Question

13．硝基苯是制备多种染料和医药的重要中间体，应用极为广泛：用苯、浓硝酸和浓硫酸混合制备硝基苯的装置如图所示：反应物和产物的相关数据列表如下

	沸点/℃	密度/（g．cm-3）	水中溶解性
苯	80.1	0.877	难溶
硝基苯	210.9	1.21	难溶

回答下列问题：
（1）写出制取硝基苯的反应方程式．
（2）该装置中，冷凝管的作用是冷凝回流．
（3）制备硝基苯时，在三颈瓶中加入20mL的苯，再通过分液漏斗滴加已冷却的混酸溶液（由20mL浓硝酸和22mL浓硫酸在锥形瓶中混合而成），将三颈瓶置于50-55℃的水浴中，反应时间为1小时．因硝化反应为放热反应，当温度超过60℃时，为避免副反应发生，可向水浴中加入冰水冷却．
（4）反应结束后，冷却反应混合物，通过分液漏斗分离出有机层，依次用蒸馏水、5%的NaOH溶液和蒸馏水洗涤，再用无水CaCl₂干燥后，得到粗产品．
①硝基苯有毒，该实验最好在通风橱中迸行．
②有机层用5%的NaOH溶液洗涤的目的是除去粗产品中残留的酸．
③有机层在分液漏斗中洗涤静置后，有机层处于下（填“上”或下”）层；放液时若发现液体流不下来，其可能的原因除分液漏斗的活塞堵塞之外，还有分液漏斗上口玻璃塞未打开（或漏斗内部未与大气相通，或玻璃塞上的凹槽未与漏斗口上的小孔对准）．．
（5）粗产品蒸馏提纯时，下面装置中温度计位置正确的是C，可能会导致收集到的产品中混有高沸点杂质的装置是D．

（6）若该实验制备得到纯硝基苯18g，则该实验中硝基苯的产率是65.08%．

Answer 1

分析 （1）在催化剂的作用下，苯环上的氢原子被硝基所取代，生成硝基苯和水；
（2）苯、浓硝酸沸点低，易挥发，冷凝管的作用是冷凝回流；
（3）反应在50℃～60℃下进行，利用水浴加热控制，若温度过高用冰水冷却；
（4）①在制取或拆卸有毒气体的实验装置时，应在通风橱内进行；
②反应得到粗产品中有残留的硝酸及硫酸，需要除去；
③硝基苯密度比水大，分液漏斗有旋塞，实验前必须检查是否漏水或堵塞；若漏斗内部未与大气相通，或玻璃塞上的凹槽未与漏斗口上的小孔对准，分液漏斗中的液体都不会流出；
（5）蒸馏测定馏分蒸汽的温度，温度计水银球位于蒸馏烧瓶支管口处；若温度计水银球偏高则混有高沸点杂质，以此来解答；
（6）根据苯的质量计算硝基苯的理论产量，产量=（实际产量÷理论产量）×100%．

解答 解：（1）苯滴入浓硝酸和浓硫酸混合液中，并在50℃--60℃反应生成硝基苯和水，其反应的化学方程式为：，
故答案为：；
（2）苯与浓硝酸都易挥发，该装置中，冷凝管冷凝管，起冷凝回流作用，提高原料利用率，
故答案为：冷凝回流；
（3）反应在50℃～60℃下进行，低于水的沸点，可以利用水浴加热控制，若温度过高则用冰水冷却，
故答案为：冰水冷却；
（4）①硝基苯有毒，为了防止中毒，要及时将气体排出，所以要在通风橱中进行，
故答案为：通风橱；
②反应得到粗产品中有残留的硝酸及硫酸，用氢氧化钠溶液洗涤除去粗产品中残留的酸，
故答案为：除去粗产品中残留的酸；
③有机层在分液漏斗中洗涤静置后，有机层硝基苯密度比水大，在下层，分液漏斗的下方有旋塞，使用前必须检查分液漏斗是否漏水或者是否堵塞，分液操作时，如果分液漏斗上口玻璃塞未打开，分液漏斗中的液体不会流出，
故答案为：下；分液漏斗上口玻璃塞未打开（或漏斗内部未与大气相通，或玻璃塞上的凹槽未与漏斗口上的小孔对准）；
（5）蒸馏提纯时，蒸馏测定馏分蒸汽的温度，温度计水银球在烧瓶支管口处，图中装置中温度计位置正确的是C；若温度计水银球偏低则混有低沸点杂质，若温度计水银球偏高则混有高沸点杂质，所以可能会导致收集到的产品中混有高沸点杂质的装置是D，
故答案为：C；D；
（6）苯的密度为0.877g．cm^-3，20mL的苯质量为17.54g，苯完全反应生成硝基苯的理论产量为17.54g×$\frac{123}{78}$，故硝基苯的产率为[18g÷（17.54g×$\frac{123}{78}$）]×100%≈65.08%，
故答案为：65.08%．

点评 本题考查了实验室制备硝基苯的方法，侧重于对基本实验操作的考查，掌握苯、硝酸、硫酸、硝基苯的性质是解答关键，注意把握蒸馏的原理和温度计的位置，题目难度较大．