第二单元　物质的制备、合成与性质探究
1．了解常见物质的制备和合成方法。
2．了解对物质进行定性研究的基本方法。
3．能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并能对设计的实验方案进行分析、比较、优化和改进。
4．了解化学实验探究的一般过程。
5．能对实验探究过程进行评价和反思，并应用探究结果解决相关的化学问题。
6．了解化学实验的绿色化和安全性要求，形成环境保护的意识。
1．常见物质的制备和合成方法。
2．对物质性质探究的实验方案的设计。
一、物质的性质探究
1．铝及其化合物的性质
(1)当氯离子存在时，铝表面的________易被破坏，因此铝制容器______用来腌制咸菜。
氧化膜
不能
(2)氧化铝和氢氧化铝的两性
氧化铝和氢氧化铝都是两性化合物，它们既能与强酸溶液反应，又能与强碱溶液反应，其反应的离子方程式为：________________________________、________________ _________________、_____________________________、______________________________。
(3)铝配合物的生成
Al2O3＋3H2O＋2OH－===2Al(OH)4－
Al2O3＋6H＋
===2Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－===Al(OH)4－
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
先有沉淀生成，
后沉淀逐渐溶解
Al3＋＋3OH－
===Al(OH)3↓
Al(OH)3＋OH－
===Al(OH)4－
无明显现象
无
沉淀生成
Al3＋＋6F－
===AlF63－
AlF63－
与NH3·H2O不反
应
2.乙醇和苯酚的性质
(1)乙醇的氧化反应
橙色
绿色
Cr3＋
(2)乙醇的脱水反应
气泡
变黑
褪色
褪色
还原性
(3)苯酚的性质
变浑浊
变澄清
变浑浊
与水互溶
紫色
有白色沉淀产生
苯酚与Fe3＋作用，生成
紫色的[Fe(OC6H5)6]3－
2HCl＋
Na2CO3===2NaCl＋
H2O＋CO2↑
NaHCO3
气体
产生
澄
清溶液变浑浊
把浓溴水滴入到苯酚溶液中有时看不到白色沉淀，或产生的白色沉淀在振荡试管时消失，原因是什么？
提示　苯酚与溴反应生成的三溴苯酚难溶于水，易溶于有机溶剂，也易溶于苯酚。当产生的三溴苯酚比较少或苯酚过量时，产生的沉淀溶于苯酚，看不到白色沉淀或振荡时白色沉淀消失。
二、物质的制备与合成
(一)硫酸亚铁铵的制备
1．摩尔盐的制备：硫酸亚铁铵[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]为_____色晶体，是一种复盐，易溶于___，不溶于______。制备原理是利用同温下摩尔盐的________比相应的硫酸铵、硫酸亚铁铵的
溶解度小，从而在混合时析出晶体，______、结晶、______后
得到浅绿色的摩尔盐晶体，反应方程式为：_______ _____________________________________________。
2．倾析法：当沉淀(或结晶的晶体)的__________时，静置后容易沉降至容器底部时，常用倾析法进行分离和洗涤。
浅绿
水
乙醇
溶解度
浓缩
抽滤
FeSO4＋
(NH4)2SO4＋6H2O===(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O↓
颗粒较大
3．硝酸钾晶体的制备
(1)根据硝酸钾的溶解度受温度影响大，而氯化钠的溶解度受温度影响较小的原理，将一定量硝酸钠和氯化钾晶体制成高温饱和溶液，蒸发析出晶体，__________，将滤液降温，析出硝酸钾晶体，__________，得到粗产品。重结晶操作，得到纯度较高的硝酸钾晶体。
(2)减压过滤中用到的装置有__________、________、安全瓶。
趁热过滤
减压过滤
布氏漏斗
吸滤瓶
(二)阿司匹林的合成
1．制备原理
2．制备装置
3．阿司匹林的制备流程图
抽滤时怎样防止滤纸穿孔？
提示　减小真空度或增加一层或多层滤纸。
综合实验题的解题技巧——“化整为零”
所谓“化整为零”就是把一道综合实验题分解成几个相互独立又相互关联的小实验、小操作，由各个小实验确定各步操作方法，又由各个小实验之间的关联确定操作的先后顺序的解题方法。基本思路为：
一种技巧…………………………………………………………………………………………
实验方案设计的基本要求
(1)科学性：实验原理正确，实验流程合理。
(2)安全性：保护人身，保护环境，保护仪器。
(3)可行性：条件允许，效果明显，操作方便。
(4)简约性：步骤少、时间短、节省药品、效果好。
四种要求…………………………………………………………………………………………
物质制备实验的设计思路
一种思路…………………………………………………………………………………………
物质性质的实验探究一般过程为：
预测性质→提出假设→设计方案→实施方案→观察现象→记录数据→分析归纳→得出结论
我的警示………………………………………………………………………………………
结晶过程中影响晶体颗粒大小的因素有哪些？怎样影响？
提示　晶体颗粒的大小与结晶条件有关，溶质的溶解度越小，或溶液的浓度越高，或溶剂的蒸发速度越快，或溶液冷却得越快，析出的晶粒就越细小；反之，可得到较大的晶体颗粒。因此，要制备颗粒较大的硝酸钾晶体，应该尽量缓慢地冷却，并保持容器静置，切不可振荡容器，以使晶体慢慢析出，形成较大的晶体颗粒。
问题征解………………………………………………………………………………………
1．一般程序
必考点91　物质性质的探究
2．解答方法
①明确目的原理；②选择仪器药品；③设计装置步骤；④记录现象数据；⑤分析得出结论。
(2013·常州模拟)某混合金属粉末，除Mg外还含有Al、Zn中的一种或两种，含量都在10%以上。某研究小组设计实验探究该混合金属粉末中铝、锌元素的存在。请解答有关问题：
所用试剂：样品、pH试纸、稀H2SO4、NaOH溶液、稀NH3·H2O
该小组探究过程如下：
【典例1】
●查阅资料：
①镁、铝、锌都是白色金属；
②锌(Zn)可以与NaOH溶液反应生成H2；
③Zn(OH)2：白色固体，难溶于水，可溶于强碱及NH3·H2O；
④Zn2＋易形成络合物如[Zn(NH3)4]2＋，该络合物遇强酸分解生成Zn2＋、NH4＋。
●提出假设：
(1)假设1：该混合金属粉末中除镁外还含有________元素。
(2)假设2：该混合金属粉末中除镁外还含有________元素；
假设3：该混合金属粉末中除镁外还含有铝、锌元素。
●实验探究：
甲同学基于假设3设计实验方案如下：
乙同学同样基于假设3设计另一实验方案如下：
(3)试剂M是________。
(4)写出操作Ⅰ的过程________________________________。
(5)丙同学认为乙同学的方案比甲同学的好，理由是_______
__________________________________________________。
(6)丁同学研究了甲、乙两同学的方案后，用最简便的方法测定了W g样品中金属镁(Mg)的质量分数，他的方法是____
_______________________________________________。
思维导入　根据题给信息，分析各物质性质上的差异。
解析　由题给信息可知该合金粉末中除Mg外还含有Al、Zn中的一种或两种，则假设有三种情况。注意甲同学实验方案是假设两种金属杂质均有。甲的方案中样品先与稀硫酸反应成硫酸盐，然后加氢氧化钠溶液，生成氢氧化镁沉淀，滤液是NaAlO2和Na2ZnO2溶液。要鉴别有Al、Zn，利用两者性质上的差异，即Zn(OH)2溶于氨水，而Al(OH)3不溶。在滤液中加稀硫酸，生成铝盐和锌盐，再加过量的氨水，先生成氢氧化锌沉淀后溶解，而氢氧化铝沉淀不溶解。
答案　(1)铝(或Al)　(2)锌(或Zn)(以上两空可颠倒)　(3)NaOH溶液(或氢氧化钠溶液)　(4)在滤液中加入稀硫酸，直至生成的沉淀刚好溶解，再加入足量的稀氨水　(5)步骤简单，节约试剂　(6)将沉淀C洗涤、小心干燥后称量
本题易错在题给信息的运用上。本题是利用铝、锌性质差异进行检验，对于锌的性质，要注意与铝的异同，即其单质也能和强碱反应，其氢氧化物也能和强碱反应，不同的是Zn(OH)2溶于氨水，而Al(OH)3不溶，可利用这一点分离，这是(4)的答题前提。
铝是地壳中含量位居第一的金属元素，在我们的生活中随处可见它的身影，各种铝制品及含铝的新型材料改变着我们今天的世界，为人类生活质量的提高增添了新的色彩。那么，怎样认识铝及其化合物的性质呢？化学兴趣小组的同学进行了以下探究，请你参与他们的探究活动并解答有关问题：
(1)铝的化学性质的探究。铝是活泼性较强的金属，表现出较强的还原性。但铝在空气及水中都很稳定，其原因是________________________________________________
【应用1】
(2)形成铝汞齐的探究。取一根宽1厘米、长10厘米的铝片，用砂纸打磨后绕成螺旋状，放入1∶2的盐酸中有气泡产生，约3分钟后取出。将上述处理后的铝片放到硝酸汞溶液中约5分钟，铝片表面呈灰色，将其取出用水洗净、擦干置于表面皿上，过一会可见铝片上出现________现象。
(3)制取铝配合物的探究。取一只试管加入1 mL1.0 mol·L－1 AlCl3溶液，然后向其中滴加2 mL 10% NH4F溶液，反应的化学方程式是__________________________________；再继续滴加1 mL 3.0 mol·L－1氨水，边滴边振荡试管，可观察到实验现象是________________________________________。
(4)培养明矾晶体的探究。实验步骤是
①在烧杯中配制比室温高约20 ℃的明矾溶液，用硬纸板盖好，静置过夜。
②从①的烧杯中取出两粒形状规则的小晶体并用细线系好。
③再在烧杯中配制比室温高约20 ℃的明矾的饱和溶液，待溶液开始自然冷却时，将②的小晶体悬挂在溶液的中央，用硬纸板盖好，静置过夜。
④每天重复步骤③的操作，直到晶体长到理想大小为止。
试回答
步骤②中取出的小晶体的作用是______________________。由于此培养晶体实验需要时间较长，该小组的同学是以家庭小实验的方式完成的，实验中的烧杯、玻璃棒他们分别是用______________等家庭常用物品代替的。
解析　(1)铝性质活泼与空气中氧气反应生成致密的氧化膜，所以铝是耐腐蚀的金属。(3)由于Al3＋与F－生成络合物，因此溶液中无铝离子，加氨水无沉淀生成。
答案　(1)铝接触空气或氧气，其表面就立即形成一层致密的氧化膜，该膜可阻止内层的铝进一步被氧化　(2)白毛(或毛刷)　(3)Al3＋＋6F－===AlF63－　溶液中无沉淀出现(或溶液澄清透明)　(4)作晶核　玻璃杯(或碗)、筷子
1．设计过程
必考点92　重要物质的制备实验方案的设计与评价
2．评价原则
原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便。
(2012·南京二调)三苯甲醇是有机合成中间体。实验室用格氏试剂( MgBr)与二苯酮反应制备三苯甲醇。
已知：①格氏试剂非常活泼，易与水反应
【典例2】
实验过程如下：
①合成格氏试剂：实验装置如图1所示。向三颈瓶加入0.75 g镁屑和1小粒碘，装好装置，在恒压漏斗中加入3.2 mL溴苯和15 mL乙醚混匀，开始缓慢滴加混合液，滴完后待用。
②制备三苯甲醇：实验装置如图1所示。将5.5 g二苯酮与15 mL乙醚在恒压漏斗中混匀，滴加。40 ℃左右水浴回流0.5 h，加入20 mL饱和氯化铵溶液，冷却，放好，待提纯。
③提纯：用图2所示装置进行提纯。
(1)实验中使用恒压漏斗的作用是_______________________
__________________________________________。
(2)合成格氏试剂过程中，为加快反应速率以及提高格氏试剂产率，可采取的措施有______________________________
________________________________________________。
(3)合成格氏试剂过程中，如果混合液滴加过快将导致格氏试剂产率下降，其原因是___________________________
_____________________________________________。
(4)在制备三苯甲醇的过程中，不能先将20 mL饱和氯化铵溶液一起加入后再水浴回流的原因是______________________
__________________________________________________。
(5)玻璃管A作用是________，提纯过程中发现A中液面上升，此时立即进行的操作是_________________________
_______________________________________________。
思维导入　掌握常见仪器的使用方法，学会分析实验过程中的常见问题。
解析　(1)恒压漏斗中漏斗内的压强与三颈瓶内的压强相同，所以可以顺利滴下恒压漏斗中的液体。(2)搅拌可以增大反应物的接触面积以加快反应速率，适当提高温度也可以加快反应速率。(3)滴加溴苯速率过快，根据已知③的信息知，格氏试剂会与溴苯发生副反应。(4)由已知①的信息知，格氏试剂与水反应，会导致三苯甲醇的产率降低。(5)装置中出现堵塞，则A玻璃管中的液面会上升，此时应打开螺旋夹，移走热源，以平衡压强，防止出现仪器爆破。
答案　(1)上下气体压强相同，保证滴加能顺利进行
(2)搅拌、适当的温度
(3)滴加过快导致生成的格氏试剂与溴苯反应生成副产物联苯，导致格氏试剂产率下降
(4)先将20 mL饱和氯化铵溶液一起加入会导致格氏试剂与水反应，使三苯甲醇产率降低
(5)平衡气压　立即旋开螺旋夹，移去热源，拆下装置进行检查
目的→原理→反应物→仪器装置→现象→结论→作用意义→联想。如：
(1)实验目的是什么？实验是根据什么性质和原理？
(2)所用反应物的名称、状态及其可能代替物(根据实验目的和相关化学反应原理，进行全面分析、比较和推理，并合理选择)。
(3)有关装置：性能、使用方法、适用范围、注意问题、是否有替代装置、仪器规格。
(4)有关操作：技能、操作顺序、注意事项或操作的后果。
(5)实验现象：自上而下，从左到右全面观察。
(6)实验结论：直接结论，导出结论。
——解综合实验题的思维流程
(2013·淮安调研)硝基苯酚是合成医药、染料、感光材料的中间体；以苯酚为原料制备硝基苯酚的步骤如下：
【应用2】
Ⅰ.在常温下，向250 mL三口烧瓶中加试剂(加入的试剂有：A.50 mL水；B.17.5 g NaNO3；C.15 mL浓硫酸)
Ⅱ.称取4.7 g苯酚，与1 mL温水混合，并冷却至室温。
Ⅲ.在搅拌下，将苯酚水溶液自滴液漏斗滴入三口烧瓶中，将反应温度维持在20 ℃左右。
Ⅳ.加完苯酚后，继续搅拌1 h，冷却至黑色油状物固化，倾出酸层。然后向油状物中加入20 mL水并振摇，先倾出洗液，再用水洗三次，以除净残存的酸。
V．邻硝基苯酚的提纯。固化的黑色油状物主要成分是邻硝基苯酚和对硝基苯酚。
(1)步骤I中加入试剂的先后顺序为________(填序号)
(2)苯酚有腐蚀性，步骤Ⅱ中若不慎使苯酚触及皮肤，应________。苯酚中加少许水可降低熔点，使其在室温下即呈液态，这样操作的作用是____________________________。
(3)步骤Ⅲ中，将反应温度维持在20 ℃左右的原因是_______
__________________________________________________。
(4)步骤Ⅳ中，若黑色油状物未固化，则可用________(填实验仪器)将黑色油状物分出。
(5)根据题给信息，不使用温度计，设计步骤V得到纯净的邻硝基苯酚的实验方案；________。
解析　(1)步骤Ⅰ中试剂的加入顺序主要考虑浓硫酸的稀释，应先加水，后加浓硫酸，最后加硝酸钠晶体。
(2)由于苯酚有毒，苯酚触及皮肤后立刻用酒精棉擦洗(溶解洗去)；苯酚中加少许水可降低熔点，使其在室温下呈液态，在操作上便于滴加，同时也可以加快反应。
(3)由于温度过高，一元硝基苯酚有可能发生进一步硝化，或因发生氧化反应而降低一元硝基苯酚的产量；温度偏低，又将减缓反应速度，所以将反应温度维持在20 ℃左右。
(4)若黑色油状物未固化(液态)，因此可用分液漏斗将黑色油状物分离出来。
(5)由题中限制条件不能使用温度计，所以不可用蒸馏的方法分离混合物中的两种成分。根据表中信息可知邻硝基苯酚微溶于冷水，易溶于热水，并能与水蒸气一同挥发，而对硝基苯酚稍溶于水，并不与水蒸气一同挥发，故可将固化的黑色油状物与水混合加热，使邻硝基苯酚与水蒸气一同蒸发出来，然后将馏出液冷却过滤，收集晶体，即得邻硝基苯酚产物。
答案　(1)ACB
(2)立刻用酒精棉擦洗　有利于滴加和反应
(3)当温度过高，一元硝基苯酚有可能发生进一步硝化，或因发生氧化反应而降低一元硝基苯酚的产量；当温度偏低，又将减缓反应速度
(4)分液漏斗
(5)将油状混合物与水混合加热蒸馏，将馏出液冷却过滤，收集晶体，即得邻硝基苯酚产物。
近五年，实验化学的考查均以为物质的制备为载体，考查常见仪器的使用、常见操作中常见问题的分析、分离和提纯的方法、实验方案的评价及运用比较、分析、归纳的方法形成正确实验结论的能力。
Hold住考向
名师揭秘
1．判断下列说法的正误
(1)在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，为了得到硫酸亚铁铵晶体，应小火加热蒸发皿，直到有大量晶体析出时停止加热 (　　)
(2012·浙江，8C)
(2)“硝基苯制备”实验中，将温度计插入水浴，但水银球不能与烧杯底部和烧杯壁接触 (　　)
(2011·浙江，8B)
(3)重结晶时，溶液冷却速度越慢得到的晶体颗粒越大 (　　)
(2009·浙江，13B)
解析　(1)加热时，会促进Fe2＋和NH4＋水解， Fe2＋易被空气中的O2氧化，所以硫酸亚铁铵不宜用蒸发结晶法，宜用降温结晶的方法，即：先制成热饱和溶液，然后冷却结晶，错误。(2)“硝基苯制备”实验中，温度计插入水浴中控制温度，但水银球不能与烧杯底部或烧杯内壁接触，正确。(3) 当快速冷却时，溶质在多个结晶核上快速结晶，所得晶体颗粒较小；当缓慢冷却时，由于小晶体的表面积大，易于溶解，常常是小晶体转化为大晶体，正确。
答案　(1)×　(2)√　(3)√
2．(2012·浙江，28)实验室制备苯乙酮的化学方程式为：
制备过程中还有CH3COOH＋AlCl3―→CH3COOAlCl2＋HCl↑等副反应。
主要实验装置和步骤如下：
(Ⅰ)合成：在三颈瓶中加入20 g无水AlCl3和30 mL无水苯。为避免反应液升温过快，边搅拌边慢慢滴加6 mL乙酸酐和10 mL无水苯的混合液，控制滴加速率，使反应液缓缓回流。滴加完毕后加热回流1 h。
(Ⅱ)分离与提纯：
①边搅拌边慢慢滴加一定量浓盐酸与冰水混合液，分离得到有机层。
②水层用苯萃取，分液。
③将①②所得有机层合并，洗涤、干燥、蒸去苯，得到苯乙酮粗产品。
④蒸馏粗产品得到苯乙酮。
回答下列问题：
(1)仪器a的名称：________；装置b的作用：________
_______________________________________________。
(2)合成过程中要求无水操作，理由是________________。
(3)若将乙酸酐和苯的混合液一次性倒入三颈瓶，可能导致______________________________________________。
A．反应太剧烈 B．液体太多搅不动
C．反应变缓慢 D．副产物增多
(4)分离与提纯操作②的目的是______________________。
该操作中是否可改用乙醇萃取？________(填“是”或“否”)，原因是______________________________________。
(5)分液漏斗使用前须________并洗净备用。萃取时，先后加入待萃取液和萃取剂，经振摇并________后，将分液漏斗置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先________________________________________，
然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
(6)粗产品蒸馏提纯时，下列装置中温度计位置正确的是________，可能会导致收集到的产品中混有低沸点杂质的装置是________。
解析　这是一道以苯乙酮制取为载体的高考试题，难度较大。苯与乙酸酐反应中伴随着副反应CH3COOH＋AlCl3―→CH3COOAlCl2＋HCl↑，且氯化铝与乙酸酐易水解，所以反应要在无水状态下进行。为防止b中的水蒸气进入三颈瓶引发副反应，所以要安装a(球形干燥管)，吸收尾气中的HCl气体时要防止倒吸。反应比较剧烈，且副反应比较多，所以混合过程要比较慢且采用滴加方式。
答案　(1)干燥管　吸收HCl气体
(2)防止三氯化铝和乙酸酐水解(只答三氯化铝水解或乙酸酐水解也可)
(3)AD
(4)把溶解在水中的苯乙酮提取出来以减少损失　否　乙醇与水混溶
(5)检漏　放气　打开上口玻璃塞(或使塞上的凹槽对准漏斗口颈上的小孔)
(6)C　AB
3．(2012·江苏，21B)次硫酸氢钠甲醛(NaHSO2·HCHO·2H2O)在印染、医药以及原子能工业中应用广泛。以Na2SO3、SO2、HCHO和锌粉为原料制备次硫酸氢钠甲醛的实验步骤如下：
步骤1：在烧瓶中(装置如图所示) 加入一定量Na2SO3和水，搅拌溶解，缓慢通入SO2，至溶液pH约为4，制得NaHSO3溶液。
步骤2：将装置A中导气管换成橡皮塞。向烧瓶中加入稍过量的锌粉和一定量甲醛溶液，在80～90 ℃下，反应约3 h，冷却至室温，抽滤。
步骤3：将滤液真空蒸发浓缩，冷却结晶。
(1)装置B的烧杯中应加入的溶液是________。
(2)①步骤2中，反应生成的Zn(OH)2会覆盖在锌粉表面阻止反应进行，防止该现象发生的措施是__________________。
②冷凝管中回流的主要物质除H2O外还有______________(填化学式)。
(3)①抽滤装置所包含的仪器除减压系统外还有_________、__________(填仪器名称)。
②滤渣的主要成分有____________、____________(填化学式)。
(4)次硫酸氢钠甲醛具有强还原性，且在120 ℃以上发生分解。步骤3中不在敞口容器中蒸发浓缩的原因是____________________。
解析　(1)由于在实验过程中会产生酸性气体SO2的尾气，所以应用氢氧化钠溶液吸收，B中应加入的是氢氧化钠溶液；(2)步骤2中生成的氢氧化锌是一种难溶物，如果让其沉降那么就会覆盖在锌粉上，应不断搅拌以防其沉降；回流的主要是一些沸点低的，其中主要物质是水，则比水沸点低的物质都是回流的对象，如甲醛；(3)①抽滤的仪器还有布氏漏斗和吸滤瓶；滤渣中含有过量的锌粉、生成的氢氧化锌；(4)由次硫酸氢钠甲醛具有强还原性，所以不能在空气中加热，它会被空