有機實驗題解題策略

吉林

王永波 牛雁昭

有機實驗題是化學實驗的難點，題目通常以有機物的制備和分離提純為背景，通過信息和基礎知識的使用及衍變綜合考查學生的化學學科素養。

本文從一道高考有機實驗題的命題特點談起，剖析有機實驗題解題的問題設置角度，探討解題策略。

【典型題例】(2014·全國卷Ⅰ，26題)乙酸異戊酯是組成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味。實驗室制備乙酸異戊酯的反應、裝置示意圖和有關數據如下：

相對分子質量密度/(g·cm-3)沸點/℃水中溶解性異戊醇880.812 3131微溶乙酸601.049 2118溶乙酸異戊酯1300.867 0142難溶

實驗步驟：

在A中加入4.4 g的異戊醇，6.0 g乙酸、數滴濃硫酸和2～3片碎瓷片，開始緩慢加熱A，回流50 min，反應液冷卻至室溫后倒入分液漏斗中，分別用少量水、飽和碳酸氫鈉溶液和水洗滌；分出的產物加入少量無水MgSO4固體，靜置片刻，過濾除去MgSO4固體，進行蒸餾純化，收集140～143℃餾分，得乙酸異戊酯3.9 g。回答下列問題：

(1)裝置B的名稱是_____________________。

(2)在洗滌操作中，第一次水洗的主要目的是________________，第二次水洗的主要目的是_______________。

(3)在洗滌、分液操作中，應充分振蕩，然后靜置，待分層后_____________(填標號)。

A．直接將乙酸異戊酯從分液漏斗的上口倒出

B．直接將乙酸異戊酯從分液漏斗的下口放出

C．先將水層從分液漏斗的下口放出，再將乙酸異戊酯從下口放出

D．先將水層從分液漏斗的下口放出，再將乙酸異戊酯從上口倒出

(4)本實驗中加入過量乙酸的目的是_______________________________。

(5)實驗中加入少量無水MgSO4的目的是_________________________________________。

(6)在蒸餾操作中，儀器選擇及安裝都正確的是 _______(填標號)。

(7)本實驗的產率是___________(填標號)。

A．30% B．40%

C．60% D．90%

(8)在進行蒸餾操作時，若從130℃便開始收集餾分，會使實驗的產率偏______(填“高”或“低”)，其原因是________________。

【參考答案】(1)球形冷凝管 (2)洗掉大部分濃硫酸和醋酸 洗掉碳酸氫鈉 (3)D (4)提高異戊醇的轉化率 (5)干燥 (6)b (7)C (8)高 會收集到少量未反應的異戊醇

分析以上8個問題，同時結合近十年全國各地高考題可推知有機實驗題的命題設置角度如下：

1．儀器名稱和使用方法

第(1)小題問裝置B的名稱，即考查球形冷凝管。由此看出我們要掌握常見儀器的名稱和作用，如圓底燒瓶、蒸餾燒瓶、三頸燒瓶、溫度計、球(梨)形分液漏斗、直(球、蛇)形冷凝管等。對于不常見儀器也要有所了解，能根據題中所給信息分析其原理。如三頸燒瓶、恒壓分液漏斗、分水器、真空尾接管 (接收器)、布氏漏斗 (吸濾瓶)等。第(6)小題選擇蒸餾操作中儀器的選擇及安裝正確的選項，在熟練掌握儀器名稱的同時也要熟悉該儀器涉及的實驗操作，如常見的萃取、分液、蒸餾等實驗。

2．試劑和用品的選擇

在酯化反應或苯的溴代反應等實驗題中會考查試劑的混合順序。本題也可以增加乙酸、異戊醇和濃硫酸的混合順序等問題。解題時抓住教材中實驗原型如乙酸乙酯的制取、實驗室制乙烯、鹵代烴的水解反應和消去反應、苯的硝化和溴代反應、醇的催化氧化反應等。實驗中常涉及濃硫酸和其他試劑的混合，要遵循“酸入水”的原則。試題中也會考查濃硫酸、碎瓷片等在實驗中的作用。濃硫酸在酯化反應中作催化劑和吸水劑，在消去反應中作脫水劑。碎瓷片的作用為防止暴沸，若實驗過程中發現未加碎瓷片應該冷卻后補加。

商鞅變法是我國歷史上較為徹底、較為成功的改革，實現其最初提出的富國強兵的目標，為此后秦國滅亡六國、統一中國奠定了基礎。如上所述，商鞅變法中大部分內容涉及財政改革，從財政角度分析研究商鞅變法，汲取其變法的經驗教訓，對當前深化財政改革具有現實意義。

3．提高速率和轉化率的措施

第(4)小題問本實驗中加入過量乙酸的目的，考點是如何提高可逆反應的轉化率。解題時結合化學反應原理進行分析，如一種反應物過量、用分水器分離出酯化反應生成的水。加快反應速率的方法有：加入催化劑、加熱、攪拌等。

4．副反應及雜質的判斷

這一部分要結合有機物的性質綜合分析，如醇在發生消去反應時發生分子間脫水可能生成醚。

5．分離提純的一般方法

第(2)、(3)、(5)三個小題均考查乙酸異戊酯的分離提純，可見有機物的分離提純是有機實驗的重要考點，因此要熟悉分離提純有機物的一般過程。本題中制取的乙酸異戊酯中含有異戊醇、乙酸、硫酸、水等雜質，加水除去硫酸和少量乙酸后分液，再加飽和碳酸氫鈉除去少量的硫酸和乙酸再分液，再次加水洗去碳酸氫鈉和乙酸鈉后分液，加入無水硫酸鎂固體吸收水分，過濾除去硫酸鎂固體之后蒸餾，可得乙酸異戊酯。根據以上分析可以總結出有機物分離提純的一般過程如下：

熟悉常見有機物分離提純的一般過程，明確每一步所加試劑及其目的，如溴苯、硝基苯的提純都是同樣的思路。了解常見干燥劑(無水氯化鈣、硫酸鎂、硫酸鈉等無水鹽)的作用為吸收有機物中的水。 分離提純過程中通常使用的方法要結合物質的物理性質，對于陌生物質要借助題中所給的密度、沸點、溶解度等信息進行綜合分析。一般液體混合物常用分液、蒸餾、萃取等方法；固體混合物常用過濾、重結晶(如苯甲酸的提純)等方法；氣體混合物常用洗氣法，如除去甲烷中的乙烯、乙炔可使氣體通過盛有溴水的洗氣瓶。

第(7)、(8)兩小題是關于產率的問題，可見有機物分離提純結束后往往會涉及產率的計算及產率偏高或偏低的原因分析。根據題中所給信息計算理論產量，再用實際產量除以理論產量即得產率，用百分數表示，注意題目中對于有效數字的要求。

在有機物分離提純這一環節中的問題通常有原因、成分、所需試劑、儀器的使用、操作名稱，因此，在教學過程中，教師應引導學生親自做實驗，熟練掌握實驗基本操作，回答問題時要結合題中所給信息進行分析與解答。

在日常教學活動中，無論教師的教還是學生的學都不能就題論題，對于一道經典實驗題要分析可能設置問題的角度，從而引導學生充分復習有機實驗常見考點和解題策略。下面以2013年全國卷Ⅱ第26題為例進行多角度設置問題。

【典型題例】(2013·全國卷Ⅱ，26題改編)正丁醛是一種化工原料。某實驗小組利用如下裝置合成正丁醛。

反應物和產物的相關數據列表如下：

沸點/℃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

所需試劑：6.0 g Na2Cr2O7、30 mL水，5 mL濃硫酸、4.0 g正丁醇。

實驗步驟：將6.0 g Na2Cr2O7放入100 mL燒杯中，加30 mL水溶解，再緩慢加入5 mL濃H2SO4，將所得溶液小心轉移至B中。在A中加入4.0 g正丁醇和幾粒沸石，點燃酒精燈加熱，當有蒸氣出現時，開始滴加B中溶液。滴加過程中保持反應溫度為90～95℃，在E中收集90℃以下的餾分。將餾出物倒入分液漏斗中，分去水層，有機層干燥后蒸餾，收集75～77℃餾分，產量2.0 g。

【設置問題】

(1)儀器的名稱和使用：可以問分液漏斗、直形冷凝管、牛角管的名稱，冷凝水的進出方向，溫度計C1和C2的作用，燒瓶的最佳體積。

水的進出方向為下進上出；C1測試反應液溫度，C2測試蒸餾溫度，燒瓶的體積最好是100 mL。

(2)硫酸的作用是什么？

提供氫離子，酸化Na2Cr2O7，提高Na2Cr2O7的氧化性。

(3)A和B中分別盛放的試劑是什么，能否調換？

A中盛放正丁醇，B中盛放酸化Na2Cr2O7溶液。不能調換，根據酒精檢測儀原理進行分析，如果A中加氧化劑會使氧化劑過量，直接將醇氧化成酸，而得不到醛。

(4) 試劑的混合：實驗中，能否將Na2Cr2O7溶液加到濃硫酸中，說明理由 。

不能，因為濃硫酸溶于水顯著放熱，要將酸緩慢加入水中，邊加邊攪拌。

(5)加入沸石的作用是什么？若加熱后發現未加沸石，應采取的正確方法是什么？

沸石的作用是防止暴沸，若實驗中忘加沸石應停止實驗，冷卻后補加。

(6)分析反應過程中可能發生的副反應。

正丁醇被氧化為正丁酸。

(7)分析反應溫度應保持在90～95℃的原因。

將正丁醛及時分離出來，促使反應正向進行，減少正丁醛進一步氧化。

(8)將正丁醛粗產品置于分液漏斗中分水時，水在上層還是下層？

水在下層。

(9)分液漏斗使用之前要進行的操作是檢漏，分液時下層液體從下口流出，分液時要注意如果打開下口玻璃塞液體仍不能順利滴下，應如何操作？

將上口的玻璃塞打開或使塞上的凹槽對準瓶頸上的小孔。

(10)分液后加入干燥劑可以選擇哪些物質？

無水氯化鈣、硫酸鎂、硫酸鈉等無水鹽。

(11)本實驗中，正丁醛的產率是51.34% 。