题目内容
14.2CH3CH2CH2CH2OH$?_{135℃}^{浓硫酸}$(CH3CH2CH2CH2)O+H2O 反应物和生成物的相关数据如下:
| 相对分子质量 | 沸点/℃ | 密度/g•cm3 | 水中溶解性 | |
| 正丁醇 | 74 | 117.2 | 0.8109 | 微溶 |
| 正丁醚 | 130 | 142.0 | 0.7704 | 几乎不溶 |
①将6mL浓硫酸和37g正丁醇,按一定顺序添加到A中,并加几粒沸石.
②加热A中反应液,迅速升温至135℃,维持反应一段时间.
分离提纯:
③待A中液体冷却后将其缓慢倒入盛有70mL水的分液漏斗中,振摇后静置,分液得粗产物.
④粗产物依次用40mL水,20mLNaOH溶液和40mL水洗涤,分液后加入约3g无水氯化钙颗粒,静置一段时间后弃去氯化钙.
⑤将上述处理过的粗产物进行蒸馏,收集馏分,得纯净正丁醚13g.
回答下列问题:
(1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序为先加入正丁醇,再加入浓硫酸.
(2)加热A前,需先从b(填“a”或“b”)口向B中通入水.
(3)反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质,且分为上下两层,随着反应的进行,分水器中液体逐渐增多至充满时,上层液体会从左侧支管自动流回A.分水器中上层液体的主要成分为正丁醇,采用分水器除了可以提高正丁醇的利用率,还可以起到不断分离出水,促使平衡正向移动作用(根据有关化学理论回答).
(4)步骤③的目的是初步洗去浓硫酸,振摇后静置,粗产物应在分液漏斗的上(填“上”或“下”)口分离出.
(5)若温度过高会发生副反应生成烯烃,可能的反应方程式为CH3CH2CH2CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$ CH3CH2CH=CH2↑+H2O.
(6)步骤⑤中,加热蒸馏时应收集142℃左右的馏分.本实验中,正丁醚的产率为40.0%.
分析 (1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释;
(2)冷凝水的水流方向和气流方向相反,逆流冷凝效果好,需下口进,上口出;
(3)液体混合物加热会蒸发出,经过冷凝器降温转化为液体,由于正丁醇的密度比水小且微溶于水,故正丁醇在上层,水在下层;根据影响化学平衡的因素进行解答,减少生成物浓度,可以促使平衡正向移动,提高1-丁醇转化率;
(4)在反应混合物中,浓硫酸能溶解于水,正丁醚不溶,正丁醇微溶于水,所以步骤③的目的是初步洗去浓硫酸;分液漏斗中振荡静置后,上层液体中为密度比水小的正丁醚和正丁醇,从分液漏斗的上口倒出;
(5)1-丁醇在浓硫酸作用下能够发生消去反应生成1-丁烯;
(6)正丁醚沸点为142℃,粗产品中含有正丁醇,其沸点为117.2℃,低于正丁醚的沸点,加热蒸馏正丁醇先汽化;根据正丁醇的质量计算正丁醚的理论产量,样品产率=(实际产量÷理论产量)×100%.
解答 解:(1)正丁醇的密度小于浓硫酸,为防止液体飞溅,步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释,先加入正丁醇,再加入浓硫酸,
故答案为:先加入正丁醇,再加入浓硫酸;
(2)冷凝水的水流方向和气流方向相反,下口进,上口出,所以加热A前,需先从“b”口向B中通入水,克服水的重力充满冷凝管,与气体逆流,冷凝效果好,
故答案为:b;
(3)分水器中收集到液体物质,因正丁醇密度比水小且微溶于水,会分为上下两层,上层为正丁醇,下层主要成分为水,要提高1-丁醇的转化率,可以减小生成物浓度,逆反应速率减小,平衡向着正向移动,不断分离出水,促使平衡正向移动,
故答案为:正丁醇;不断分离出水,促使平衡正向移动;
(4)在反应混合物中,浓硫酸能溶解于水,正丁醚不溶,正丁醇微溶于水,所以步骤③的目的是初步洗去浓硫酸;分液漏斗中振荡静置后,上层液体中为密度比水小的正丁醚和正丁醇,从分液漏斗的上口倒出,
故答案为:浓硫酸;上;
(5)若温度过高,在浓硫酸作用下,1-丁醇能够发生消去反应,分子内脱水生成1-丁烯,反应方程式为:CH3CH2CH2CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$ CH3CH2CH=CH2↑+H2O,
故答案为:CH3CH2CH2CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$ CH3CH2CH=CH2↑+H2O;
(6)正丁醚沸点为142℃,粗产品中含有正丁醇,其沸点为117.2℃,低于正丁醚的沸点,加热蒸馏正丁醇先汽化,加热蒸馏时应收集142℃左右的馏分,由2CH3CH2CH2CH2OH
CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O,可知37g正丁醇完全反应得到正丁醚的质量为$\frac{37g}{74g/mol}$×$\frac{1}{2}$×130g/mol=32.5g,故样品产率为
$\frac{13g}{32.5g}$×100%=40.0%,
故答案为:142;40.0%.
点评 本题考查了正丁醚的制取方法,注意掌握正丁醚的反应原理及制取方法,注意实验的基本操作,混合物的分离操作,重点是分液、蒸馏操作,题目难度中等.
(2)该小组同学在探究上述NaOH溶液与酚酞溶液作用时,发现了一个意外现象:向少量酚酞溶液中滴加NaOH溶液,开始时溶液变红色,但继续滴加NaOH溶液至一定量时红色消失.对此意外现象形成的原因,该小组同学分别提出了各自的看法并进行相应的实验设计.
甲:可能是NaOH溶液与空气中的CO2反应造成的.
乙:可能是溶液在碱性条件下继续与空气中的氧气反应造成的.
丙:可能与NaOH溶液的浓度有关.
【理论分析】①乙同学认为甲同学的猜想明显错误,他的理由是NaOH溶液与CO2反应生成的Na2CO3溶液也呈碱性,遇酚酞也会变红色.
【实验设计】②为证实乙同学的猜想,还需做如下实验,请完成下表:
| 实验步骤 | 设计此步骤的目的 |
| 将配制的NaOH溶液加热 | 除去溶液中溶解的氧气 |
| 在加热后的溶液中滴加酚酞,并在上方滴加一些植物油 | 隔绝空气 |
| 实验方案 | 观察到的现象和结论 |
| 分别配制不同浓度的NaOH溶液,然后各滴加2~3滴酚酞溶液,较稀的NaOH溶液中出现红色,很浓的NaOH溶液中无红色出现(或先变红色,一会儿红色消失) | 说明红色消失与NaOH溶液的浓度有关(或:向原红色消失的溶液中慢慢加入足量的水,红色重新出现;说明红色消失与NaOH溶液的浓度有关) |
(1)配制待测液:用5.0g含有少量杂质(杂质不与盐酸反应)的固体烧碱样品配制1000mL溶液.除烧杯和玻棒外,还需要的玻璃仪器有1000mL容量瓶
(2)滴定:①盛装0.1000mol/L的盐酸标准液应该使用酸式滴定管.
②滴定时双眼应注意观察锥形瓶内溶液颜色的变化.
(3)有关数据记录如下:
| 测定序号 | 待测溶液的体积(mL) | 所耗盐酸标准液的体积(mL) | |
| 滴定前读数 | 滴定后读数 | ||
| 1 | 20.00 | 0.50 | 20.78 |
| 2 | 20.00 | 1.20 | 21.32 |
(4)误差讨论:(选填“偏高”、“偏低”或“无影响”)
①用蒸馏水冲洗锥形瓶,会使测定结果无影响;
②在滴定过程中不慎将数滴酸液滴在锥形瓶外,会使测定结果偏高;
③读数时,滴定前仰视,滴定后俯视,会使测定结果偏低;
④装标准液之前,没有用标准液润洗滴定管,会使测定结果偏高.