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15.溴乙烷是有机合成中的重要原料,实验室合成溴乙烷的装置示意图、相关原理和数据如下:
主反应:NaBr+H2SO4→HBr+NaHSO4
C2H5OH?C2H5Br+H2O
副反应:在该实验中经常会有乙醚、溴等副产物生成.
相对分子质量密度/(g•cm-3沸点/℃溶解度
乙 醇460.78978.3易溶
溴乙烷1091.4638.2难溶
浓硫酸(H2SO4981.84338.0易溶
实验步骤:
①向A中先加入5mL95%的无水乙醇(0.085mol)和4.5mL的水,加入溴化钠7.725g,再加入沸石,摇匀.在接受器F中加冷水及3mL饱和亚硫酸氢钠溶液,并将其放入冰水浴中.
②在B中加入9.5mL浓硫酸(0.17mol),向A中缓缓滴入浓硫酸,加热体系,控制反应温度,保持反应平稳地发生,直至无油状物馏出为止;
③分出馏出液中的有机层,加入1-2mL浓硫酸以除去乙醚、乙醇、水等杂质,溶液明显分层后,分离得到粗产物;
④将粗产物转入蒸馏瓶中,加入沸石,在水浴上加热蒸馏,收集35-40℃的馏分,称量得5.23g.
回答问题:
(1)仪器B的名称为恒压滴液漏斗;反应装置中有使用C、D两根温度计,其作用是否相同?否(填“是”或“否”),说明理由:C温度计用来测蒸汽的温度,而D温度计用来测反应体系的温度
(2)步骤①在接受器F中加冷水以及将F放入冰水浴中的目的是溴乙烷沸点低、极易挥发,冰水主要可以防止溴乙烷的挥发.饱和亚硫酸氢钠溶液的作用是除去反应中的副产物溴.
(3)步骤②中浓硫酸要缓缓滴加而不一次加入,其作用有abd(填标号).
a.可以防止乙醇发生碳化   b.避免生成HBr的速度过快,减少其挥发
c.避免溶液发生暴沸      d.减少因浓硫酸氧化HBr而生成副产物溴;
(4)步骤③中分出馏出液中有机层的操作名称为分液.加入浓硫酸除杂后的溶液明显分层,粗产物在上层(填“上”或“下”);
(5)步骤④蒸馏操作中应选用直形(填“球形”、“直形”或“空气”)冷凝管.
(6)本实验的产率为64%.
(7)有某研究组发现,若将上述的反应装置作如下改进,可以使溴乙烷的产率得到提高.请简述该装置能够提高反应产率的理由:增加了分馏柱,可以有效冷凝回流乙醇,使平衡正向移动,提高产率.

分析 (1)根据常用仪器的名称和用途解答;恒压滴液漏斗漏斗支管可以平衡内外压强,使液体顺利滴下;根据C、D两根温度计在实验装置中的位置确定其作用异同;
(2)溴乙烷沸点低、极易挥发,冰水浴的目的是降低其蒸气的温度,使其液化;溴能与亚硫酸氢钠反应,而溴乙烷与亚硫酸氢钠不反应;
(3)浓硫酸具有吸水性、脱水性、强氧化性,乙醇易被氧化,溴化氢易挥发,据此分析解答;
(4)互不相溶的液体用分液的方法进行分离,根据图表可知,浓硫酸的密度大于溴乙烷;
(5)依据球形冷凝管和直形冷凝管、空气冷凝管适用温度以及溴乙烷的沸点分析;
(6)先根据7.725g溴化钠计算出生成的n(溴乙烷),然后根据m=nM计算理论质量,最后根据转化率的概念来解答;
(7)增加了分馏柱,可以有效冷凝回流乙醇,增加反应物浓度,使平衡正向移动,提高产率.

解答 解:(1)仪器A为烧瓶,具有三个口,名称是三颈烧瓶,仪器B为恒压滴液漏斗,恒压滴液漏斗上部和三颈烧瓶气压相通,可以保证恒压滴液漏斗中的液体顺利滴下,
反应装置中C温度计的水银球的位置位于三颈烧瓶中支管口的正中央,测量的是蒸汽的温度,D温度计用来测反应体系的温度,便于控制反应温度,所以两者作用不同,
故答案为:恒压滴液漏斗;否,C温度计用来测蒸汽的温度,而D温度计用来测反应体系的温度;
(2)溴乙烷沸点为38.2℃,沸点低、极易挥发,冰水浴的目的是降低其蒸气的温度,使其液化,可以防止溴乙烷的挥发,浓硫酸具有强氧化性,能氧化溴化氢生成溴单质,2HBr+H2SO4(浓)=Br2+SO2↑+2H2O,溴能与亚硫酸氢钠反应,而溴乙烷与亚硫酸氢钠不反应,在接受器F中加冷水及3mL饱和亚硫酸氢钠溶液,作用为除去反应中的副产物溴,
故答案为:溴乙烷沸点低、极易挥发,冰水主要可以防止溴乙烷的挥发;除去反应中的副产物溴;
(3)a.浓硫酸具有脱水性,乙醇含有碳、氢氧三种元素,可被浓硫酸脱水,缓缓加入可以防止乙醇发生碳化,故a正确;
b.缓缓加入浓硫酸,可控制反应速率,避免生成HBr的速度过快,减少其挥发,故b正确;
c.浓硫酸溶于水放热,但放出的热量不能使该混合溶液暴沸,故c错误;
d.浓硫酸具有强氧化性,能氧化溴化氢生成溴单质,缓缓滴入,能减少因浓硫酸氧化HBr而生成副产物溴,故d正确;
故答案为:abd;
(4)步骤③中分出馏出液中有机层为溴乙烷,溴乙烷不溶于水,可用分液的方法进行分离,浓硫酸(H2SO4)密度1.84g•cm-3,溴乙烷密度1.46g•cm-3,浓硫酸的密度大于溴乙烷,加入浓硫酸除杂后的溶液明显分层,上层为溴乙烷,下层为浓硫酸,
故答案为:分液;上;
(5)球形、空气冷凝管冷凝的液体,沸点温度较高,通常高于130℃,溴乙烷的沸点为38.2℃,沸点低,只需直形冷凝管,且便于液体流出,
故答案为:直形;
(6)NaBr+H2SO4→HBr+NaHSO4,CH3CH2OH+HBr$\stackrel{△}{→}$CH3CH2Br+H2O,1mol溴化钠可生成1mol溴乙烷,7.725g溴化钠的物质的量为n=$\frac{7.725g}{103g/mol}$=$\frac{7.725}{103}$mol=0.075mol,生成溴乙烷的质量为0.075mol×109g/mol=8.175g,收集35-40℃的馏分,称量得5.23g,则产率为:$\frac{5.23g}{8.175g}×$100%=64%,
故答案为:64%;
(7)上述的反应装置与原装置比较,增加了分馏柱,可以有效冷凝回流乙醇,使平衡正向移动,提高产率,
故答案为:增加了分馏柱,可以有效冷凝回流乙醇,使平衡正向移动,提高产率.

点评 本题考查有机物制备实验,涉及实验室HBr的制备、物质的分离提纯、对操作与原理的分析评价等,综合考查学生实验分析的能力、知识迁移运用能力,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.下列说法正确的是(  )
A.甲基戊烷也称为新戊烷B.由苯制取溴苯的反应属于加成反应
C.C2H4Br2有2种同分异构体D.乙醇和乙酸均为非电解质

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

11.高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂,比C12、O2、C1O2、KMnO4氧化性更强,无二次污染,工业上是先制得高铁酸钠,然后在低温下,向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和,使高铁酸钾析出.
(1)干法制备高铁酸钠的主要反应为:2FeSO4+a Na2O2=2Na2FeO4+b X+2Na2SO4+c O2↑该反应中物质X应是Na2O,a与c的关系是a=4+2c.
②简要说明K2FeO4作为水处理剂时,在水处理过程中所起的作用高铁酸钾具有强氧化性,能杀菌消毒,且消毒过程中自身被还原成铁离子,铁离子水解氢氧化铁胶体能吸附除去水中的悬浮杂质
(2)湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的反应体系中有六种数粒:Fe(OH)3、C1O-、OH-、FeO42-、C1-、H2O.
①写出并配平湿法制高铁酸钾的离子反应方程式:2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
②每生成1mol FeO42-转移3mo1电子,若反应过程中转移了0.3mo1电子,则还原产物的物质的量为0.15mo1.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.铬(Ⅵ)的化合物是有毒物,已知Cr(Ⅲ)盐的毒性只有Cr(Ⅵ)盐的0.5%,所以将废水中Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)是处理Cr(Ⅵ)废水的方向.某铬盐厂生产过程中排出含Cr2O72-的工业酸性废水.为防止污染环境,现采用下列两种方法进行处理后再排出.
方法一:化学法
用FeSO4•7H2O处理含铬废水的优点是经过加配料比后可用最终的产物制备铁氧体复合氧化物(用Crx3+Fe2-xFe2+O4表示)的原料.
(1)在利用化学法处理时,FeSO4把废水中Cr2O72-还原的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++7H2O+6Fe3+
(2)在pH<4的含铬(VI)废水中,加入FeSO4•7H2O的质量应为废水中CrO3质量的倍,才能使得到的固体产物符合铁氧体复合氧化物的组成.而在实际操作中一般要大于 (填“大于”、“小于”)这个比例,原因为因绿矾易被氧化,故实际用量比理论值大.
方法二:电解法的工艺流程如下

在整个处理过程中,Cr2O72-被还原为Cr3+,溶液的pH值逐渐升高,最后滤出的沉淀有Cr(OH)3和Fe(OH)3,试分析这个污水处理过程,回答:
(3)加入适量食盐的作用为加入少量食盐,是增加污水中离子浓度,增强导电能力,选择Fe做电极的原因是生成的亚铁离子为还原剂,在酸性溶液中与Cr2O72-离子发生氧化还原反应使Cr2O72-离子被还原成Cr3+
(4)随着电解和溶液中反应的进行,阴极区溶液pH变大(填“变大”、“变小”),鼓入空气的原因是在处理过程中鼓入空气中的O2充分与Fe(OH)2反应,成为容易分离得Cr(OH)3、Fe(OH)3,使废水含铬量降到可排放标准.
(5)电解过程中当H+浓度小到一定程度时,便会析出Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀,已知常温    下,Cr(OH)3的溶度积Ksp=10-32,要使c(Cr3+)降至l0-5mol/L,溶液的pH应至少为5.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.2011年11月11日至15日,第二届世界低碳与生态经济暨技术博览会在南昌举行.大会主题是“扩大低碳合作•发展生态经济•共建绿色家园”.低碳经济”是一种以低能耗和高效能等为主要特征,以较少的温室气体排放获得较大产出的新的经济发展模式.试回答:
(1)近年来全球大气中二氧化碳含量不断上升的主要原因是化石燃料的燃烧和森林的乱砍滥伐;
(2)下列做法不符合“低碳经济”这一理念的是(填序号)②;
①改造或淘汰高能耗、高污染产业;   ②大力发展火力发电;   ③开发新能源,替代传统能源;    ④优化建筑设计,增强室内自然采光,减少照明用电.
(3)科学家正在研究将空气中过多的CO2和H2在催化剂和加热条件下转化成甲烷和水,这个反应的化学方程式是CO2+4H2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$CH4+2H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.在最新的家用车的调查中发现,现在的家用汽车中的气体质量都不符合标准,在被调查的不同车型、不同价位、新旧不同的1175辆车中,除52辆检测合格外,其余都“毒气”超标,超标率从一两倍到七八十倍不等.汽车污染主要来源于汽车配件和材料,操控台、座椅、车顶毡、脚底垫和所使用的零配件、胶水、涂料、泡沫、塑料、橡胶、皮革、皮革着色剂、填充料等汽车本身的物件,都会产生大量的有毒气体.这些有毒气体大都是有机物.
(1)你认为有毒气体含量新车高于(填“高于”或“低于”)旧车;夏天高于(填“高于”或“低于”)冬天.
(2)其中一种有毒气体的质谱图如图

则由图可知该烃分子的相对分子质量是92,若该分子的核磁共振氢谱中有4个吸收峰,则有机物的名称为甲苯,其苯环上的一氯代物有3种.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

7.(改编)苯甲酸乙酯(C9H10O2)稍有水果气味,用于配制香水香精和人造精油,大量用于食品工业中,也可用作有机合成中间体、溶剂等.其制备方法为:

已知(Mr=122)(Mr=150)
颜色、状态沸点(℃)密度(g•cm-3
苯甲酸*无色、片状晶体2491.2659
苯甲酸乙酯无色澄清液体212.61.05
乙醇无色澄清液体78.30.7893
环己烷无色澄清液体80.80.7318
*苯甲酸在100℃会迅速升华.
实验步骤如下:
①在100mL圆底烧瓶中加入12.20g苯甲酸、25mL乙醇(过量)、20mL环己烷,以及4mL浓硫酸,混合均匀并加入沸石,按如图所示装好仪器,并在分水器中预先加入水,使水面略低于分水器的支管口,控制温度在65~70℃加热回流2h.反应时环己烷-乙醇-水会形成“共沸物”(沸点62.6℃)蒸馏出来.在反应过程中,通过分水器下部的旋塞分出生成的水,注意保持分水器中水层液面原来的高度,使油层尽量回到圆底烧瓶中.
②反应结束,打开旋塞放出分水器中液体后,关闭旋塞.继续加热,至分水器中收集到的液体不再明显增加,停止加热.
③将烧瓶内反应液倒入盛有适量水的烧杯中,分批加入Na2CO3至溶液呈中性.
④用分液漏斗分出有机层,水层用25mL乙醚萃取分液,然后合并至有机层.加入氯化钙,对粗产物进行蒸馏(装置如右图所示),低温蒸出乙醚后,继续升温,接收210-213℃的馏分.
⑤检验合格,测得产品体积为12.86mL.
回答下列问题:
(1)步骤①中使用分水器不断分离除去水的目的是有利于平衡不断正移,提高产品产率
(2)反应结束的标志分水器中的水层不再增加时,视为反应的终点.
(3)步骤②中应控制馏分的温度在C.
A.65~70℃B.78~80℃C.85~90℃D.215~220℃
(4)若Na2CO3加入不足,在步骤④蒸馏时,蒸馏烧瓶中可见到白烟生成,产生该现象的原因是苯甲酸乙酯中混有未除净的苯甲酸,在受热至100℃时发生升华.
(5)关于步骤④中的分液操作叙述正确的是AD.
A.水溶液中加入乙醚,转移至分液漏斗,塞上玻璃塞.将分液漏斗倒转过来,用力振摇
B.振摇几次后需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气
C.经几次振摇并放气后,手持分液漏斗静置待液体分层
D.放出液体时,需将玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔
(6)蒸馏时所用的玻璃仪器除了酒精灯、冷凝管、接收器、锥形瓶外还有蒸馏烧瓶,温度计.
(7)该实验的产率为90%.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

4.I.用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染.传统上该转化通过如图1所示的催化剂循环实现,
其中,反应①为:2HCl(g)+CuO(s)?H2O(g)+CuCl2(g)△H1
反应②生成1molCl2(g)的反应热为△H2
则总反应的热化学方程式为4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)△H=2(△H1+△H2)(反应热用△H1和△H2表示).
II.氧化锌吸收法常用作脱去冶金工业排放烟气中SO2,其主要步骤如下:配制ZnO悬浊液(含少量MgO、CaO),在吸收塔中封闭循环脱硫,发生的主要反应为ZnO(s)+SO2(g)═ZnSO3(s),试回答下列问题:
(1)生成的ZnSO3可热分解处理,其目的是:①生成的高浓度SO2可以用来制备硫酸;②ZnSO3受热分解生成ZnO可以循环利用;
(2)已知:纯ZnO的悬浮液pH约为6.8.用氧化锌吸收法脱去烟气中SO2的过程中,测得pH、吸收效率η随时间t的变化如图2所示.已知被吸收的SO2为c(SO2,溶液中SO32-、HSO3-、H2SO3所占物质的量之比与pH的关系如图3所示.
①充分吸收烟气后的混合体系硫元素的主要存在形式是HSO3-
②结合图2与图3分析,cd段发生的主要反应是ZnSO3+SO2+H2O=Zn(HSO32
③分析图2,ab段的pH迅速下降至6.8左右的原因是ZnO悬浊液含有的少量MgO、CaO,在水中溶解度较ZnO大,ab段MgO、CaO吸收SO2
④为提高SO2的吸收效率η,可采取的措施为AB.
A.增大悬浊液中ZnO的量
B.适当提高单位时间内烟气的循环次数
C.调节溶液的pH至6.0以下
(3)如用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图4所示.(电极材料为石墨)b极的电极反应式为SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置.如图为氢氧燃料电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定,请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是化学能转变为电能,在导线中电子流动方向为a到b( 用a、b 表示).
(2)负极反应式为2H2+4OH--4e-═4H2O,正极反应式为2H2O+O2+4e-═4OH-
(3)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能.因此,大量安全储氢是关键技术之一.金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下
Ⅰ.2Li+H2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2LiHⅡ.LiH+H2O═LiOH+H2↑反应Ⅰ中的还原剂是Li,反应Ⅱ.中的氧化剂是H2O;
(4)如果该电池是甲烷-氧气燃料电池,负极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;
(5)如果该电池是肼(N2H4)-氧气燃料电池,负极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O.

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