题目内容

20．某探究小组设计如右图所示装置（夹持、加热仪器略），模拟工业生产进行制备三氯乙醛（CCl3CHO）的实验． 查阅资料，有关信息如图：
①制备反应原理：C2H5OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl
可能发生的副反应：C2H5OH+HCl→C2H5Cl+H2O
CCl3CHO+HClO→CCl3COOH+HCl
（三氯乙酸）
②相关物质的部分物理性质：
C2H5OHCCl3CHOCCl3COOHC2H5Cl
熔点/℃-114.1-57.558-138.7
沸点/℃78.397.819812.3
溶解性与水互溶可溶于水、乙醇可溶于水、乙醇微溶于水、可溶于乙醇
（1）仪器b的名称为圆底烧瓶，装置B中的试剂是饱和食盐水，装置A中发生反应的化学方程式是MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O．
（2）装置C的作用为除去氯气中混有的H2O，减少三氯乙酸的生成；装置D可采用水浴加热的方法以控制反应温度在70℃左右．
（3）反应结束后，不能采取先将D中的混合物冷却到室温，再用过滤的方法分离出CCl3COOH的原因为CCl3COOH溶于乙醇与CCl3CHO．
（4）装置E中溶液为NaOH溶液，可能发生的无机反应的离子方程式有Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O、H++OH-=H2O．
（5）测定产品纯度：称取产品0.30g配成待测溶液，加入0.1000mol•L-1碘标准溶液20.00mL，再加入适量Na2CO3溶液，反应完全后，加盐酸调节溶液的pH，立即用0.02000mol•L-1　Na2S2O3溶液滴定至终点．进行平行实验后，测得消耗Na2S2O3溶液20.00mL．则产品的纯度为88.5%．（CCl3CHO的相对分子质量为147.5）
滴定的反应原理如下：CCl3CHO+OH-=CHCl3+HCOO-HCOO-+I2=H++2I-+CO2↑
I2+2S2O32-=2I-+S4O62-
（6）已知：常温下Ka（CCl3COOH）=1.0×10-1　 mol•L-1，Ka （CH3COOH）=1.7×10-5　 mol•L-1
请设计实验证明三氯乙酸、乙酸的酸性强弱．
分别测定0.1 mol•L-1两种酸溶液的pH，三氯乙酸的pH较小，证明三氯乙酸的酸性强于乙酸．

分析 A装置利用二氧化锰与浓盐酸制备氯气，B装置用饱和食盐水除去HCl，C装置盛放浓硫酸干燥氯气，D中反应制备CCl4CHO，E装置盛放氢氧化钠溶液，吸收尾气中氯气、HCl防止污染空气．
（1）由仪器的结构，可知b为圆底烧瓶；用饱和食盐水除去HCl；二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气与水；
（2）除去水蒸气，减少三氯乙酸的生成；控制反应温度在70℃左右，应采取水浴加热；
（3）CCl3COOH溶于乙醇与CCl3CHO；
（4）E中为氢氧化钠溶液，吸收氯气与HCl；
（5）根据消耗的Na2S2O3计算剩余I2的物质的量，进而计算与HCOO-反应的I2的物质的量，再根据关系式：CCl3CHO～HCOO-～I2计算；
（6）由电离平衡常数可知，三氯乙酸的酸性比乙酸的酸性强，可以测定相同浓度的pH验证．

解答 解：A装置利用二氧化锰与浓盐酸制备氯气，B装置用饱和食盐水除去HCl，C装置盛放浓硫酸干燥氯气，D中反应制备CCl4CHO，E装置盛放氢氧化钠溶液，吸收尾气中氯气、HCl防止污染空气．
（1）由仪器的结构，可知b为圆底烧瓶；B装置用饱和食盐水除去HCl，减少副反应发生，撤去B装置，氯气中混有HCl，增大副反应C2H5OH+HCl→C2H5Cl+H2O的发生，导致装置D中副产物C2H5Cl增多；
二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气与水，反应方程式为：MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O，
故答案为：圆底烧瓶；饱和食盐水；MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O；
（2）C装置盛放浓硫酸干燥氯气，除去水蒸气，减少三氯乙酸的生成；控制反应温度在70℃左右，应采取水浴加热
故答案为：除去氯气中混有的H2O，减少三氯乙酸的生成；水浴；
（3）CCl3COOH溶于乙醇与CCl3CHO，用过滤的方无法分离出CCl3COOH，应采取蒸馏方法进行分离，
故答案为：CCl3COOH溶于乙醇与CCl3CHO；
（4）E装置盛放氢氧化钠溶液，吸收尾气中氯气、HCl防止污染空气，反应离子方程式为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O、H++OH-=H2O，
故答案为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O、H++OH-=H2O；
（5）剩余I2的物质的量0.02000mol•L-1×0.02L=2×10-4mol，与HCOO-反应的I2的物质的量为0.1000mol•L-1×0.02L-2×10-4mol=1.8×10-3mol，由CCl3CHO～HCOO-～I2可知，CCl3CHO的物质的量为1.8×10-3mol，则产品的纯度为$\frac{1.8×1{0}^{-3}mol×147.5g/mol}{0.3g}$×100%=88.5%，
故答案为：88.5%；
（6）由电离平衡常数可知，三氯乙酸的酸性比乙酸的酸性强，证明三氯乙酸、乙酸的酸性强弱的实验方案为：分别测定0.1 mol•L-1两种酸溶液的pH，三氯乙酸的pH较小，证明三氯乙酸的酸性强于乙酸，
故答案为：分别测定0.1 mol•L-1两种酸溶液的pH，三氯乙酸的pH较小，证明三氯乙酸的酸性强于乙酸．

点评 本题考查有机物制备、物质含量测定、实验方案设计、物质的分离提纯、对装置的分析评价等，关键是明确反应原理与各装置作用，掌握常用物质分离提纯方法，注意对题目信息的应用，难度中等．

练习册系列答案
相关题目
2．下列物质的电子式书写正确的是（　　）
A．NaOH   B．H2S　 C．N2D．CO2   
3．C4H10O的同分异构体中，属于醇类且含有“手性碳原子”的结构简式为CH3CH2CH（OH）CH3．
8．资料显示，某些金属离子对H2O2的分解起催化作用．为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图1所示的实验装置进行实验．

（1）某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量单位时间生成O2的体积（或生成单位体积O2所需要的时间）_ （或_ ）来比较．
（2）0.1g MnO2粉末加入50mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图2所示．解释反应速率变化的原因：随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢．
（3）根据化学反应速率与化学平衡理论，联系化工生产实际，你认为下列说法不正确的是C（填序号）．
A．化学反应速率理论可以指导怎样在一定时间内快出产品
B．勒夏特列原理可以指导怎样使有限原料多出产品
C．催化剂的使用是提高产品产率的有效办法
D．正确利用化学反应速率和化学反应限度都可以提高化工生产的综合经济效益．
15．高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂，图1是在实验室中制备KMnO4晶体的流程：

回答下列问题：
（1）操作②目的是获得K2MnO4，同时还产生了KCl和H2O，试写出该步反应的化学方程式：KClO3+3MnO2+6KOH$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3K2MnO4+KCl+3H2O↑．操作①和②均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择c（填序号）．
a．瓷坩埚    b．氧化铝坩埚    c．铁坩埚    d．石英坩埚
（2）操作④是使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2，该转化过程中发生反应的离子方程式为3MnO42-+2H2O=2MnO4-+MnO2↓+4OH-．若溶液碱性过强，则MnO4-又会转化为MnO42-，该转化过程中发生反应的离子方程式为3MnO42-+2H2O=2MnO4-+MnO2↓+4OH-．因此需要通入某种气体调pH=10-11，在实际操作中一般选择CO2而不是HCl，原因是Cl-具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原．
（3）操作⑤过滤时，选择图3所示装置而不用图2所示装置的原因是过滤速度快、效果好．

（4）还可采用电解K2MnO4溶液（绿色）的方法制造KMnO4（电解装置如图4所示），电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为MnO42--e-=MnO4-．溶液逐渐由绿色变为紫色．但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是电解较长时间后，阳极产生的MnO4-在阴极被还原，紫色又转变为绿色（或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，紫色又转变为绿色）．
5．一定温度下，10mL 0.4mol/L过氧化氢溶液在二氧化锰作用下发生分解，不同时刻测定生成O2的体积（已折算为标准状况）如表．
t/min02468
V（O2）/mL09.917.222.426.5 
请计算：（溶液体积变化忽略不计）
（1）6min内过氧化氢的分解速率．（精确到0.01）
（2）6min内过氧化氢分解的转化率．
（3）6min内过氧化氢的物质的量浓度．
12．氨基甲酸铵（NH2COONH4）是一种白色固体，易分解、极易水解，可用作肥料、灭火剂、洗涤剂等．实验室用如图1所示装置制备氨基甲酸铵，把氨气和二氧化碳通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体最浮在四氯化碳，当悬浮物较多时，停止制备．

（1）结合上述实验装置，写出制备氨基甲酸铵的化学方程式2NH3（g）+CO2（g）?NH2COONH4．该反应为放热反应（填“吸热”或“放热”）
（2）液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡，控制气体流速和调节NH3与CO2通入比例．
（3）从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是过滤．
（4）氨基甲酸铵极易水解，产物是碳酸氢铵和一种弱碱，请写出其水解反应方程式NH2COONH4+2H2O?NH4HCO3+NH3•H2O；．某学习小组为探究其水解反应，分别取两份不同浓度的氨基甲酸铵溶液，绘制出c（NH2COO-）随时间（t）变化的曲线如图2所示，若A、B分别为不同温度时测定的曲线，则A（填“A”或“B”）曲线所对应的实验温度高，判断的依据是6～20min内曲线A中c（NH2CCOO-）减小量大于曲线B的，水解反应为吸热反应，升高温度有利于水解进行．
（5）制得的氨基甲酸按可能含有碳酸氢铵．取某氨基甲酸样品4.69g，用足量氢氧化钡溶液充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钡，过滤、洗涤、干燥、测得沉淀质量为11.82g．则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为83.3%．
9．甲烷和乙烯的混合气体20mL，完全燃烧需45mL氧气（同温同压下），则此混合气体中甲烷和乙烯的体积比是（　　）
A．1：1B．2：1C．3：1D．4：1
10．结合已学知识，并根据下列一组物质的特点回答相关问题．

（1）邻二甲苯的结构简式为E（填编号）．
（2）A、B、C之间的关系为B（填序号）．
A．同位素B．同系物C．同分异构体D．同素异形体
（3）请设计一个简单实验来检验A与D，简述实验操作过程：取少量A、D分别装入两支试管中，向两支试管中各滴入少量KMnO4酸性溶液，振荡，若溶液褪色，则为D，无现象的为A．

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