Question

【题目】对硝基甲苯()是医药、染料等工业的一种重要有机中间体，一种制备对硝基甲苯的实验步骤如下：

步骤1：向三颈烧瓶中加入甲苯（液态），以发烟硝酸为硝化剂，固体NaHSO4为催化剂（可循环使用），以CCl4为溶剂，乙酸酐为脱水剂（与水反应生成乙酸），45℃下搅拌、回流1h。实验装置如图所示（加热和仪器固定装置均已略去）。

步骤2反应结束后，过滤，滤液分别用5%NaHCO3溶液、水洗至中性。

步骤3:所得液体再经分离提纯得到对硝基甲苯。

（1）装置中，冷却水应从______________（填“a”或“b”)口通入。

（2）反应须控制在45℃下进行的原因是______________。

（3）步骤2中，过滤所得滤渣是______________（填化学式）；对滤液进行洗涤可用下列装置中的______________（填字母）。

（4）表中所给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。

催化剂	n(催化剂)	硝化产物中各种异构体质量分数（％）			总产率（％）
	n(甲苯)	对硝基甲苯	邻硝基甲苯	间硝基甲苯
浓H2SO4	1.0	35.6	60.2	4.2	98.0
	1.2	36.5	59.5	4.0	99.8
NaHSO4	0.15	44.6	55.l	0.3	98.9
	0.25	46.3	52.8	0.9	99.9
	0.32	47.9	51.8	0.3	99.9
	0.36	45.2	54.2	0.6	99.9

已知：对硝基甲苯、邻硝基甲苯和间硝基甲苯的沸点分别为238.5℃、222℃和230.5℃。

①NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为______________，

②与浓硫酸作催化剂相比，NaHSO4作催化剂的优点有______________、______________。

③步骤3中，从三种异构体的混合物中分离出对硝基甲苯的方法为______________。

Answer 1

【答案】a 减少反应物的挥发和分解．提高反应物的利用率，减少副反应的发生．提高产率 NaHSO4 B 0.32 产物中对硝基甲苯比例高；催化剂用量少 催化剂能循环使用 蒸馏

【解析】

（1）冷却水低进高出，可以提高冷凝效果；

(2)硝酸易分解、挥发；

(3) 固体NaHSO4难溶于有机物；对硝基甲苯等有机物是难溶于水的液体；

（4）①制备对硝基甲苯时，对硝基甲苯的比例越大越好；

②由表格数据可知，固体NaHSO4为催化剂，对硝基甲苯的比例高；固体NaHSO4易分离；

③对硝基甲苯、邻硝基甲苯和间硝基甲苯的沸点不同；

（1）冷却水低进高出，可以提高冷凝效果，冷却水应从a口通入；

(2) 为减少反应物的挥发和分解，提高反应物的利用率，反应须控制在45℃下进行 ；

(3) 固体NaHSO4为催化剂，难溶于有机物，所以步骤2中，过滤所得滤渣是NaHSO4；对硝基甲苯等有机物是难溶于水的液体，用5%NaHCO3溶液、水洗涤后需要分液，故选B；

（4）①制备对硝基甲苯，对硝基甲苯的比例越大越好，所以NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为0.32；

②由表格数据可知，固体NaHSO4为催化剂，产物中对硝基甲苯比例高；固体NaHSO4易分离，能循环使用；

③对硝基甲苯、邻硝基甲苯和间硝基甲苯的沸点不同，从三种异构体的混合物中分离出对硝基甲苯的方法为蒸馏。