题目内容
【题目】硝基苯是一种重要有机合成中间体，实验室可用如下反应合成：
C6H6+HNO3
C6H5—NO2+H2O ΔH<0
已知：
①该反应在温度稍高的情况下会生成间二硝基苯。
②制备反应装置：
③有关数据如表：
物质 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 密度/g·cm3 | 溶解性 |
苯 | 5.5 | 80 | 0.88 | 微溶于水 |
硝基苯 | 5.7 | 211 | 1.205 | 难溶于水 |
间二硝基苯 | 89 | 301 | 1.57 | 微溶于水 |
浓硝酸 | 83 | 1.4 | 易溶于水 | |
浓硫酸 | 338 | 1.84 | 易溶于水 |
请回答下列问题：
（1）合成硝基苯的反应类型为_____________。
（2）制备时需要配制25 mL的浓硝酸和x mL（0.552 mol）浓硫酸（98%）混合液，混合酸应该盛放在_____________中（填写仪器名称），x值为_____________。
（3）反应在50℃～60℃下进行，其主要原因可能是__________________________（写两点即可），常用的方法是__________________________。
（4）反应完毕所得的硝基苯中混有无机物杂质，需将反应液冷却至室温后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5%NaOH溶液、水洗涤并分液，第二次用水洗的目的是__________________________。
（5）进行分液的硝基苯中含有少许水分及有机物杂质，加入无水aCl2颗粒，静置片刻，然后倒入蒸馏烧瓶，弃去CaCl2，最后进行蒸馏纯化，蒸馏纯化的实验方案为__________________________。从实验安全角度考虑，在蒸馏纯化过程中，应选用空气冷凝管，不选用通水的直形冷凝管的原因是__________________________________。
（6）若反应开始时向仪器A中加入19.5 mL苯，反应完毕提纯后得到20 g硝基苯，则实验所得到的硝基苯产率为_____________（精确到0.1%）。
【答案】（1）取代反应
（2）分液漏斗 30
（3）防止温度过高浓硝酸分解、减少副产物间二硝基苯生成（或温度较低，反应速率慢，温度过高反应物转化率降低） 水浴加热
（4）洗去残留的NaOH及生成的盐
（5）首先控制蒸馏温度在80℃，收集该温度下的馏分，除去苯，然后控制蒸馏温度为211℃，收集该温度下的馏分，得到纯硝基苯 以免直形冷凝管通水冷却时温差过大而发生炸裂
（6）73.9%
【解析】（1）苯环上的H原子被—NO2取代生成硝基苯，所以该反应为取代反应。
（2）混合酸应该盛放在仪器B所示的分液漏斗中，通过分液漏斗来控制加入混酸的速率。
，解得x=30。
（3）根据题目信息可知，合成硝基苯的反应为放热反应，从化学反应速率和化学平衡移动观点来解释温度控制，同时浓HNO3受热易分解生成NO2、温度较高时副产物间二硝基苯也易生成。由于温度低于100℃，所以可用水浴加热方法控制温度为50～60℃ 。
（4）先用水洗除去浓H2SO4、HNO3，再用稀NaOH溶液将剩余的少量酸转化为可溶性的盐，这些盐在蒸馏时不会变为气体，便于后续分离提纯硝基苯，最后水洗除去未反应的NaOH及生成的盐。
（5）硝基苯中含有未反应的苯、副产物间二硝基苯，由于三者沸点差异较大，故采用蒸馏方法提纯，首先应该在蒸馏温度80℃下蒸馏除去苯，然后再在211℃蒸馏得到硝基苯。
（6）25 mL浓HNO3物质的量=
，20 mL苯物质的量=
，根据反应方程式可知，苯不足，生成的硝基苯应为0.22 mol，理论质量=0.22 mol×123 g/mol=27.06 g，实际质量为20 g，硝基苯的产率=
。
