Question

6．某研究性学习小组为合成1-丁醇，查阅资料得知一条合成路线：CH₂CH=CH₂+CO+H₂$→_{△}^{催化剂}$CH₃CH₃CH₂CHO$→_{△}^{H_{2}催化剂}$CH₃CH₂CH₂CH₂OH．
原料CO的制备原理：HCOOH$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CO↑+H₂O，并设计出原料气的制备装置如图．
请填写下列空白：
（1）若用以上装置制备干燥纯净的CO装置中a和b的作用分别是保持恒压、防倒吸；c和d中盛装的试剂分别是NaOH溶液、浓硫酸．请指出上述装置存在的一处明显不足是缺少尾气处理装置．
（2）若用上述装置支取丙烯，缺少的玻璃仪器名称是温度计．因制丙烯的过程中常有副产物SO₂、CO₂，确认丙烯存在时需将气体先通过c、d装置，c、d中分别盛装的试剂是氢氧化钠反应、品红溶液，再通过酸性高锰酸钾溶液或溴水检验．
（3）正丁醛经催化剂加氢得到含少量正丁醛的1-丁醛粗品，为纯化1-丁醇，该小组查阅文献得知：
①R-CHO+NaHSO₃（饱和）→RCH（OH）SO₂Na↓；
②沸点：乙醚34℃，1-丁醇118℃．
设计出如下提纯路线：

试剂1为饱和NaHSO₃溶液，操作1为过滤，操作2为萃取，操作3为蒸馏．
检验纯品中是否有正丁醛的试剂是氢氧化铜悬浊液或银氨溶液．
（4）若用20mL（密度为0.8g/mL）的丙醇制正丁醛，制丙烯反应中丙醇的转化率85%，丙烯制正丁醛反应中丙烯的转化率78.5%，正丁醛的分离提纯中损失率1.5%，请计算丙醇制正丁醛的产率：85%×78.5%×（1-1.5%）（列出计算式）．

Answer 1

分析 （1）甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水生成CO，由于甲酸易挥发，产生的CO中必然会混有甲酸，所以在收集之前需要除去甲酸，可以利用NaOH溶液吸收甲酸．甲酸易溶于水，所以必需防止液体倒流，即b的作用是防止倒吸，最后通过浓硫酸干燥CO．为了使产生的气体能顺利的从发生装置中排出，就必需保持压强一致，因此a的作用是保持恒压，CO直接排放会污染空气，最终需要进行尾气处理；
（2）用上述装置制取丙烯，需要用温度计控制温度；
检验丙烯可以用酸性KMnO₄溶液或溴水，SO₂也能与酸性KMnO₄溶液褪色、溴水反应，应向用氢氧化钠溶液除去，再利用品红溶液检验SO₂是否除尽；
（3）粗品中含有正丁醛，根据所给的信息，利用饱和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通过过滤即可除去；由于饱和NaHSO₃溶液是过量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇，经过分液操作与NaHSO₃溶液分离，因为1-丁醇和乙醚的沸点相差很大，因此可以利用蒸馏将其分离开；
正丁醛含有醛基，利用氢氧化铜悬浊液或银氨溶液检验；
（4）将每一步的利用率或损失率都转化为起始原料的利用率或损失率，据此计算原料的实际利用率，产品的产率等于起始原料的实际利用率．

解答 解：（1）甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水即生成CO，由于甲酸易挥发，产生的CO中必然会混有甲酸，所以在收集之前需要除去甲酸，可以利用NaOH溶液吸收甲酸．甲酸易溶于水，所以必需防止液体倒流，即b的作用是防止倒吸，最后通过浓硫酸干燥CO．为了使产生的气体能顺利的从发生装置中排出，就必需保持压强一致，因此a的作用是保持恒压；
CO直接排放会污染空气，最终需要进行尾气处理，上述装置存在的一处明显不足是：缺少尾气处理装置，
故答案为：保持恒压；防倒吸； NaOH溶液；浓硫酸；缺少尾气处理装置；
（2）用上述装置制取丙烯，需要用温度计控制温度；
检验丙烯可以用酸性KMnO₄溶液或溴水，SO₂也能与酸性KMnO₄溶液褪色、溴水反应，应向用氢氧化钠溶液除去，再利用品红溶液检验SO₂是否除尽，
故答案为：温度计；氢氧化钠溶液；品红溶液；
（3）粗品中含有正丁醛，根据所给的信息，利用饱和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通过过滤即可除去；由于饱和NaHSO₃溶液是过量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇，经过分液操作与NaHSO₃溶液分离，因为1-丁醇和乙醚的沸点相差很大，因此可以利用蒸馏将其分离开；
正丁醛含有醛基，利用氢氧化铜悬浊液或银氨溶液检验，
故答案为：饱和NaHSO₃溶液；过滤；萃取；蒸馏；氢氧化铜悬浊液或银氨溶液；
（4）将每一步的利用率或损失率都转化为起始原料的利用率或损失率，则原料的实际利用率为85%×78.5%×（1-1.5%），产品的产率等于起始原料的实际利用率，即产品产率为85%×78.5%×（1-1.5%），
故答案为：85%×78.5%×（1-1.5%）．

点评 本题考查有机物合成方案、物质的检验、物质的分离提纯、对装置的分析评价、有损失率的多步反应计算等，题目综合性较大，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，难度中等．