Question

8．实验小组用如图2所示的装置制备硝基甲苯（为邻硝基甲苯和对硝基甲苯的混合物），反应原理、相关数据、实验装置如下：

                  对硝基甲苯            邻硝基甲苯

	密度/g•cm-3	沸点/℃	溶解性
甲苯	0.866	110.6	不溶于水，易溶于硝基甲苯
对硝基甲苯	1.286	237.7	不溶于水，易溶于液态烃
邻硝基甲苯	1.162	222	不溶于水，易溶于液态烃

实验步骤：
①配制浓硫酸与浓硝酸体积比为1：3的混酸20mL；
②在三颈瓶中加入10mL甲苯（约为0.094mol）；
③按图2所示连接装置实验；
④向三颈瓶中加入混酸，并不断搅拌（磁力搅拌器已略去）；
⑤控制温度约为50℃，反应一段时间后，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现；
⑥分离出硝基甲苯．
请回答下列问题：
（1）配制20mL混酸的操作是将15ml的浓硝酸倒入烧杯中，再沿烧杯内壁注入5mL浓硫酸，边加边搅拌；
（2）装置A的名称为球形冷凝管冷却时水应该从a（填a或b）口流入，控制反应温度约为50℃，常用的方法为水浴加热
（3）分离产品的方案如下：

①操作Ⅰ的名称为分液操作Ⅵ的名称为蒸馏
②操作Ⅲ中加入5%NaOH溶液的目的是除去硝基甲苯中的硫酸和硝酸操作Ⅴ中加入无水CaCl₂的目的是干燥硝基甲苯
（4）当产率达到为10%时，则生成硝基甲苯的总质量是1.3g（保留一位小数）

Answer 1

分析 制备一硝基甲苯：先配制混合溶液（即混酸）共20mL，因反应液体沸点较低，加热时容易发生暴沸，所以在三颈瓶中加入沸石，然后加入10ml甲苯（易挥发沸点为110.6℃），再向三颈瓶中加入混酸，水浴（水的沸点100℃）目的能均匀加热，且便于控制反应速率，温度约为50℃，反应大约10min，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现；两种一硝基化合物都为有机物，所以只能利用它们沸点的不同采用蒸馏的方法分离，经提纯最终得到纯净的一硝基甲苯．
（1）混合溶液的配制可参照浓硫酸的稀释．
（2）装置A是为了将蒸汽冷却为液体再回流到三颈瓶中，冷凝水的流向通常与蒸汽的流向相反，这样保证能更充分交换热量，确保蒸汽充分冷凝；为方便控制温度通常不直接采用酒精灯加热，改用间接加热的方式加热；
（3）①因为分离得到的是无机和有机两种液体，而有机物和无机物是不相溶的，因此方法是分液；分离两种一硝基化合物只能利用它们沸点的不同，因此采用蒸馏的方法；
②经过操作Ⅰ分液得到的有机混合物中仍混有无机酸，可借助酸碱中和将它们转化为易溶于的盐，然后用水洗涤除去，加CaCl₂的作用可考虑从CaCl₂具有吸水性方面考虑；
（4）根椐化学变化中原子守恒规律，先计算出实验中生成硝基甲苯的理论产量，再根据产率计算实际产量．

解答 解：（1）配制混合溶液时，操作流程与浓硫酸的稀释一样，分别量取5 mL和15mL的浓硫酸和浓硝酸，将浓硝酸倒入烧杯中，浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入，并不断搅拌，配制混合溶液（即混酸）共20mL，故答案为：将15mL浓硝酸注入烧杯中，再沿烧杯内壁注入5mL浓硫酸，边加边搅拌；
（2）装置球形A为冷凝管用于将蒸汽冷却为液体再回流到三颈瓶中，蒸馏时，冷却水从冷凝管的下口通入，上口流出，可使冷凝管充满冷水而进行充分冷却，所以冷却水从冷凝管的a端进入，用酒精灯直接加热很能控制温度约为50℃，可利用水浴加热并通过温度计控制水的温度，故答案为：球形冷凝管；a；水浴加热；
（3）①最初的混合液为无机和有机两种液体混合物，彼此间不相溶，可选择分液的方法进行分离；进行操作Ⅵ时分离的是两种一硝基化合物，彼此混溶，只能利用它们沸点的不同，采用蒸馏的方法分离，故答案为：分液；蒸馏；
②操作Ⅰ分液得到的有机混合物中仍混有硫酸和硝酸，可利用5%氢氧化钠溶液中和二种酸，再用水洗涤生成的盐就可以了，一硝基苯中混有少量水，因CaCl₂具有吸水性，可加CaCl₂吸水，达到干燥的目的，故答案为：除去硝基甲苯中的硫酸和硝酸；干燥硝基甲苯；
（4）根椐原子守恒，理论上0.094mol的甲苯可以得到0.094mol的硝基甲苯，质量为0.094mol×137g/mol=12.9g，因产率为10%，实际硝基甲苯的质量为12.9g×
10%=1.3g，故答案为：1.3g．

点评 本题主要考查一硝基甲苯的制备，涉及实验流程、产率的计算等知识，明确物质的制备原理即流程的意义与目的为解答此类题的关键，充分考查了学生灵活应用所学知识的能力，题目难度中等．