Question

13．某兴趣小组同学在实验室用加热1-丁醇、浓H₂SO₄和溴化钠混合物的方法来制备1-溴丁烷，并检验反应的部分副产物，设计了如图所示装置，其中夹持仪器、加热仪器及冷却水管没有画出．

请根据实验步骤，回答下列问题：
（1）关闭a和b、接通竖直冷凝管的冷凝水，给A加热30分钟，制备1-溴丁烷．竖直冷凝管接通冷凝水，进水口是Ⅱ（填“I”或“Ⅱ”）；冷凝回流的主要目的是充分反应，提高反应物的转化率．
（2）理论上，上述反应的副产物可能有：丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃）、1-丁烯、溴化氢、硫酸氢钠、水等．熄灭酒精灯，在竖直冷凝管上方塞上塞子并打开a，利用余热继续反应直至冷却，通过B、C装置检验部分副产物．B、C中应盛放的试剂分别是石蕊试液（或AgNO₃溶液）和溴水（或酸性KMnO₄溶液），写出C装置中主要的化学方程式：CH₃CH₂CH=CH₂+Br₂→BrCH₂CHBrCH₂CH₃ ．
（3）为了进一步分离提纯1-溴丁烷，该兴趣小组同学查得相关有机物的数据如表所示：

物质	熔点/℃	沸点/℃
1-丁醇	-89.5	117.3
1-溴丁烷	-112.4	101.6
丁醚	-95.3	142.4
1-丁烯	-185.3	-6.5

请你补充下列实验步骤，直到分离出1-溴丁烷．
①待烧瓶冷却后，拔去竖直的冷凝管；
②插上带橡皮塞的温度计；
③关闭a，打开b；
④接通冷凝管的冷凝水，使冷水从d处流入；
⑤迅速升高温度至101.6℃，收集所得馏分．
（4）若实验中所取1-丁醇、NaBr分别为7.4g、13.0g，蒸出的粗产物经洗涤、干燥后再次蒸馏得到9.6g 1-溴丁烷，则1-溴丁烷的产率是70%．（保留2位有效数字）

Answer 1

分析 （1）装置图分析冷凝回流的主要目的是提高反应物的利用率；
（2）理论上，上述反应的副产物可能有：丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃）、1-丁烯、溴化氢、硫酸氢钠、水等，能通过装置BC检出的是气体应检验1-丁烯、溴化氢的存在，先检验溴化氢的存在用石蕊试液或硝酸银溶液检验，后检验1-丁烯，选择试剂为溴水或高锰酸钾溶液褪色验证；C装置中主要的1-丁烯和溴单质发生加成反应；
（3）提纯1-溴丁烷，收集所得馏分为1-溴丁烷，所以须将1-溴丁烷先汽化，后液化，汽化须温度达其沸点101.6℃，需要理由蒸馏装置可知温度，冷却等操作规程设计步骤；
（4）依据化学方程式分析1-丁醇、NaBr反应情况，依据化学方程式计算生成的1-溴丁烷质量，依据产率=$\frac{实际量}{理论量}$×100%计算得到．

解答 解：（1）关闭a和b、接通竖直冷凝管的冷凝水，进水口为Ⅱ；给A加热30分钟，制备1-溴丁烷．冷凝回流的主要目的是，充分利用反应物，提高反应物的转化率，
故答案为：Ⅱ；充分反应，提高反应物的转化率；
（2）理论上，上述反应的副产物可能有：丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃）、1-丁烯、溴化氢、硫酸氢钠、水等，能通过装置B、C装置检出的是气体，应检验1-丁烯、溴化氢的存在，先检验溴化氢的存在用石蕊试液或硝酸银溶液检验，通过石蕊试液溶液变红色（通过硝酸银溶液生成浅黄色沉淀）证明溴化氢的生成；后检验1-丁烯，选择试剂为溴水或高锰酸钾溶液，通过为溴水或高锰酸钾溶液褪色证明生成的产物中含有1-丁烯，C装置中主要的化学方程式CH₃CH₂CH=CH₂+Br₂→BrCH₂CHBrCH₂CH₃ ；
故答案为：石蕊试液（或AgNO₃溶液）；溴水（或酸性KMnO₄溶液）；CH₃CH₂CH=CH₂+Br₂→BrCH₂CHBrCH₂CH₃ ；
（3）提纯1-溴丁烷，收集所得馏分为1-溴丁烷，所以须将1-溴丁烷先汽化，后液化，汽化须温度达其沸点101.6℃，利用蒸馏原理和装置设计的步骤为：
①待烧瓶冷却后，拔去竖直的冷凝管，②插上带橡皮塞的温度计 ③关闭a，打开b ④接通冷凝管的冷凝水，使冷水从d处流入 ⑤迅速升高温度至101.6℃；通过蒸到分离、提纯1-溴丁烷，
故答案为：关闭a，打开b；
（4）若实验中所取1-丁醇、NaBr分别为7.4g、13.0g，依据化学方程式计算判断反应情况：
CH₃CH₂CH₂CH₂OH+NaBr+H₂SO₄$\stackrel{△}{→}$CH₃CH₂CH₂CH₂Br+NaHSO₄+H₂O
74            103
7.4g         10.3g
溴化钠过量，则1-丁醇全部反应生成1-溴丁烷物质的量为0.1mol，质量=0.1mol×137g/mol=13.7g；
蒸出的粗产物经洗涤、干燥后再次蒸馏得到9.6g 1-溴丁烷，产率=$\frac{9.6g}{13.7g}$×100%=70%，
故答案为：70%．

点评 本题主要考查了1-溴丁烷的制取实验，混合物分离的实验操作步骤和过程分析判断，明确反应原理是解答的关键，题目难度中等．