在铁架台上→用带温度计和导气管的双孔胶塞塞紧瓶口→将导管伸入水槽中准备集气)→查气密性→加药品→加热→验纯→收集或点燃等→撤导管→熄灯

5．实验注意事项

①该实验中浓硫酸的作用是催化剂和脱水剂

②浓硫酸用量过量的原因是有利于脱水后吸水，使平衡向右移动，提高乙醇的转化率。

③温度计的使用方法：将温度计的水银球置于反应液中，水银球不触底不悬空。测量并控制反应的温度在170℃左右。

④加热温度不能过高或偏低的原因是：升温慢或温度偏低，会发生副反应，生成乙醚；温度过高，乙醇易炭化变黑，并产生大量泡沫，实验难以顺利进行。

⑤加热时，烧瓶中加碎瓷片的作用是防止加热液体暴沸

⑥收集乙烯的方法是排水法。不能用排空气法。因乙烯不溶于水，比空气略轻。

⑦制得的乙烯气体中可能含有哪些杂质，如何提纯？

【答】生成的乙烯中通常含有CO₂、SO₂、H₂O、乙醇和乙醚等。可用碱石灰吸收酸性气体和水。

⑧实验室制取乙烯常因温度过高溶液炭化生成二氧化硫，设计一实验确证制得的混合气中含有乙烯和二氧化硫。

【答】实验设计如右图。确证存在二氧化硫的现象是Ⅰ中

品红褪色；确证制得的混合气中含有乙烯的现象是Ⅲ中品红溶液不褪色，Ⅳ中酸性高锰酸钾褪色。

三、乙炔的制备

1．药品：电石、饱和食盐水

2．反应原理：CaC₂＋2H₂O→CH≡CH↑＋ Ca(OH)₂

副反应：CaS＋ 2H₂O=H₂S↑＋ Ca(OH)₂

3．装置图：固液不加热型

4．操作过程：安装→查气密性→加药品(先固体后液体)→滴加水→收集验纯→收集或点燃等性质实验→无气体时关闭活塞

5．实验注意事项

①电石与水反应剧烈，放热且生成的浆状物会堵塞容器，不能用启普发生器制备。②为了得到平稳的气流，电石用块状不用粉末，减小接触面，减缓反应速率，不用长颈漏斗而用分液漏斗，控制加水速率，用饱和食盐水不用水，使反应平稳，用容积大点的烧瓶或加缓冲瓶。

③纯净的乙炔是无色无味的气体，用电石(电石不纯，含硫化钙等)制备的乙炔常常混有硫化氢等而有特殊难闻的气味，一般用碱性溶液或硫酸铜溶液洗气除去。

④乙炔的收集方法：排水法或向下排空气法。

⑤制备乙炔的简易装置中试管上方塞棉花的作用是防止反应过猛产生的泡沫从导管口喷出和堵塞导管。

四、酚醛树脂的制备

1．药品：苯酚、40%的甲醛、浓盐酸或浓氨水、酒精

2．反应原理：先加成生成邻羟甲基苯酚，后缩聚成产品。

3.装置图

4.操作过程

①实验完毕，及时清洗试管，用酒精浸泡，刷洗。

②酸作催化剂时，生成线型高分子酚醛树脂，呈乳白色半固态物质；碱(氨水或氢氧化钠)作催化剂时，生成体型高分子酚醛树脂，呈亮黄色粘稠半固态物质。

用沸水浴加热，不用温度计。

③试管上的长导管的作用是冷凝回流作用，减少反应物挥发损失，提高反应物利用率。

4.注意事项

①为防止溴挥发，加入试剂的顺序是先加入苯后加入溴，再加入铁粉。苯与液溴混合后的现象是溴溶于苯中。

②加铁屑后的现象是烧瓶内液体呈沸腾状，瓶上部空间有红棕色溴蒸汽，导管口有白雾出现。

③导管口不能伸到锥形瓶内的水面下，因生成的溴化氢极易溶于水而产生倒吸现象，使实验失败。

④导管左端垂直部分较长的作用是导气兼冷凝回流作用。因反应放热，致使液溴和苯大量挥发，用长导管进行空气冷凝回流，减少反应物损失。

⑤反应完后，生成的溴苯仍在烧瓶的底部。

⑥检验生成的溴化氢使用的试剂是硝酸银溶液，现象是有浅黄色沉淀。也可用石蕊试液，现象是溶液变红色。挥发的溴蒸汽对检验有干扰，用苯或四氯化碳洗气排除干扰。

⑦实验室取液溴的方法：用食指堵住长导管上端将长玻璃管的一端插入液溴层，松开再堵住取出，转移到烧瓶中，松开食指放出液溴。

⑧溴苯为无色比水重不溶于水的液体，制得的溴苯呈褐色是因为混有液溴，提纯的方法是：在一烧杯中盛水，把反应后的混合液倒入此烧杯中，用玻璃棒搅拌后倾析出上层水，然后把溴苯转移到分液漏斗中，加稀碱洗涤，分液可得比水重的无色油状溴苯。进一步精制可以再水洗、分液、氯化钙干燥过滤、蒸馏。

⑨溴应是纯溴，而不是溴水。加入铁粉起催化作用，实际上起催化作用的是FeBr₃。

六、溴乙烷的制备

1.实验原理：乙醇，浓硫酸，溴化钠混合加热

2.主反应：

NaBr＋H₂SO₄=HBr＋NaHSO₄；C₂H₅OH＋HBr→C₂H₅Br＋H₂O₃.

副反应：

3.装置图

4.仪器药品：

乙醇(95%)：10mL(7.9g，0.165mol)；溴化钠(无水)：13g(0.126mol)；浓硫酸(ρ=1.84)；19mL(0.34mol)；饱和亚硫酸氢钠溶液

5.过程步骤

在100mL 圆底烧瓶中加入13g 研细的溴化钠，然后放入9mL 水，振荡使之溶解，再加入10mL95%乙醇，在冷却和不断摇荡下，慢慢地加入19mL 浓硫酸，同时用冷水冷却烧瓶。再投入2～3粒沸石。将烧瓶用75°弯管与直形冷凝管相连，冷凝管下端连接引管。溴乙烷的沸点很低，极易挥发。为了避免挥发损失，在接受器中加冷水及5mL 饱和亚硫酸氢钠溶液，放在冷水浴中冷却，并使接引管的末端刚浸没在接受器的水溶液中。在石棉网上用很小的火焰加热烧瓶，瓶中物质开始发泡。控制火焰大小，使油状物质逐渐蒸馏出去。约30分钟后慢慢加大火焰，到无油滴蒸出为止。馏出物为乳白色油状物，沉于瓶底。在接受器中的液体倒入分液漏斗中。静置分层后，将下层的粗溴乙烷放入干燥的小锥形瓶中。将锥形瓶浸于冷水浴中冷却，逐滴往瓶中加入浓硫酸，同时振荡，直到溴乙烷变得澄清透明，而且瓶底有液层分出(约需4mL 浓硫酸)。用干燥的分液漏斗仔细地分去下面的硫酸层，将溴乙烷层从分液漏斗的上口倒入30mL 蒸馏瓶中。装配蒸馏装置，加2～3粒沸石，用水浴加热，蒸馏溴乙烷。收集37～40℃的馏分。收集产物的接受器要用冷水浴冷却。产量：约10g。纯溴乙烷为无色液体，沸点38.4℃；，密度为1.46g/cm³。

6.注意事项

(1)溴化钠要先研细，在搅拌下加入，以防止结块而影响反应进行。亦可用含结晶水的溴化钠(NaBr·2H₂O)，其用量按物质的量进行换算，并相应地减少加入的水量。

(2)加热不均匀或过烈时，会有少量的溴分解出来使蒸出的油层带棕黄色。加亚硫酸氢钠可除去此棕黄色。

(3)在反应过程中应密切注意防止接受器中的液体发生倒吸而进入冷凝管。一旦发生此现象，应暂时把接受器放低，使接引管的下端露出液面，然后稍稍加大火焰，待有馏出液出来时再恢复原状。反应结束时，先移开接受器，再停止加热。

(4)整个反应过程需1/2～2h。反应结束时，烧瓶中残液由浑浊变为清亮透明。应趁热将残液倒出，以免硫酸氢钠冷却结块，不易倒出。

(5)要避免将水带入分出的溴乙烷中，否则加硫酸处理时将产生较多的热量而使产品挥发损失。

7.问题讨论

①在制备溴乙烷时，反应混合物中如果不加水，会有什么结果?

【答】若不加水，硫酸太浓，会将生成的溴化氢氧化，生成溴单质，也可能使乙醇炭化，产生气体泡沫，不利反应进行。②粗产物中可能有什么物质?是如何除去的?

【答】粗产物中可能有乙醇、HBr、SO₂和溴，用水洗分液，再干燥蒸馏除去③如果你的实验结果产率不高，试分析其原因。

【答】产率不高的原因可能有：制取过程中，有部分溴乙烷损失，挥发到空气中和附着在管壁内；分液漏斗分液过程中，有溴乙烷损失；除杂过程中有溴乙烷损失等。

七、乙酸乙酯的制备

1．药品：冰醋酸、乙醇、浓硫酸、饱和碳酸钠溶液、沸石

2.反应原理：

3.装置图

4．操作：先加乙醇，再慢慢加浓硫酸(加入碎瓷片以防暴沸)，最后加乙酸，然后加热。

5．实验注意事项

①酯化反应是一个可逆反应。为了提高酯的产量，必须尽量使反应向有利于生成酯的方向进行。一般是使反应物酸和醇中的一种过量。在工业生产中，究竟使哪种过量为好，一般视原料是否易得、价格是否便宜以及是否容易回收等具体情况而定。在实验室里一般采用乙醇过量的办法。乙醇的质量分数要高，如能用无水乙醇代替质量分数为95%的乙醇效果会更好。催化作用使用的浓硫酸量很少，一般只要使硫酸的质量达到乙醇质量的3%就可完成催化作用，但为了能吸收反应中生成的水，应使浓硫酸的用量再稍多一些。

②制备乙酸乙酯时反应温度不宜过高，要保持在60℃～70℃左右，温度过高时会产生乙醚和亚硫酸或乙烯等杂质。液体加热至沸腾后，应改用小火加热。事先可在试管中加入几片碎瓷片，以防止液体暴沸。

③导气管不要伸到Na₂CO₃溶液中去，防止由于加热不均匀，造成Na₂CO₃溶液倒吸入加热反应物的试管中。若要更好吸收，末端插入溶液，则应有防倒吸措施。

④浓硫酸既作催化剂，又做吸水剂。

⑤Na₂CO₃溶液的作用是

(1)饱和碳酸钠溶液的作用是冷凝酯蒸气，减小酯在水中的溶解度(增大水的密度，利于分层)，除出混合在乙酸乙酯中的乙酸，溶解混合在乙酸乙酯中的乙醇。

(2)Na₂CO₃能跟挥发出的乙酸反应，生成没有气味的乙酸钠，便于闻到乙酸乙酯的香味。

⑥为有利于乙酸乙酯的生成，可采取以下措施：

(1)制备乙酸乙酯时，反应温度不宜过高，保持在60℃～70℃。不能使液体沸腾。

(2)最好使用冰醋酸和无水乙醇。同时采用乙醇过量的办法。

(3)起催化作用的浓硫酸的用量很小，但为了除去反应中生成的水，浓硫酸的用量要稍多于乙醇的用量。

(4)使用无机盐Na₂CO₃溶液吸收挥发出的乙酸。

⑦用Na₂CO₃不能用碱(NaOH)的原因：虽然也能吸收乙酸和乙醇，但是碱会催化乙酸乙酯彻底水解，导致实验失败。可以用饱和碳酸氢钠替代。

八、硝基苯的制备

1．药品：苯、浓硝酸、浓硫酸

2．反应原理：

3.装置图

4.注意事项

①配制好混酸，冷却后逐滴加入苯，防止温度高苯挥发。

②浓硫酸的作用：催化剂和吸水剂

③硝基苯是黄色油状液体，比水重，比混酸轻。

④如何判断反应已经完成？

用吸管吸取上层液体，滴到饱和食盐水中，如果油珠下沉，说明硝化反应已经完成。(苯比水轻，下沉说明苯反应完全)

⑤长导管的作用：反应物沸点较低，利用长导管起冷凝(空气冷)回流作用，减少反应物损失，提高利用率。

⑥用50℃～60℃水浴加热不直接加热的原因？

水浴加热受热均匀，易于控制温度。防止反应温度过高，苯、硝酸挥发，硝酸分解及生成副产物。

⑦分离混酸和硝基苯的方法是怎样的

将试管中的反应混合液倒入大量水的烧杯中，倾析大量上层水后再分液，取下层得粗硝基苯。

⑧如何提纯制备的硝基苯?

将产品依次用水洗(产品与混酸初步分离)、10%碳酸钠或5%氢氧化钠洗(除少量混酸)、蒸馏水洗(除少量碱和盐)，每次洗后分液；再用氯化钙干燥(除少量水)，过滤出结晶水合物氯化钙，最后蒸馏收集205℃-210℃(一般写其沸点)的馏分即得较纯硝基苯。

九、苯甲酸甲酯的制备

1.相关数据

2.制备装置

3.实验名称

苯甲酸为原料制取苯甲酸甲酯

4.实验目的

根据酯化反应原理设计方案制取、提纯苯甲酸甲酯

5 .实验原理

根据酯化反应原理，用浓硫酸作催化剂，苯甲酸与甲醇酯化

6 .实验步骤

①在烧瓶放几块碎瓷片，然后取15g 苯甲酸与20mL 甲醇混合均匀，小心加入3mL 浓H₂SO₄，在烧瓶上竖接冷凝管，加热

②冷却后加25mL 水，摇动，分液，下层从下口放入盛有1g Na₂CO₃固体的干燥锥形瓶

③振荡，用有棉花的漏斗过滤

④将滤液放在蒸馏烧瓶中蒸馏，收集200℃左右的馏分

7.问题

①使用过量甲醇的原因和目的

【答】甲醇比苯甲酸沸点低，易挥发损失，使用过量甲醇，使平衡向正反应方向移动，可提高苯甲酸的转化率。

②温火回流的目的

【答】减少反应物的挥发，提高原料的利用率。

③制备提纯过程是怎样的

【答】温火回流一小时→冷却后倒入盛水烧杯水洗分液(水洗2次、稀碳酸钠洗2次，再水洗2次) →无水硫酸镁或碳酸钠干燥至澄清 →过滤 →滤液倒入烧瓶蒸馏→收集沸点左右的馏分

④制备提纯过程中哪几处要用碎瓷片，作用是什么?

【答】加热回流反应时和蒸馏时都要用碎瓷片，作用是防暴沸。

⑤分液漏斗中下层液体的成分是什么？

【答】苯甲酸甲酯比水重，在下层，还含有苯甲酸和甲醇。分液时取下层。

⑥制备提纯过程中哪几处要用冷凝装置，作用是什么？

【答】加热反应时要用球形冷凝管，冷凝回流，减少反应物挥发损失，提高原料利用率；提纯蒸馏时要用直形冷凝管，冷凝酯蒸汽得馏分。

十、由甲苯制备苯甲酸

1.实验原理

C₆H₅CH₃→C₆H₅COOK→C₆H₅COOH

C₆H₅CH₃＋2KMnO₄= C₆H₅COOK＋2MnO₂↓＋H₂O＋KOH

2.实验仪器与药品

甲苯、KMnO₄、1:1HCl、NaHSO₃、三颈烧瓶、循环水真空泵、电热套、温度计、球形冷凝管、搅拌器

3.实验装置：三颈烧瓶配温度计、球形冷凝管、搅拌器，电热套加热

4.实验步骤

1)在500mL 三颈烧瓶中加入250mL 水和5.4mL 甲苯加几粒沸石。

2)装上回流冷凝管，加热至沸腾。

3)分批加入17g KMnO₄，搅拌回流加热1.5－2h。

4)趁热抽滤。(若滤液有颜色可加入NaHSO₃固体至无色为止)。

5)冷却至室温。给滤液滴加1:1HCl，至酸性为止。

6)抽滤、干燥、称重、计算产率。

5.问题

1)氧化反应基本完成的现象是：流液中无明显油珠或静置后没有分层现象

2)球形冷凝管的作用是：冷凝回流甲苯和水，防止甲苯挥发而降低产品产率。

3)苯甲酸钾中含有的杂质主要有：氢氧化钾、高锰酸钾和水。除杂时将反应混合物加入一定量亚硫酸氢钠溶液，充分反应，此时反应的离子方程式为：

HSO₃^－＋OH^－=SO₃^2－＋H₂O；

2MnO₄^－＋3SO₃^2－＋H₂O=2MnO₂↓＋2 OH^－＋3SO₄^2－

或MnO₄^－＋HSO₃^－＋ OH^－=MnO₂↓＋2H₂O＋SO₄^2－

还可用乙二酸有机化合物代替亚硫酸氢钠(写名称)

4)过滤洗涤的目的是：

过滤除去二氧化锰，洗涤回收沉淀表面附着的产品。趁热抽滤是为了防止苯甲酸钾结晶析出，用盐酸酸化的目的是中和酸，使苯甲酸钾转化为苯甲酸。

5)提纯苯甲酸的实验方法可以是：重结晶或加热升华。

6)用氢氧化钾滴定苯甲酸时用 酚酞作指示剂。