亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备 [ C u ( C…——2024 高考化学第 15 题答案解析

2024_省自主命题(湖南)

2024 湖南 第 15 题 解答题 区分题
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15. 亚铜配合物广泛用作催化剂。实验室制备 $\mathrm { \Big [ C u \big ( C H _ { 3 } C N \big ) _ { 4 } \Big ] C l O _ { \it 4 } }$ 的反应原理如下:$\mathrm { C u } \left( \mathrm { C l O } _ { 4 } \right) _ { 2 } \cdot 6 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } + \mathrm { C u } + 8 \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { C N } = 2 \Big [ \mathrm { C u } \left( \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { C N } \right) _ { 4 } \Big ] \mathrm { C l O } _ { 4 } + 6 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$

实验步骤如下:

分别称取3. $7 \mathrm { l g } \mathrm { C u } \bigl ( \mathrm { C l O } _ { 4 } \bigr ) _ { 2 } \cdot 6 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 和 $0 . 7 6 \mathrm { g } \mathrm { C u }$ 粉置于 $1 0 0 \mathrm { m L Z }$ 腈( $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { C N } )$ 中应,回流装置图和蒸馏装置图(加热、夹持等装置略)如下:


装置图I
已知:①乙腈是一种易挥发的强极性配位溶剂;

②相关物质的信息如下:

<table><tr><td>化合物</td><td> $\left[\mathrm{Cu}\left(\mathrm{CH}_{3}\mathrm{CN}\right)_{4}\right]\mathrm{ClO}_{4}$ </td><td> $\mathrm{Cu}\left(\mathrm{ClO}_{4}\right)_{2} \cdot 6\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}$ </td></tr><tr><td>相对分子质量</td><td>327.5</td><td>371</td></tr><tr><td>在乙腈中颜色</td><td>无色</td><td>蓝色</td></tr></table>

回答下列问题:

(1)下列与实验有关的图标表示排风的是 \_(填标号);

A

B

C

D

E

(2)装置Ⅰ中仪器M 的名称为 ;

(3)装置Ⅰ中反应完全的现象是

(4)装置Ⅰ和Ⅱ中 $\Nu _ { 2 }$ 气球的作用是

⑤ $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 不能由步骤c直接获得,而是先蒸馏至接近饱和,再经步骤d冷却结晶获得。这样处理的目的是

(6)为了使母液中的 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 结晶,步骤e中向母液中加入的最佳溶剂是 \_(填标号);

(7)合并步骤d和e所得的产物,总质量为5.32g,则总收率为 (用百分数表示,保留一位小

数)。

参考答案

(1) D; (2) 球形冷凝管; (3) 溶液蓝色褪去变为无色; (4) 排出装置内空气,防止制备的产品被氧化; (5) 冷却过程中降低 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 在水中的溶解度 >; (6) B; (7) 81.2%

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【答案】(1)D (2)球形冷凝管

(3)溶液蓝色褪去变为无色

(4)排出装置内空气,防止制备的产品被氧化

(5)冷却过程中降低 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 在水中的溶解度

> ⑥B (7)81.2%

【解析】

【分析】将 $\mathrm { C u } \big ( \mathrm { C l O } _ { 4 } \big ) _ { 2 } \cdot 6 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 和Cu粉以及乙腈 $( \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { C N } )$ 加入两颈烧瓶中,经水浴加热并回流进行充分反应,反应结束后过滤除去未反应完全的Cu,然后利用乙腈的挥发性进行蒸馏除去乙腈,将剩余溶液进行冷却结晶分离出 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$

【小问 1 详解】

表示需佩戴护目镜, 表示当心火灾, 表示注意烫伤, 表示排y

风, 表示必须洗手,故答案为 D。

【小问 2 详解】

装置Ⅰ中仪器M 的名称为球形冷凝管。

小问3详解】【

$\mathrm { C u } \big ( \mathrm { C l O } _ { 4 } \big ) _ { 2 } \cdot 6 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 在乙腈中为蓝色, $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 在乙腈中为无色,因此装置Ⅰ中反应完全的现象是溶液蓝色褪去变为无色,可证明 $\mathrm { C u } \big ( \mathrm { C l O } _ { 4 } \big ) _ { 2 } \cdot 6 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 已充分反应完全。

【小问4详解】

由于制备的 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 中Cu元素为+1价,具有较强的还原性,容易被空气中氧气氧化,因此装置Ⅰ和Ⅱ中 $\Nu _ { 2 }$ 气球的作用是排出装置内空气,防止制备的产品被氧化。

【小问5详解】

$\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 为离子化合物,具有强极性,在水中溶解度较大,在温度较高的环境下蒸馏难以分离,若直接将水蒸干难以获得晶体状固体,因此需先蒸馏至接近饱和,再经步骤d冷却结晶,从而获得晶体。

【小问6详解】

为了使母液中的 $\lceil \mathrm { C u } \left( \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { C N } \right) _ { 4 } \rceil \mathrm { C l O } _ { 4 }$ 结晶,可向母液中加入极性较小的溶剂,与水混溶的同时扩大与1$\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 的极性差,进而使 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 析出,因此可选用的溶剂为乙醇,故答案为 B。

【小问7详解】

3.7 $\mathrm { ^ { \prime } l g \ C u \big ( C l O _ { 4 } \big ) _ { 2 } \cdot 6 H _ { 2 } O }$ 的物质的量为 $\frac { 3 . 7 1 \mathrm { g } } { 3 7 1 \mathrm { g } \cdot \mathrm { m o l } ^ { - 1 } } { = } 0 . 0 1 \mathrm { m o l }$ ,理论制得 $\mathrm { \small { [ C u ( C H _ { 3 } C N ) _ { 4 } ] C l O _ { 4 } } }$ 的质 量为 $0 . 0 1 \mathrm { m o l } \times 2 \times 3 2 7 . 5 \mathrm { g } \cdot \mathrm { m o l } ^ { - 1 } = 6 . 5 5 \mathrm { g }$ ,总收率为 $\frac { 5 . 3 2 \mathrm { g } } { 6 . 5 5 \mathrm { g } } { \times 1 0 0 \% } = 8 1 . 2 \%$ 0

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