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【题目】四溴乙烷(CHBr2—CHBr2)是一种无色透明液体,密度2.967g·mL-1,难溶于水,沸点244℃,可用作制造塑料的有效催化剂等。用电石(主要成分CaC2,少量CaS、Ca3P2、Ca3AS2等)和Br2等为原料制备少量四溴乙烷的装置(夹持装置已省略)如图1所示。

(1)装置A中CaC2能与水剧烈发生反应:CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑。为了得到平缓的C2H2气流,除可用饱和食盐水代替水外,还可采取的操作方法是__。

(2)装置B可除去H2S、PH3及AsH3,其中除去PH3的化学方程式为__(PH3还原性较强,氧化产物是磷酸)。

(3)装置C中在液溴液面上加入一层水的目的是__;装置C中反应已完成的现象是__;从装置C反应后的体系得到并纯化产品,需要进行的操作有__。

(4)一种制备Ca10(PO4)6(OH)2的原理为10Ca(OH)2+6H3PO4=Ca10(PO4)6(OH)2↓+18H2O。请设计用装置A得到的石灰乳等为原料制备Ca10(PO4)6(OH)2的实验方案:向烧杯中加入0.25L含0.5mol·L-1Ca(OH)2的石灰乳,_,在100℃烘箱中烘干1h。

已知:

①Ca10(PO4)6(OH)2中Ca/P比理论值为1.67。影响产品Ca/P比的主要因素有反应物投料比及反应液pH。

②在95℃,pH对Ca/P比的影响如图2所示。

③实验中须使用的试剂:含0.5mol·L-1Ca(OH)2的石灰乳、0.3mol·L-1磷酸及蒸馏水。

【答案】逐滴加入(饱和食盐)水 4CuSO4+PH3+4H2O=4Cu↓+H3PO4+4H2SO4 水封,减少液溴的挥发 上下两层液体均变为无色透明且几乎不再吸收乙炔气 分液,有机相干燥后蒸馏,收集244℃馏分 在分液漏斗中加入0.25L0.3mol·L-1磷酸,将石灰乳加热到95℃,在不断搅拌下,先快速滴加磷酸,然后慢慢滴加,不时滴加蒸馏水以补充蒸发掉的水分,直到磷酸全部滴完,调节并控制溶液pH8~9,再充分搅拌一段时间、静置,过滤、水洗

【解析】

A中电石和水反应生成乙炔和氢氧化钙,因为电石中含有CaC2,少量CaS、Ca3P2、Ca3AS2等,所以得到的乙炔中含有H2S、PH3、AsH3还原性气体,通过硫酸铜溶液生成CuS、Cu和H2SO4、H3PO4、H3AsO4,从而除去有H2S、PH3、AsH3,再通过液溴,液溴和乙炔反应生成1,1,2,2四溴乙烷,高锰酸钾溶液能氧化还原性气体。

(1)为了得到平缓的C2H2气流,除可用饱和食盐水代替水外,还可以通过改变加入饱和食盐水速率控制,所以改变的措施为逐滴加入(饱和食盐)水;

(2)根据信息知,磷化氢和硫酸铜反应生成Cu、硫酸和磷酸,反应方程式为4CuSO4+PH3+4H2O=4Cu↓+H3PO4+4H2SO4;

(3)溴有毒且易挥发,为防止溴挥发采用液封的方法,溴不易溶于水,所以采用水封的方法;溴和乙炔反应生成难溶于水的1,1,2,2四溴乙烷而使溴褪色,所以生成的1,1,2,2四溴乙烷和水分层,当上下两层液体均变为无色透明且几乎不再吸收乙炔气时说明C中反应已经完成;互不相溶的液体采用分液方法分离,互溶的液体采用蒸馏方法分离,所以水层和有机层采用分液方法分离,有机相中液体干燥后采用蒸馏方法分离,收集244℃馏分;

(4)根据信息知,该反应需要95℃,磷酸和石灰乳制备Ca10(PO4)6(OH)2,液体磷酸放置在分液漏斗中易控制流速,为加快反应速率需要不断搅拌,先快速滴加磷酸,然后慢慢滴加,为防止溶液中水分减少,需要不时滴加蒸馏水补充蒸发掉的水分,直到磷酸全部滴完,且控制溶液的pH在8~9,再充分搅拌一段时间、静置,过滤、水洗,在100℃烘箱中烘干1 h,从而得到较干燥的Ca10(PO4)6(OH)2.

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