Question

9．氯苯是重要的有机化工原料．实验室制备氯苯的反应原理、实验装置如图所示（加热装置已略去）：
可能用到的有关数据如下：+Cl₂$\stackrel{FeCl_{3}}{→}$+HCl

	沸点（℃）	密度（g•mL-1）	溶解性
苯	80.1	0.88	难溶于水
氯苯	132.2	1.10	难溶于水，易溶于有机溶剂
对二氯苯	173.4	1.46	难溶于水，易溶于有机溶剂
邻二氯苯	180.4	1.30	难溶于水，易溶于有机溶剂

在装置A中利用浓盐酸和KMnO₄反应缓慢制备氯气，把氯气干燥后通入装有39mL苯的反应器C中（内有铁屑作催化剂），维持反应温度在40～60℃，回流40分钟．温度过高会产生过多的邻二氯苯和对二氯苯．反应结束后，冷却至室温．将C中的液体倒入分液漏斗中，分别用NaOH溶液和蒸馏水洗涤，分离出的产物干燥后，进行蒸馏纯化，得到22g纯净的氯苯．
回答下列问题：
（1）A装置中制备氯气的离子方程式为2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺↑+5C1₂↑+8H₂O．
（2）B装置中盛放的药品为CaCl₂或P₂O₅，C装置中采用的加热方法最好为40℃-60℃的水浴加热．
（3）已知浓盐酸和苯都具有较强的挥发性．采用如图所示装置加入液体的优点是防止液体挥发，能够平衡压强，使液体顺利流下．
（4）用氢氧化钠溶液洗涤可以除去杂质的化学式为HCl、Cl₂、FeCl₃，检验产品洗涤干净的方法为取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸银，若不出现沉淀，则证明已经洗干净．
（5）该实验存在一定缺陷，改进措施为将冷凝管上端逸出的HCl、Cl₂通入NaOH溶液中，防止污染空气．
（6）该实验所得氯苯的产率为44.4%（保留小数点后一位）．

Answer 1

分析 （1）用浓盐酸和KMnO₄反应制备氯气，Mn元素的化合价降低，Cl元素的化合价升高，根据得失电子守恒和电荷守恒书写离子反应方程式；
（2）干燥氯气需选择酸性干燥剂，因存放干燥剂的装置为U形管，需选择固体干燥剂；把氯气干燥后通入装有39mL苯的反应器C中（内有铁屑作催化剂），维持反应温度在40～60℃，反应的温度条件低于100℃，可用水浴的方法进行加热；
（3）装置C为球形冷凝管，起冷凝回流作用，防止液体挥发，A装置能够平衡压强，使液体顺利流下；
（4）氯苯中含有溶解的氯气、氯化氢、以及起催化作用产生的氯化铁，以上物质都可以与氢氧化钠反应，检验产品洗涤干净的方法为取最后一次洗涤液于试管中，通过检验氯离子的存在，判断是否洗净；
（5）冷凝管上端开口，逸出的HCl、Cl₂污染空气，需用碱液吸收；
（6）根据苯的质量计算氯苯的理论产量，产量=（实际产量÷理论产量）×100%．

解答 解：（1）用浓盐酸和KMnO₄反应制备氯气，MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素的化合价降低（+7→+2），2Cl^-→Cl₂，Cl元素的化合价升高（-1→0），最小公倍数为10，根据得失电子守恒和电荷守恒所以离子方程式为：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺↑+5C1₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺↑+5C1₂↑+8H₂O；
（2）B装置中盛放的药品为干燥氯气的试剂，因氯气为酸性气体，且存放干燥剂的装置为U形管，需选择固体干燥剂，可选择CaCl₂或P₂O₅，把氯气干燥后通入装有39mL苯的反应器C中（内有铁屑作催化剂），维持反应温度在40～60℃，反应的温度条件低于水的沸点100℃，水浴加热能有效控制反应温度，且能保证受热装置受热均匀，所以可用水浴的方法进行加热，
故答案为：CaCl₂或P₂O₅；40℃-60℃的水浴加热；
（3）装置C为球形冷凝管，苯与浓硝酸都以挥发，C起冷凝回流作用，提高原料利用率，A装置橡皮管起气压平衡管的作用，使漏斗里面的气压与烧瓶的始终相等，使液体顺利流下，
故答案为：防止液体挥发，能够平衡压强，使液体顺利流下；
（4）氯苯中含有溶解的氯气、氯化氢、以及起催化作用产生的氯化铁杂质，用氢氧化钠溶液洗涤，氯化氢和氢氧化钠发生中和反应，氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，氯化铁和氢氧化钠反应生成氢氧化铁和氯化钠，再用蒸馏水洗涤，分离出的产物干燥，检验产品洗涤干净的方法为取最后一次洗涤液于试管中，通过检验氯离子的存在，操作为：取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸银，若不出现沉淀，则证明已经洗干净，
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸银，若不出现沉淀，则证明已经洗干净；
（5）冷凝管上端开口，逸出的HCl、Cl₂污染空气，存在一定缺陷，改进措施用碱液吸收，具体改进措施为：将冷凝管上端逸出的HCl、Cl₂通入NaOH溶液中，防止污染空气，
故答案为：将冷凝管上端逸出的HCl、Cl₂通入NaOH溶液中，防止污染空气；
（6）苯的质量为39mL×0.88g•mL^-1=34.32g，完全反应生成氯苯的理论产量为34.32g×$\frac{112.5}{78}$=49.5g，故氯苯的产率为：$\frac{实际产量}{理论产量}$=$\frac{22g}{49.5g}$×100%≈44.4%，
故答案为：44.4%．

点评 本题考查有机物制备实验方案，题目难度中等，涉及对装置、操作与原理的分析评价等知识，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．