Question

20．己二酸是合成高分子化合物尼龙-66的原料．某学习小组拟在实验室以环己醇为原料制备己二酸．反应原理如下：
3+8HNO₃$\stackrel{一定条件}{→}$3HOOC（CH₃）₄COOH+8NO↑+7H₂O
反应装置（部分夹持装置和加热装置已省略）如图所示．
实验步骤：
步骤1：在三颈瓶中加入16.0mL50%硝酸（ρ=1.31g•cm^-3）和微量（0.01g）偏钒酸铵，三颈瓶的正口安装电动搅拌器，两侧口分别安装仪器a和b．用仪器a滴加5.3mL环己醇，仪器b另一端连接气体吸收装置，用烧碱作吸收溶液．
步骤2：首先将三颈瓶内液体加热到50℃左右，开动搅拌器，滴入环己醇（ρ=0.9624g•cm^-3），使反应处于微沸状态．滴加完毕后于90℃左右水浴加热20分钟，至反应完毕．
步骤3：趁热倒出三颈瓶中的混合液于烧杯内，将烧杯静置于冰水浴中冷却析出产品，过滤，用少量冷水洗涤，干燥后称重．
步骤4：将粗产品在水中进行重结晶操作，最终得到5.6g产品．
请回答下列问题：
（1）使用仪器b的目的是起冷凝、回流作用；向三颈瓶中加入环己醇的操作是先打开分液漏斗上口的塞子，再打开活塞，缓慢滴入环己醇．
（2）如果向三颈瓶种快速一次性加入环己醇，产率会减小（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）；本实验若用发烟硝酸替代50%硝酸，产率会减小．
（3）下列有关加入偏钒酸铵的说法合理的是C．
A．避免副产品生成        B．提高产品的产率
C．提高合成产品的速率    D．防加热时溶液暴沸
（4）步骤3中用“冷水”洗涤，不用热水洗涤，其目的是己二酸随着温度的降低溶解度减小，用“冷水”洗涤己二酸减少溶解，热水洗涤己二酸会溶解．
（5）烧碱溶液吸收空气的尾气，最终只生成一种最高价态盐．写出该反应的离子方程式：4NO+3O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O．
（6）该实验的产率约为73.2%．

Answer 1

分析 （1）仪器b的名称为：球形冷凝管，起冷凝、回流作用；通过分液漏斗加入液体时，首先打开分液漏斗上口的塞子，保证内外压强一致；
（2）向三颈瓶种快速一次性加入环己醇，环己醇挥发；发烟硝酸易分解，反应物减少；
（3）在此反应过程中利用了硝酸的强氧化性氧化环己醇得到己二酸，故偏钒酸铵的作用是催化剂；
（4）从题目中信息可知己二酸随着温度的降低溶解度减小；
（5）尾气的成分为一氧化氮和氧气，与烧碱反应生成硝酸钠；
（6）根据产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$×100%计算．

解答 解：（1）仪器b的名称为：球形冷凝管，冷水从冷凝管下口入，上口出，起冷凝、回流作用；向三颈瓶中加入环己醇的操作是先打开分液漏斗上口的塞子，再打开活塞，缓慢滴入环己醇；
故答案为：起冷凝、回流作用；先打开分液漏斗上口的塞子，再打开活塞，缓慢滴入环己醇；
（2）向三颈瓶种快速一次性加入环己醇，环己醇挥发，产率会减小；本实验若用发烟硝酸替代50%硝酸，发烟硝酸易分解，反应物减少，产率会减小；
故答案为：减小；减小；
（3）在此反应过程中利用了硝酸的强氧化性氧化环己醇得到己二酸，故偏钒酸铵的作用是催化剂，提高合成产品的速率；
故选C．
（4）己二酸随着温度的降低溶解度减小，故用“冷水”洗涤己二酸减少溶解；
故答案为：己二酸随着温度的降低溶解度减小，用“冷水”洗涤己二酸减少溶解，热水洗涤己二酸会溶解；
（5）尾气的成分为一氧化氮和氧气，与烧碱反应生成硝酸钠，方程式为：4NO+3O₂+4NaOH=4NaNO₃ +2H₂O，离子方程式：4NO+3O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O；
故答案为：4NO+3O₂+4OH^-=4NO₃^-+2H₂O；
（6）16.0mL 50% 硝酸（ρ=1.31g•cm^-3）的物质的量为$\frac{16.0mL×1.31g•c{m}^{-3}×50%}{63g/mol}$=0.166mol，5.3mL环己醇的物质的量为$\frac{5.3mL×0.9624g•c{m}^{-3}}{100g/mol}$=0.051mol，由根据方程式3+8HNO₃$\stackrel{一定条件}{→}$3HOOC（CH₃）₄COOH+8NO↑+7H₂O可知环己醇不足，生成的HOOC（CH₃）₄COOH的物质的量为0.051mol，质量为0.051mol×150g/mol=7.65g，所以己二酸的产率为$\frac{5.6g}{7.65g}$×100%=73.2%；
故答案为：73.2%；

点评 本题考查了化学基本仪器的使用，化学实验基本操作方法，产率的计算以及利用方程式的有关计算等，题目难度中等．