Question

4．由碳、氢、氮三种元素组成的TMB是一种新型指纹检测的色原试剂，其相对分子质量为240．某研究性学习小组的同学欲利用下列装置测定TMB的分子式．实验原理：在足量氧气流中将4.80gTMB样品氧化（氮元素转化为N₂），再利用吸收剂分别吸收水蒸气和CO₂．请从图中选择适当的装置（部分装置可以重复）进行实验．
（1）仪器a的名称为圆底烧瓶．
（2）实验装置依次连接的顺序为CBDBAA．
（3）写出装置C中反应的化学方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（4）该实验不需要（填“需要”或“不需要”）尾气处理，理由是碳元素必须燃烧完全才能保证实验结果的准确性，没有有毒气体放出．
（5）实验后称得装置A的质量增加14.08g，装置B的质量增加3.60g并收集到0.56g氮气（假设每次吸收均是完全的），则TMB的分子式为C₁₆H₂₀N₂．
（6）设计实验验证CO₂具有氧化性：将打磨过的镁条点燃后深入充满二氧化碳的集气瓶中，镁条继续燃烧，集气瓶中有黑色固体生成为碳单质，说明二氧化碳具有氧化性．

Answer 1

分析 C中过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成氧气，用浓硫酸干燥氧气，氧气将TMB氧化为二氧化碳、水和氮气，用碱石灰吸收二氧化碳，．根据A装置增加14.08g可以求出样品中C元素的物质的量，B装置增加3.60g可以求出样品中H元素的物质的量，再根据收集到0.56g氮气可以求出样品中N元素的物质的量，则TMB分子中碳、氢、氮的原子个数比就可以求出，根据相对分子质量之比算出相对分子质量，结合原子个数比计算出分子式，以此解答该题，
（1）仪器a为圆底烧瓶
（2）依据上述分析可知装置连接为制备氧气、干燥氧气、将TMB氧化、浓硫酸吸收生成的水蒸气、碱石灰吸收生成的二氧化碳气体、最后连接碱石灰防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置A干扰测定结果；
（3）过氧化氢在二氧化锰作用下分解生成水和氧气；
（4）因二氧化碳完全吸收，且生成氮气，没有必要进行尾气处理；
（5）实验后称得装置从用的先后顺序排列质量分别增加3.60g、14.08g，收集到0.56g氮气，则m（H₂O）=3.60g，m（CO₂）=14.08g，则
n（H₂O）=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，n（H）=0.4mol，
n（CO₂）=$\frac{14.08g}{44g/mol}$=0.32mol，n（C）=0.32mol，
所以n（N）=$\frac{0.56g}{14g/mol}$=0.04mol，
则：n（C）：n（H）：n（N）=0.32mol：0.4mol：0.04mol=8：10：1，
依据相对分子质量计算分子式；
（6）设计实验使二氧化碳发生反应后碳元素化合价降低，做氧化剂，如镁条在二氧化碳中燃烧生成碳；

解答 解：C中过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成氧气，用浓硫酸干燥氧气，氧气将TMB氧化为二氧化碳、水和氮气，用碱石灰吸收二氧化碳，．根据A装置增加14.08g可以求出样品中C元素的物质的量，B装置增加3.60g可以求出样品中H元素的物质的量，再根据收集到0.56g氮气可以求出样品中N元素的物质的量，则TMB分子中碳、氢、氮的原子个数比就可以求出，根据相对分子质量之比算出相对分子质量，结合原子个数比计算出分子式，以此解答该题，
（1）依据图形和作用可知，仪器a为圆底烧瓶，
故答案为：圆底烧瓶；
（2）依据上述分析可知装置连接为制备氧气、干燥氧气、将TMB氧化、浓硫酸吸收生成的水蒸气、碱石灰吸收生成的二氧化碳气体、最后连接碱石灰防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置A干扰测定结果，装置连接顺序为：CBDBAA，
故答案为：CBDBAA；
（3）过氧化氢在二氧化锰作用下分解生成水和氧气，反应的化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（4）因二氧化碳完全吸收，且生成氮气是空气的成分，没有必要进行尾气处理，
故答案为：不需要；因为碳元素必须燃烧完全才能保证实验结果的准确性，没有有毒气体排放；
（5）实验后称得装置从用的先后顺序排列质量分别增加3.60g、14.08g，收集到0.56g氮气，则m（H₂O）=3.60g，m（CO₂）=14.08g，则
n（H₂O）=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，n（H）=0.4mol，
n（CO₂）=$\frac{14.08g}{44g/mol}$=0.32mol，n（C）=0.32mol，
所以n（N）=$\frac{0.56g}{14g/mol}$=0.04mol，
则：n（C）：n（H）：n（N）=0.32mol：0.4mol：0.04mol=8：10：1，
TMB的相对分子质量为：2×120=240，设分子式为：C_8nH_10nN_n，则有：12×8n+10n+14n=240，解得n=2，所以分子式为C₁₆H₂₀N₂，
故答案为：C₁₆H₂₀N₂；
（6）设计实验使二氧化碳发生反应后碳元素化合价降低，做氧化剂，将打磨过的镁条点燃后深入充满二氧化碳的集气瓶中，镁条继续燃烧，集气瓶中有黑色固体生成为碳单质，说明二氧化碳具有氧化性，
故答案为：将打磨过的镁条点燃后深入充满二氧化碳的集气瓶中，镁条继续燃烧，集气瓶中有黑色固体生成为碳单质，说明二氧化碳具有氧化性；

点评 本题考查了物质组成和性质的探究，生成产物的实验验证设计，化学式的计算应用等知识点，主要是测定个成分的实验装置作用的理解应用，题目难度中等．