题目内容

17.某实验小组用燃烧分析法测定某有机物中碳和氢等元素的含量,随后又对其进行了性质探究.将已称量的样品置于氧气流中,用氧化铜作催化剂,在高温条件下样品全部被氧化为水和二氧化碳,然后分别测定生成的水和二氧化碳的质量.实验可能用到的装置如图所示,其中A、D装置可以重复使用.

请回答下列问题:
(1)请按气体流向连接实验装置B→A→C→A→D→D(用装置编号填写).
(2)B装置中制O2时所用的药品是H2O2和MnO2或Na2O2和H2O.实验中,开始对C装置加热之前,要通一段时间的氧气,目的是排出装置中的二氧化碳和水蒸气等;停止加热后,也要再通一段时间的氧气,目的是将燃烧生成的二氧化碳和水蒸气彻底排出,并完全吸收.
(3)已知取2.3g的样品X进行上述实验,经测定A装置增重2.7g,D装置增重4.4g.试推算出X物质的实验式:C2H6O.
(4)该小组同学进一步实验测得:2.3g的X与过量金属钠反应可放出560mL H2(已换算成标准状况下),且已知X分子只含一个官能团.查阅资料后,学生们又进行了性质探究实验:实验一:X在一定条件下可催化氧化最终生成有机物Y;实验二:X与Y在浓硫酸加热条件下生成有机物Z.则:
①写出实验二中反应的化学方程式:CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O.
②除去Z中混有的Y所需的试剂和主要仪器是饱和Na2CO3溶液、分液漏斗.
(5)若已知室温下2.3g液态X在氧气中完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时可放出68.35kJ的热量,写出X在氧气中燃烧的热化学方程式:C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1367kJ/mol.

分析 (1)B装置制备氧气,在C装置中进行样品燃烧,需要A装置中充分浓硫酸干燥氧气,燃烧后用浓硫酸吸收水蒸气,再用D装置吸收二氧化碳,并用D装置吸收空气中水蒸气与二氧化碳,防止影响二氧化碳质量测定;
(2)B装置制取O2,利用固态药品和液体反应,可以是过氧化氢与二氧化锰或者过氧化钠与水反应;
实验前必须排除装置中的二氧化碳和水蒸气,以防引起误差;
停止加热后,装置中会残留一些燃烧生成的二氧化碳和水蒸气,需要用氧气排出;
(3)A装置增重2.7g为水的质量,D装置增重4.4g为二氧化碳的质量,计算C、H元素质量,根据质量守恒定律判断是否含有氧元素,最后根据原子的物质的量之比求出实验式;
(4)根据(3)中可以确定X的实验式C2H6O,实验式中碳原子已经饱和,所以X分子式为C2H6O,2.3gX为0.1mol,X与过量金属钠反应可放出560mL,即生成0.25molH2,且已知X分子只含一个官能团,说明X是乙醇,乙醇氧化最终得到Y为乙酸,乙醇与乙酸发生酯化反应生成Z为乙酸乙酯;
(5)注明物质的物质的聚集状态和反应焓变书写热化学方程式.

解答 解:(1)B装置制备氧气,在C装置中进行样品燃烧,需要A装置中充分浓硫酸干燥氧气,燃烧后用浓硫酸吸收水蒸气,再用D装置吸收二氧化碳,并用D装置吸收空气中水蒸气与二氧化碳,防止影响二氧化碳质量测定,气体流向连接实验装置B→A→C→A→D→D,
故答案为:A;D;
(2)B装置制取O2,利用固态药品和液体反应,所用的药品是H2O2和MnO2或Na2O2和H2O;
实验前必须排除装置中的二氧化碳和水蒸气,以防引起误差,所以开始对C装置加热之前,要通一段时间的氧气,排出装置中的二氧化碳和水蒸气等;
停止加热后,装置中会残留一些燃烧生成的二氧化碳和水蒸气,为确保二氧化碳和水蒸气彻底排出,应再通一段时间的氧气;
故答案为:H2O2和MnO2或Na2O2和H2O;排出装置中的二氧化碳和水蒸气等;将燃烧生成的二氧化碳和水蒸气彻底排出,并完全吸收;
(3)浓硫酸增重2.7g即燃烧生成的水为2.7g,则水的物质的量为$\frac{2.7g}{18g/mol}$=0.15mol,其中含氢元素的质量为0.15mol×2g/mol=0.3g;碱石灰增重4.4g,即燃烧生成的CO2水4.4g,则CO2的物质的量为$\frac{4.4g}{44g/mol}$=0.1mol,其中含有碳元素的质量为1.2g,生成物中碳元素和氢元素的质量之和为1.2g+0.3g=1.5g,小于有机物的质量2.3g,说明有机物中一定含有氧元素,而且其质量为2.3g-1.5g=0.8g,氧元素的物质的量为$\frac{0.8g}{16g/mol}$=0.05mol,则有机物中C、H、O三种元素的物质的量之比为0.1mol:0.3mol:0.05mol=2:6:1,所以X物质的实验式为C2H6O;
故答案为:C2H6O;
(4)X的实验式C2H6O中碳原子已经饱和,所以分子式为C2H6O,2.3gX为0.1mol,X与过量金属钠反应可放出560mL,即生成0.25molH2,且已知X分子只含一个官能团,说明X是乙醇,乙醇氧化最终得到Y为乙酸,乙醇与乙酸发生酯化反应生成Z为乙酸乙酯.
①乙酸能与乙醇发生酯化反应得到乙酸乙酯和水,反应方程式为:CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O;
故答案为:CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O;
②乙酸能与碳酸钠溶液反应,乙酸乙酯不溶于水,与碳酸钠溶液不反应来除杂、分离,所以除去乙酸乙酯中混有的乙酸所需的试剂是饱和Na2CO3溶液,用分液的方法分离,所用仪器是分液漏斗;
故答案为:饱和Na2CO3溶液;分液漏斗;
(5)2.3g乙醇的物质的量为$\frac{2.3g}{46g/mol}$=0.05mol,在氧气中完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时可放出68.35kJ的热量,1mol乙醇完全反应放热68.35kJ×$\frac{1mol}{0.05mol}$=1367kJ,热化学方程式为:C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1367kJ/mol;
故答案为:C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1367kJ/mol.

点评 本题考查了有机物分子组成确定实验、有机物的分离提纯、热化学方程式书写等,关键是对原理的理解,掌握有机物分子式确定方法.

练习册系列答案
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