Question

4-氯苯胺是合成橡胶、化学试剂、染料、色素等化工产品，制备4-氯苯胺的原理如下：
．
在1L密闭容器中加入4-氯硝基苯100g、雷尼镍（催化剂）及少量吗啉（脱氯抑制剂，）、甲醇250mL（溶剂），密封；先充入氮气，然后充入氢气至一定压力．在所需氢气压力、温度等条件下加氢反应，充分反应后，冷却，过滤，洗涤，蒸馏并收集64～65℃馏分．
（1）开始时先通入N₂的目的是

 

．
（2）上述实验中过滤的目的是

 

，洗涤所用的试剂是

 

．
（3）蒸馏时除用到接引管、锥形瓶、温度计外，还用到的玻璃仪器有：

 

、

 

．馏出液的主要成分是

 

．
（4）以下是温度、氢气压力、催化剂用量及吗啉的用量对反应的影响．

	表1温度					表2氢气压力					表3催化剂用量					表4吗啉用量
序号	温度/℃	转化率/%	选择 性/%	反应时间/h	序号	氢气压力/MPa	选择性/%	反应时间/h	序号		雷尼镍用量/g	选择性/%	反应时间/h	序号	吗啉用量/%	选择性/%
①	40	未完全	99.6	6	①	0.5	99.6	3.7	①		2	98.25	5	①	0.0	84.3
②	60	100	99.7	4	②	1.0	99.7	2	②		4	99.20	2.2	②	0.3	99.3
③	80	100	99.6	2.45	③	1.5	99.2	1.6	③		6	99.60	1.9	③	0.5	99.7
④	100	100	99.6	2	④	2.0	96.4	1.15	④		8	99.60	1.4	④	0.7	99.6
⑤	120	100	98.6	1.7	⑤				⑤		10	99.10	1.4	⑤	1.2	99.7

优化的条件是：温度、氢气压力、催化剂用量、吗啉用量，选择的序号依次是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,物质分离、提纯的实验方案设计

专题：实验设计题

分析：（1）装置中含有空气，生成的4-氯苯胺容易被氧化，氢气和氧气混合受热容易爆炸；
（2）催化剂雷尼镍是固体，过滤分离出催化剂；
由题目可知，甲醇在反应中起溶剂的作用，催化剂上附着4-氯硝基苯等，可以用甲醇洗涤；
（3）蒸馏时用到比例仪器有：接引管、锥形瓶、温度计、蒸馏烧瓶、冷凝管；
蒸馏并收集64～65℃馏分，主要是将溶剂甲醇分离出来；
（4）温度主要考虑选择性与转化率，在转化率为100%的情况下，选择性相差不大，主要考虑反应速率；
压强主要考虑选择性，在选择性相差不大的情况下，主要考虑反应时间；
催化剂主要考虑选择性，在选择性相差不大的情况下，主要考虑催化剂用量与反应速率；
吗啉用量考虑选择性高、用量少．

解答： 解：（1）装置中含有空气，生成的4-氯苯胺容易被氧化，氢气和氧气混合受热容易爆炸，开始通入氮气除去装置中的空气，防止生成的4-氯苯胺被氧化，防止氢气和氧气混合受热爆炸，
故答案为：除去装置中的空气，防止生成的4-氯苯胺被氧化，防止氢气和氧气混合受热爆炸；
（2）催化剂雷尼镍是固体，过滤分离出催化剂，由题目可知，甲醇在反应中起溶剂的作用，催化剂上附着4-氯硝基苯等，可以用甲醇洗涤，
故答案为：分离出催化剂；甲醇；
（3）蒸馏时用到比例仪器有：接引管、锥形瓶、温度计、蒸馏烧瓶、冷凝管，蒸馏并收集64～65℃馏分，主要是将溶剂甲醇分离出来，蒸馏出的馏分主要是甲醇，
故答案为：蒸馏烧瓶；冷凝管；甲醇；
（4）由表中数据可知，在转化率为100%的情况下，60℃、80℃、100℃选择性相差不大，100℃反应时间最短，反应速率更快，120℃反应速率变化不大，选择性降低较多，故选择100℃较好，
压力为2.0MPa，选择性较0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa低很多，在1.0MPa时选择性最高，反应速率较快，故选择压力为1.0MPa较好，
由表中数据可知，催化剂在6g、8g时选择性最高，8g时速率加快不是很多，增大了催化剂的用量，故选择催化剂为6g相等较好，
由表中数据可知，吗啉用量为0.5%、1.2%选择性最高，选择吗啉用量较少的0.5%较好，
故答案为：④②③③．

点评：本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，涉及有机物的制备及分离提纯等，把握物质的性质、数据分析及应用为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．