Question

15．丁烷的催化裂解可按下列两种方式进行：C₄H₁₀-→C₂H₆+C₂H₄；C₄H₁₀-→CH₄+C₃H₆；某化学兴趣小组的同学为探究丁烷裂解气中CH₄和C₂H₆的比例关系，设计如图所示实验：

注：CuO能将烃氧化成CO₂和H₂O；Al₂O₃是丁烷裂解的催化剂，G后面装置已省略．如图连接好装置后（部分夹持装置已略去），需进行的实验操作有：
①给D、G装置加热；②检查整套装置的气密性；③排尽装置中的空气．
（1）这三步操作的先后顺序依次是②③①．
（2）B装置所起的作用是通过观察气泡，调节K，控制气体流速．
（3）假设丁烷完全裂解，流经各装置中的气体能完全反应．当（E和F）装置的总质量比反应前增加了1.82g，G装置中固体质量减少了4.16g，则丁烷的裂解产物中n（CH₄）：n（C₂H₆）=3：2．
（4）若对E装置中的混合物再按以下流程实验：

①分离操作Ⅰ、Ⅱ的名称是Ⅰ分液、Ⅱ蒸馏；
②Na₂SO₃溶液的作用是（用离子方程式表示）SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺．Y生成C₃H₄的反应类型是消去反应．

Answer 1

分析 （1）根据实验装置及操作要求可知，应先检验气密性，赶出内部气体，再加热；
（2）B装置中装有水，通过观察气泡，可以控制气体的流速；
（3）E、F吸收的是烯烃，G减少的质量是氧化铜中的氧元素质量，丁烷的裂解中，生成乙烯的物质的量和乙烷的物质的量相等，甲烷和丙烯的物质的量相等，再结合原子守恒计算甲烷和乙烷的物质的量之比；
（4）混合物中含有单质溴、水、1，2-二溴乙烷、1，2-二溴丙烷，加入亚硫酸钠，亚硫酸钠被溴氧化生成硫酸钠，同时生成NaBr，从而除去单质溴，1，2-二溴乙烷、1，2-二溴丙烷都不溶于水，溶液分层，采用分液的方法分离出混合物和有机层，互溶的1，2-二溴乙烷、1，2-二溴丙烷采用蒸馏的方法分离，根据Y在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应生成C₃H₄，可知Y为1，2-二溴丙烷，所以X为1，2-二溴乙烷，
①互不相溶的液体采用分液的方法分离，互溶的液体采用蒸馏的方法分离；
②亚硫酸钠具有还原性，能和溴反应除去溴；卤代烃在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应．

解答 解：（1）根据实验装置及操作要求可知，应先检查整套装置的气密性，排出装置中的空气，再给D、G装置加热，所以正确的操作顺序为②③①，故答案为：②③①；
（2）B装置中盛有水，可以通过观察B中产生的气泡快慢来控制气体的流速，
故答案为：通过观察气泡，调节K，控制气体流速；
（3）丁烷的裂解中生成的乙烯和乙烷的物质的量相等，生成的甲烷和丙烯的物质的量相等，E、F吸收的是烯烃，设C₂H₄的物质的量为x，C₃H₆的物质的量为y，乙烷和甲烷的物质的量分别是x、y，则：28x+42y=1.82g，
G减少的质量是氧化铜中的氧元素质量，乙烷和甲烷和氧化铜反应需要的氧原子的物质的量为：2（2x+y）+$\frac{6x+4y}{2}$=$\frac{4.16}{16}$，
解得：x=0.02mol、y=0.03mol，
则n（CH₄）：n（C₂H₆）=3：2，
故答案为：3：2；
（4）混合物中含有有机物和溴，向混合物中加入亚硫酸钠溶液后，溶液分层，采用分液的方法分离出混合物和有机层，互溶的液体采用蒸馏的方法分离，分离出甲和乙，
①互不相溶的液体采用分液的方法分离，互溶的液体采用蒸馏的方法分离，所以操作I、操作II分别是分液、蒸馏，故答案为：分液；蒸馏；
②亚硫酸钠具有还原性，能和强氧化性物质溴反应而除去溴，反应的离子方程式为：SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺，Y在氢氧化钠醇溶液中发生消去反应生成C₃H₄，所以反应类型为消去反应，
故答案为：SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺；消去反应．

点评 本题考查实验操作、实验计算、物质分离和提纯的方法等知识点，题目难度中等，难点是计算甲烷和甲烷的物质的量之比，明确质量增加的量和质量减少的量分别是什么物质是解本题的关键．