题目内容
【题目】某实验小组用下图所示装置制备一硝基甲苯(包括对硝基甲苯和邻硝基甲苯):
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反应原理:![]()
实验中可能用到的数据:
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相对原子质量:H-1 C-12 N-14
实验步骤:①浓硫酸与浓硝酸按体积比1:3配制混合溶液(即混酸)共40mL;
②在三颈瓶中加入13g甲苯(易挥发),按图所示装好药品和其他仪器;
③向三颈瓶中加入混酸;
④控制温度约为50℃,反应大约10 min,三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现;
⑤分离出一硝基甲苯,经提纯最终得到纯净的一硝基甲苯共15 g。
请回答下列问题:
(1)实验前需要在三颈瓶中加入少许________,目的是____________________。
(2)冷凝管的作用是______________;冷却水从冷凝管的_______(填“a”或“b”)端进入。
(3)仪器A的名称是________ ,使用该仪器前必须进行的操作是_________________。
(4)分离反应后产物的方案如下:
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其中,操作1的名称为________,操作2必需的玻璃仪器有酒精灯、温度计、锥形瓶、牛角管(尾接管)和________________、_________________。
(5)本实验中甲苯的转化率为________(结果保留3位有效数字)。
【答案】碎瓷片(或沸石) 防止暴沸 冷凝回流 a 分液漏斗 检漏 分液 蒸馏烧瓶 冷凝管 77.5%
【解析】
(1)反应物甲苯沸点低,加热时容易发生暴沸;
(2)冷凝管用于将蒸汽冷却为液体,冷凝水应是下进上出,延长热量交换时间,使热量能更充分交换,确保气体充分冷凝;
(3)仪器A是分液漏斗,使用前必须检查是否漏液;
(4)因为分离得到的是无机和有机两种液体,而有机物和无机物是不相溶的,因此方法是分液;分离两种一硝基化合物只能利用它们沸点的不同,因此采用蒸馏的方法,根据蒸馏所需仪器分析解答;
(5)根椐方程式可知,一摩尔的甲苯可以得到一摩尔的对硝基甲苯与一摩尔的邻硝基甲苯,本实验中分离出一硝基甲苯,经提纯最终得到纯净的一硝基甲苯共15g,根据方程克制13g甲苯理论产生硝基甲苯的质量,产率的计算方法就是用实际产量除以理论产量。
(1)甲苯的沸点为110.6℃易挥发,容易发生暴沸,需用碎瓷片(沸石),防止暴沸;
(2)冷凝管用于将蒸汽冷却为液体,因此冷凝管的作用是冷凝回流。蒸馏时,冷却水从冷凝管的下口通入,上口流出,可使冷凝管充满冷水而进行充分冷却,所以冷却水从冷凝管的a端进入;
(3)仪器A是分液漏斗,使用前必须检查是否漏液;
(4)因为分离得到的是无机和有机两种液体,而有机物和无机物是不相溶的,因此操作1的名称为分液;分离两种一硝基化合物只能利用它们沸点的不同,因此采用蒸馏的方法,蒸馏烧瓶盛放两种一硝基化合物混合物,酒精灯用于加热蒸馏烧瓶,温度计测量蒸汽的温度,冷凝管用于将蒸汽冷却为液体,铁架台用于固定蒸馏烧瓶,牛角管(尾接管)用于承接冷凝后的液体,锥形瓶用于盛放产品,所以操作2必需的玻璃仪器还有蒸馏烧瓶、冷凝管;
(5)产率等于实际产量与理论产量的比;根椐方程式可知,1mol的甲苯可以得到1mol的对硝基甲苯与1mol的邻硝基甲苯,换成质量即:92g的甲苯可以得到137g的对硝基苯和邻硝基苯,则13g的甲苯就能得到的一硝基苯的质量m=
g=19.35g,本实验中分离出一硝基甲苯,经提纯最终得到纯净的一硝基甲苯共15g,所以一硝基苯的产率为:
×100%≈77.5%。