Question

13．为探究乙烯的制取及乙烯和溴水反应的有关问题，甲、乙、丙三同学进行了如下实验活动，请你参与他们的活动并回答相关问题．
（1）甲设计了如图所示的实验装置，并进行实验．当温度升至170℃左右时，有大量气体产生，溴水的颜色迅速褪去．甲认为达到了实验目的．请写出甲实验中两个主要反应的化学方程式：CH₃CH₂OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH₂=CH₂↑+H₂O、CH₂=CH₂+Br₂ →CH₂BrCH₂Br．烧瓶中除加入浓硫酸和无水乙醇外，还需要加入碎瓷片（或沸石）．装置中氢氧化钠溶液的作用是吸收尾气，防止污染．
（2）乙考察了甲的实验过程，发现下列两个问题：
①当温度升到160℃左右时混合液呈黑色，在超过170℃后生成气体的速率明显加快并有刺激性气味的气体生成．则乙同学观察到的黑色物质是C，刺激性气味的气体是SO₂．
②当一定量的溴水中的溴全部褪色时，所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量比正常情况下超过许多．如果装置的气密性没有问题，则其可能的原因是乙醇在浓硫酸、加热的条件下如果温度不能迅速达到170℃可以生成乙醚、乙烯通入速率过快．
（3）丙为验证生成的气体与溴水的反应是加成而不是取代，提出甲的装置必须先作“在A、B之间增加一个装有烧碱溶液的洗气装置后再开始加热”的改进，然后用pH试纸来测试反应后B中溶液的酸性即可验证，则丙提出的增加一个洗气装置的理由是除去二氧化硫等酸性气体，此时用pH试纸来进行实验能够达到实验目的原因是如果发生了取代反应，则B中溶液的酸性增强．丙认为按甲的装置进行实验，烧瓶内混合液在实验过程中可能还有另外两种气体产生，这两种气体是CO₂、SO₂．

Answer 1

分析 （1）根据题中实验目的和实验装置可知，乙醇在浓硫酸作用下加热发生消去反应得乙烯，乙烯通过溴水溶液，与溴发生加成反应得1，2-二溴乙烷，给液体加热要加入沸石，防止瀑沸，溴水的溴易挥发，所以尾气要用氢氧化钠溶液吸收；
（2）浓硫酸具有脱水性，在加热时容易使乙醇脱水生成碳，碳中加热时可与浓硫酸发生反应生成二氧化碳和二氧化硫，乙醇在浓硫酸、加热的条件下如果温度不能迅速达到170℃还可以生成乙醚，乙烯通入速率过快也会使消耗乙醇量增加；
（3）要验证生成的气体与溴水的反应是加成而不是取代，在A、B之间增加一个装有烧碱溶液的洗气装以除去发生装置中产生的二氧化硫等酸性气体对实验的干扰，然后用pH试纸来测试反应后B中溶液的酸性即可验证，如果B中溶液的酸性增强，则发生了取代反应，如果B中溶液的酸性没有明显增强，则发生加成反应，结合（2）的分析进行答题．

解答 解：（1）根据题中实验目的和实验装置可知，乙醇在浓硫酸作用下加热发生消去反应得乙烯，反应的方程式为CH₃CH₂OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH₂=CH₂↑+H₂O，乙烯通过溴水溶液，与溴发生加成反应得1，2-二溴乙烷，反应的方程式为CH₂=CH₂+Br₂ →CH₂BrCH₂Br，给液体加热要加入碎瓷片（或沸石），防止瀑沸，溴水的溴易挥发，所以尾气要用氢氧化钠溶液吸收，防止污染空气，
故答案为：CH₃CH₂OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH₂=CH₂↑+H₂O、CH₂=CH₂+Br₂ →CH₂BrCH₂Br；碎瓷片（或沸石）；吸收尾气，防止污染；
（2）①浓硫酸具有脱水性，在加热时容易使乙醇脱水生成碳，所以乙同学观察到的黑色物质是碳，碳加热时可与浓硫酸发生反应生成二氧化碳和二氧化硫，其中二氧化硫有刺激性气味，
故答案为：C；SO₂；
②乙醇在浓硫酸、加热的条件下如果温度不能迅速达到170℃还可以生成乙醚，乙烯通入速率过快也会使消耗乙醇量增加，
故答案为：乙醇在浓硫酸、加热的条件下如果温度不能迅速达到170℃可以生成乙醚、乙烯通入速率过快；
（3）要验证生成的气体与溴水的反应是加成而不是取代，在A、B之间增加一个装有烧碱溶液的洗气装以除去发生装置中产生的二氧化硫等酸性气体对实验的干扰，然后用pH试纸来测试反应后B中溶液的酸性即可验证，如果B中溶液的酸性增强，则发生了取代反应，如果B中溶液的酸性没有明显增强，则发生加成反应，根据（2）①中的分析可知，烧瓶内混合液在实验过程中可能还有另外两种气体产生，这两种气体是CO₂、SO₂，
故答案为：除去二氧化硫等酸性气体；如果发生了取代反应，则B中溶液的酸性增强；CO₂、SO₂．

点评 本题考查了物质组成成份的实验方案设计和分析判断，主要考查乙醇、乙烯、碳、浓硫酸等物质的性质应用，题目难度中等．