题目内容

8．分子树（Dendrimers）是指分子中有树状结构的高度支化大分子，这类大分子的制备方法之一就是Michael加成反应．反应的一个简单例子如下：
（C2H5）2NH+H2C=CHCO2Et$→_{0℃}^{惰性溶剂+醋酸}$（C2H5）2N-CH2CH2CO2Et（注：Et为乙基），一个分子树可通过下列反应得到：
①NH3用过量的丙烯睛（H2C=CHCN）处理得到含有3个氰基的产物
②上述所得产物在催化剂作用下用H2催化还原，得到一种带有三个伯胺（-NH2）的产物．
③这种初级伯胺产物再用过量的丙烯腈处理．
④步骤③的产物再在催化剂作用下用H2氢化，得到六胺化合物．这就是一种支化大分子的开始．
（1）（a）步骤①的反应方程式NH3+3H2C=CHCN→N（CH2CH2CN）3；
（b）步骤②的反应方程式N（CH2CH2CN）3+6H2→N（CH2CH2CH2NH2）3；
（c）步骤④氢化得到的反应产物的结构简式N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CH2NH2）2]3．
用丙烯腈处理的结果和氨基的还原结果可以重复几次，最终形成带有伯胺基团的球形分子（-NH2已位于表面）．
（2）计算经5次全循环（第一次循环由步骤①+②组成）后，在分子树上有48个末端基．
（3）（a）每摩尔NH3，进行5次循环时，共需丙烯腈的物质的量为93mol．
（b）分子树每经一次循环分子直径增加约1nm．计算5次循环后分子树的体积6.54×10-26m3．

分析 （1）（a）步骤①NH3用过量的丙烯睛（H2C=CHCN）处理得到含有3个氰基的产物，发生的是加成反应，NH3中的每一个N-H断开加成H2C=CHCN中的碳碳双键，H2C=CHCN的双键断开，方程式为：NH3+3H2C=CHCN→N（CH2CH2CN）3；
（b）步骤②含有3个氰基的产物在催化剂作用下用H2催化还原，得到一种带有三个伯胺（-NH2）的产物，也就是一个N（CH2CH2CN）3中的三个-C≡N键断裂，被氢气氢化，得到三个-NH2．方程式为：N（CH2CH2CN）3+6H2→N（CH2CH2CH2NH2）3；
（c）N（CH2CH2CH2NH2）3 分子中含6个氢原子，需要和6个丙烯睛（H2C=CHCN）加成反应得到N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CN）2]3，再氢化需要12个氢气加成得到反应产物的结构简式N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CH2NH2）2]3，如此循环往复；
（2）经5次全循环（第一次循环由步骤①+②组成）后，依据结构特征分析计算在分子树上含有的末端基数目；
（3）1个分子的直径近似为10-10m，分子树每经一次循环分子直径增加约1nm，每摩尔NH3，进行5次循环时，分子直径为6×10-10m，最终形成带有伯胺基团的球形分子，分子的体积V=$\frac{4}{3}$πr3计算得到；

解答 解：（1）（a）步骤①NH3用过量的丙烯睛（H2C=CHCN）处理得到含有3个氰基的产物，发生的是加成反应，NH3中的每一个N-H断开加成H2C=CHCN中的碳碳双键，H2C=CHCN的双键断开，方程式为：NH3+3H2C=CHCN→N（CH2CH2CN）3，
故答案为：NH3+3H2C=CHCN→N（CH2CH2CN）3 ；
（b）步骤②含有3个氰基的产物在催化剂作用下用H2催化还原，得到一种带有三个伯胺（-NH2）的产物，也就是一个N（CH2CH2CN）3中的三个-C≡N键断裂，被氢气氢化，得到三个-NH2．方程式为：N（CH2CH2CN）3+6H2→N（CH2CH2CH2NH2）3，
故答案为：N（CH2CH2CN）3+6H2→N（CH2CH2CH2NH2）3；
（c）步骤③的产物再在催化剂作用下用H2氢化，得到六胺化合物，N（CH2CH2CH2NH2）3 分子中含6个氢原子，需要和6个丙烯睛（H2C=CHCN）加成反应得到N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CN）2]3，再氢化需要12个氢气加成得到反应产物的结构简式N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CH2NH2）2]3，如此循环往复，
故答案为：N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CH2NH2）2]3；
（2）第一次循环为由步骤①+②组成，反应为NH3+3H2C=CHCN→N（CH2CH2CN）3 ，N（CH2CH2CN）3+6H2→N（CH2CH2CH2NH2）3，得到产物中每1mol含氨基为3mol，第二此循环是得到六胺化合物，N（CH2CH2CH2NH2）3 分子中含6个氢原子，需要和6个丙烯睛（H2C=CHCN）加成反应得到N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CN）2]3，末端基氨基为6mol，第三个循环氢化需要12个氢气加成得到反应产物的结构简式N[CH2CH2CH2N（CH2CH2CH2NH2）2]3，末端基为氨基为12mol，第四次循环则为产物与12mol丙烯睛（H2C=CHCN）加成反应，得到氨基24mol，第五次循环得到氨基氢48mol，
故答案为：48；
（3）（a）依据（2）分析把过程中需要的丙烯睛相加得到需要的丙烯睛个数=3+6+12+24+48=93，
故答案为：93；
（b）1个分子的直径近似为10-10m，分子树每经一次循环分子直径增加约1nm，每摩尔NH3，进行5次循环后，分子直径为5.0×10-9m，最终形成带有伯胺基团的球形分子，分子的体积V=$\frac{4}{3}$πr3=$\frac{4}{3}$×3.14×（$\frac{5}{2}$）3=6.54×10-26m3；
故答案为：6.54×10-26m3；

点评 不本题考查了物质制备的过程分析，有机物结构的变化和反应实质理解应用，规律的归纳整理是解题关键，题目难度较大．

练习册系列答案
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A．B．C．D．
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C．Ba（OH）2•8H2O与NH4Cl反应D．锌粒与稀H2SO4反应制取H2
8．下列说法中，正确的是（　　）
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3．Ⅰ．某学习小组用乙醇与氢溴酸为原料制备溴乙烷．
（1）该反应方程式为CH3CH2OH+HBr$\stackrel{△}{→}$CH3CH2Br+H2O
（2）某同学通过红外光谱仪鉴定所得产物中含有“-CH2CH3”基团，由此确定副产物中存在乙醚．你认为该结论不正确“正确”或“不正确”），理由是溴乙烷中也含-CH2CH3．
II．用如图实验装置（铁架台、酒精灯略） 验证溴乙烷的性质：
①在图甲试管中加入10mL6mol/L NaOH溶液和2mL 溴乙烷，振荡．
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（3）观察到液体分层现象消失现象时，表明溴乙烷与NaOH溶液已完全反应．
（4）为证明溴乙烷在NaOH乙醇溶液中发生的是消去反应，将生成的气体通入图乙装置．A试管中的水的作用是除去乙烯中的乙醇，若无A试管，则B中可加入溴水
试剂．
（5）若要除去溴乙烷中的少量杂质Br2，下列物质中最好的是c．（填字母）
a．NaI        b．NaOH         c．NaHSO3        d．KCl．
13．四氯化硅是粗硅精炼中的中间产物：熔点-70℃，沸点57.6℃，在潮湿空气中水解生成硅酸和氯化氢．某兴趣小组在实验室里通过如图所示装置制取少量四氯化硅：

（1）如何检验如图气体发生装置的气密性：堵住导管出口，打开分液漏斗活塞，向分液漏斗中注入蒸馏水，过一会，如果分液漏斗中液面不再下降，则气密性良好；
（2）A装置中发生反应的离子方程式为：MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O；
（3）A装置中玻璃实验仪器名称为（写出两种即可）：分液漏斗和圆底烧瓶；
（4）B中的液体为：饱和食盐水，F中碱石灰的作用为：①吸收多余氯气②防止空气中水蒸气从末端进入D中
（5）先加热图中哪个装置：A原因：利用A所产生的氯气排尽装置中的空气等，防止硅与空气反应若实验中用12mol•L-1浓盐酸10mL与足量的MnO2反应，生成Cl2的物质的量总是小于0.03mol，试分析可能存在的原因是：随着反应进行，浓盐酸会变稀，稀盐酸不和二氧化锰反应．
20．铝是一种重要金属，从铝土矿（主要成分为Al2O3，Fe2O3、SiO2等）中冶炼Al的工业生产流程如下图：

（1）沉淀B的化学式为SiO2，溶液A中含的阳离子主要有Al3+、Fe3+、H+．
（2）写出步骤II生成溶液C 的离子方程式Al3++4OH-=[Al（OH）4]-，步骤I、Ⅱ、Ⅲ都要用到的分离方法是过滤．
（3）生产过程中，除CaO可以循环使用外，还可以循环使用的物质有：CO2、NaOH（填化学式）．
（4）生产中曾用铝热反应焊接钢轨，则铝与氧化铁发生反应的化学方程式为：2Al+Fe 2O3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al 2O3 +2Fe
（5）经分析，a吨铝土矿可以冶炼出b吨的铝（假设各生产环节中无损耗），则原铝土矿中Al2O3的纯度（质量分数）$\frac{17b}{9a}$×100%（用含a、b的最简式表示）．
17．明矾石经处理后得到明矾[KAl（SO4）2•12H2O]．从明矾制备Al、K2SO4和H2SO4的工艺过程如下所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl（SO4）2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，转移15mol电子，生成Al2O32.5mol；
（2）A12O3在一定条件下可制得AIN，其晶体结构如下图所示，该晶体中Al的配位数是4；

（3）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，该电池反应的化学方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni（OH）2；
（4）焙烧产生的SO2可用于制硫酸．已知25℃、101kPa时：
2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H1=一197kJ/mol；
2H2O （g）=2H2O（1）△H2=一44kJ/mol；
2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）△H3=一545kJ/mol．
则25℃、101kPa时SO3气体与H2O反应的热化学方程式是SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）△H=-130KJ/mol
焙烧568.8吨明矾（M=474g/mol ），若SO2 的利用率为96%，可生产质量分数为98%的硫酸259.2吨．
18．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生以下反应：2N2O5（g）?4NO2（g）+O2（g）△H＞0
T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：
时间/s0500100　0150　0
c（N2O5）/mol•L-15.003.522.502.50
下列说法中不正确的是（　　）
A．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1＞T2，则K1＜K2
B．500s内N2O5分解速率为2.96×10-3mol•L-1•s-1
C．达平衡后其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的 $\frac{1}{2}$，则c（N2O5）＞5.00mol•L-1
D．T1温度下的平衡常数为K1=125，平衡时N2O5的转化率为50%

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