Question

【题目】丁烷在一定条件下裂解可按两种方式进行：C4H10C2H6+C2H4，C4H10CH4+C3H6，下图是某化学兴趣小组进行丁烷裂解的实验流程。(注：CuO能将烃氧化成CO2和H2O，G后面装置与答题无关，省略)

按上图连好装置后，需进行的实验操作有：①给D、G装置加热；②检查整套装置的气密性；③排出装置中的空气等

⑴这三步操作的先后顺序依次是_______________________。

⑵写出仪器F的名称__________，写出甲烷与氧化铜反应的化学方程式_________

⑶B装置所起的作用是_____________________________。

⑷反应结束后对E装置中的混合物，按以下流程进行实验：

回答下列问题：

①操作I、操作II分别是 ____________、____________

②已知D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，则D的结构简式____________

③Na2SO3溶液的作用是______________

(5)假定丁烷完全裂解，当(E+F)装置的总质量比反应前增加了0.7g，G装置的质量减少了1.76g，则丁烷的裂解产物中甲烷和乙烷的物质的量之比n (CH4):n(C2H6)=______(假定流经D、G装置中的气体能完全反应)

Answer 1

【答案】② ③ ① 球形干燥管 CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu 观察、控制丁烷气体的流速 分液、蒸馏 OHC-CHO 除去有机物中溶解的Br2 1:1

【解析】

（1）首先必须检验装置的气密性；为了防止烃与氧气发生爆炸，故在加热前需要排除系统内的空气；

（2）仪器F的名称球形干燥管，甲烷与CuO的反应中CuO被还原为铜单质，通过原子守恒配平反应；

（3）通过观察B装置中气泡的快慢来控制通入的丁烷的速率；

（4）向混合物加入Na2SO3溶液除去过量的溴；混合液分为有机层与水层，分液后有机层的主要成分为：CH2Br—CH2Br、CH2Br—CHBrCH3；依据两物质沸点的不同，蒸馏分开；依题意，D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，确定D的结构简式；

（5）仔细分析装置根据质量变化计算。

（1）首先必须检验装置的气密性；为了防止烃与氧气发生爆炸，故在加热前需要排除系统内的空气，所以此三步操作的顺序为：②③①；

答案：②③①

（2）仪器F的名称球形干燥管，甲烷与CuO的反应中CuO被还原为铜单质，通过原子守恒可配平反应：CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu；

答案：球形干燥管 CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu

（3）通过观察B装置中气泡的快慢来控制通入的丁烷的速率；

答案：观察、控制丁烷气体的流速

（4）裂解产物乙烯、丙烯与溴发生加成反应：CH2=CH2+Br2→CH2Br—CH2Br、CH2=CHCH3+Br2→CH2Br—CHBrCH3，向混合物加入Na2SO3溶液除去过量的溴：Br2＋Na2SO3＋H2O=Na2SO4＋2HBr，混合液分为有机层与水层；分液后有机层的主要成分为：CH2Br—CH2Br、CH2Br—CHBrCH3；依据两物质沸点的不同，蒸馏分开，分别碱性条件下水解、催化氧化；CH2Br—CH2Br→CH2OH—CH2OH→OHC-CHO，CH2Br—CHBrCH3→CH2OH—CH（OH）CH3→OHC—CO—CH3依题意，D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，则D的结构简式OHC-CHO，根据分析回答问题

①操作I、操作II分别是 分液、蒸馏；

答案：分液、蒸馏

②已知D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，则D的结构简式OHC-CHO；

答案：OHC-CHO

③Na2SO3溶液的作用是除去有机物中溶解的Br2；

答案：除去有机物中溶解的Br2

（5）C4H10→C2H6+C2H4， C4H10 →CH4+C3H6

设丁烷裂解产物中含有xmol甲烷、丙烯，ymol乙烷、乙烯。

(E+F)装置增加的质量是其中烯烃的质量：42x+28y=0.7；

G：CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu C2H6+7CuO→2CO2+3H2O+7Cu

G装置减少的质量是CuO失去氧的质量：64x+112y=1.76

解得x=y=0.01mol

故丁烷的裂解产物中甲烷和乙烷的物质的量之比n (CH4) : n (C2H6) =1：1；

答案：1:1