Question

6．溴苯是一种化工原料，某课外小组用如图装置改进了苯的溴代反应，实验步骤如下：
Ⅰ、按图所示组装仪器并检查装置的气密性；
Ⅱ、将磁铁用双面胶固定在圆底烧瓶外侧顶部，取0.5g还原铁粉置于瓶内，移动烧瓶使铁粉被磁铁吸于瓶内侧顶端，在干燥管球内尖端部位放一团蘸有40%氢氧化钠溶液的棉花，两侧分别放一段湿润的石蕊试纸和湿润的淀粉碘化钾试纸，再将另一团蘸有CCl₄的棉花松松地置于干燥管的管口，塞上带有导管的胶塞．
Ⅲ、用注射器加入溴和苯的混合溶液7.5mL（体积比约为1：2），塞上胶塞，稍微倾斜一下烧瓶并移去磁铁，铁粉自然落入溴和苯的混合溶液中，将一块冰毛巾覆盖在圆底烧瓶上半部分，混合液开始处于微沸状态，1min后转为沸腾．
IV、反应完毕后，打开止水夹，立即将注射器中10mL饱和的亚硫酸钠溶液注入烧瓶内，充分反应后，上层为浅绿色溶液，下层为接近无色油状液体，再用注射器注入蒸馏水“水洗”，即可清楚地看到无色溴苯生成，请回答相关问题：
（1）步骤Ⅱ中蘸有CCl₄的棉花和蘸有40%氢氧化钠溶液的棉花的作用分别为吸收挥发苯与溴、吸收HBr，防止污染环境；
（2）步骤Ⅲ中，苯和溴反应的化学反应方程式为；冰毛巾覆盖在圆底烧瓶上半部分的目的降低温度圆底烧瓶上部温度，起冷却回流作用；
（3）步骤Ⅳ中，饱和的亚硫酸钠溶液的主要作用是消耗掉未反应的溴，防止污染环境，生成浅绿色溶液的离子方程式为2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，从“水洗”后的体系中分离出溴苯的操作是分液；
（4）什么现象能证明苯和溴发生的是取代反应湿润的淀粉-KI试纸无明显现象，湿润的石蕊试纸变红色；
（5）该实验的优点有防止造成环境污染、实验同时证明苯和溴发生的是取代反应等．

Answer 1

分析 （1）苯与溴易挥发，用四氯化碳吸收；反应生成HBr，用NaOH溶液吸收，防止污染环境；
（2）苯与溴在Fe作催化剂条件下反应生成溴苯与HBr；反应放出热量，溴与苯都易挥发，用冰毛巾覆盖在圆底烧瓶上半部分，降低温度圆底烧瓶上部温度，起冷却回流作用；
（3）亚硫酸钠具有还原性，可以消耗掉未反应的溴；反应中起催化剂作用物质实际是FeBr₃，三价铁具有氧化性，可以与亚硫酸钠发生氧化反应生成亚铁离子、硫酸根；溴苯与水溶液不互溶，利用分液的方法进行分离；
（4）利用湿润的淀粉-KI试纸排除溴使湿润的石蕊试变色，再利用湿润的石蕊试纸验证有HBr；
（5）该实验防止环境污染、实验同时可以证明苯和溴发生的是取代反应．

解答 解：（1）苯与溴易挥发，用四氯化碳吸收，防止对环境污染、防止溴对HBr检验的影响，由于反应生成HBr，且易挥发，用NaOH溶液吸收，防止污染环境，
故答案为：吸收挥发苯与溴；吸收HBr，防止污染环境；
（2）苯与溴在Fe作催化剂（实际为溴化铁）条件下反应生成溴苯与HBr，反应方程式为：；反应放出热量，溴与苯都易挥发，用冰毛巾覆盖在圆底烧瓶上半部分，降低温度圆底烧瓶上部温度，起冷却回流作用，减少原料的损失，
故答案为：；降低温度圆底烧瓶上部温度，起冷却回流作用；
（3）亚硫酸钠具有还原性，可以消耗掉未反应的溴，防止污染环境；反应中起催化剂作用物质实际是FeBr₃，三价铁具有氧化性，可以与亚硫酸钠发生氧化反应生成亚铁离子、硫酸根，反应离子方程式为：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺；溴苯与水溶液不互溶，从“水洗”后的体系中分离出溴苯的操作是分液，
故答案为：消耗掉未反应的溴，防止污染环境；2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺；分液；
（4）湿润的淀粉-KI试纸无明显现象，湿润的石蕊试纸变红色，说明反应生成HBr，可以证明证明苯和溴发生的是取代反应，
故答案为：湿润的淀粉-KI试纸无明显现象，湿润的石蕊试纸变红色；
（5）该实验的优点有：防止造成环境污染、实验同时证明苯和溴发生的是取代反应等，
故答案为：防止造成环境污染、实验同时证明苯和溴发生的是取代反应等．

点评 本题考查制备实验方案，侧重对操作的分析评价考查，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，难度中等．