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?yōu)楸尘埃ㄟ^信息和基礎(chǔ)知識的使用及衍變綜合考查學生的化學學科素養(yǎng)。

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(shè)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(yīng)、裝置示意圖和有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

相對分子質(zhì)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(shù)滴濃硫酸和2～3片碎瓷片，開始緩慢加熱A，回流50 min，反應(yīng)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(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)化率 (5)干燥 (6)b (7)C (8)高 會收集到少量未反應(yīng)的異戊醇

分析以上8個問題，同時結(jié)合近十年全國各地高考題可推知有機實驗題的命題設(shè)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(jù)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(yīng)或苯的溴代反應(yīng)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(yīng)和消去反應(yīng)、苯的硝化和溴代反應(yīng)、醇的催化氧化反應(yīng)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(yīng)中作催化劑和吸水劑，在消去反應(yīng)中作脫水劑。碎瓷片的作用為防止暴沸，若實驗過程中發(fā)現(xiàn)未加碎瓷片應(yīng)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(xiàn)其最初提出的富國強兵的目標，為此后秦國滅亡六國、統(tǒng)一中國奠定了基礎(chǔ)。如上所述，商鞅變法中大部分內(nèi)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(jīng)驗教訓，對當前深化財政改革具有現(xiàn)實意義。

3．提高速率和轉(zhuǎn)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(yīng)的轉(zhuǎn)化率。解題時結(jié)合化學反應(yīng)原理進行分析，如一種反應(yīng)物過量、用分水器分離出酯化反應(yīng)生成的水。加快反應(yīng)速率的方法有：加入催化劑、加熱、攪拌等。

4．副反應(yīng)及雜質(zhì)的判斷

這一部分要結(jié)合有機物的性質(zhì)綜合分析，如醇在發(fā)生消去反應(yīng)時發(fā)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(zhì)，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(jù)以上分析可以總結(jié)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(jié)合物質(zhì)的物理性質(zhì)，對于陌生物質(zhì)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(jié)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(guān)于產(chǎn)率的問題，可見有機物分離提純結(jié)束后往往會涉及產(chǎn)率的計算及產(chǎn)率偏高或偏低的原因分析。根據(jù)題中所給信息計算理論產(chǎn)量，再用實際產(chǎn)量除以理論產(chǎn)量即得產(chǎn)率，用百分數(shù)表示，注意題目中對于有效數(shù)字的要求。

在有機物分離提純這一環(huán)節(jié)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(yīng)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(jié)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(jīng)典實驗題要分析可能設(shè)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(shè)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(yīng)物和產(chǎn)物的相關(guān)數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(xiàn)時，開始滴加B中溶液。滴加過程中保持反應(yīng)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(chǎn)量2.0 g。

【設(shè)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(yīng)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(diào)換？

A中盛放正丁醇，B中盛放酸化Na2Cr2O7溶液。不能調(diào)換，根據(jù)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(fā)現(xiàn)未加沸石，應(yīng)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(yīng)停止實驗，冷卻后補加。

(6)分析反應(yīng)過程中可能發(fā)生的副反應(yīng)。

正丁醇被氧化為正丁酸。

(7)分析反應(yīng)溫度應(yīng)保持在90～95℃的原因。

將正丁醛及時分離出來，促使反應(yīng)正向進行，減少正丁醛進一步氧化。

(8)將正丁醛粗產(chǎn)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(yīng)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(zhì)？

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(chǎn)率是51.34% 。