题目内容
【题目】某同学在实验室以苯胺(密度:1.02g.mL—1)和浓硫酸为原料制备对氨基苯磺酸(
),反应原理以及反应装置(加热及夹持仪器已省略)如下:
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+H2SO4(浓)
+H2O
已知:100mL水在20C时可溶解对氨基苯磺酸1.08g,在100C时可溶解6.67g 。实验步骤:
I.在100mL三颈烧瓶中加入10mL苯胺及几粒沸石,将三颈烧瓶放入冷水中冷却,小心地加入20mL浓硫酸;
II.将三颈烧瓶置于加热装置中缓慢加热至170~180℃,维持此温度2~2.5h;
III.将反应液冷却至约50℃后,倒入盛有100mL冷水的烧杯中,用玻璃棒不断搅拌,促使晶体析出,抽滤,用少量冷水洗涤,得到对氨基苯磺酸粗产品;
VI.将粗产品用沸水溶解,冷却结晶,抽滤,收集产品,晾干得到16.2g对氨基苯磺酸。
回答下列问题:
(1)装置中,x的名称为______________ ,其作用是__________________ 。
(2)步骤II中,“加热装置”是 ________ (填“油浴”或“水浴”)装置。
(3)步骤III中,需用少量冷水洗涤对氨基苯磺酸粗产品的原因是________________ 。
(4)步骤VI,冷却结晶过程中,若溶液颜色过深,可用__________(填一种吸附剂)脱色。
(5)本实验中对氨基苯磺酸的产率为__________(结果保留两位小数)。
【答案】球形冷凝管 冷凝回流 油浴 冷水中对氨基苯磺酸的溶解度小 活性炭 85.38%
【解析】
以苯胺和浓硫酸发生取代反应得到对氨基苯磺酸,实验中反应温度高,对氨基苯磺酸容易挥发散失,需要冷凝管起到冷凝回流的作用,冷却水应下进上出,反应温度为170~180℃,因为水浴加热的温度受水的沸点限制,故选择油浴加热,从而得到产品,产品经过洗涤干燥处理即可,再根据
可计算对氨基苯磺酸的产率。
(1)X为有冷凝回流作用的球形冷凝管,可减少对氨基苯磺酸的损失,故答案为:球形冷凝管;冷凝回流;
(2)由于反应温度为170~180℃,而水浴加热的温度受水的沸点(100℃)限制,故选择油浴加热,故答案为:油浴;
(3)根据已知条件:100mL水在20C时可溶解对氨基苯磺酸1.08g,在100C时可溶解6.67g,则对氨基苯磺酸在冷水中的溶解度小,可减少对氨基苯磺酸溶解损失,故答案为:冷水中对氨基苯磺酸的溶解度小;
(4)活性炭可用于吸附色素,因此,在冷却结晶过程中,若溶液颜色过深,可用活性炭进行脱色,故答案为:活性炭;
(5)根据
,可得苯胺的质量
,根据方程式可知,n(对氨基苯磺酸)=n(苯胺),再根据
,可得对氨基苯磺酸的理论产量
,氨基苯磺酸的实际产量为16.2g,则
,故答案为:85.38%。
【题目】2018年,美国退出了《巴黎协定》实行再工业化战略,而中国却加大了环保力度,生动诠释了我国负责任的大国形象。近年我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究,实现可持续发展。
(1)已知:I.CO2(g)+H2(g)
H2O(g)+CO(g) △H1=+41.1kJ/mol
II.CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) △H2=-90.0kJ/mol
写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式:________。
(2)为提高CH3OH的产率,理论上应采用的条件是________(填选项字母)。
a.高温高压 b.低温低压 c.高温低压 d.低温高压
(3)250℃时,在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成 CH3OH(g),不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X的平衡转化率变化曲线如图所示。反应物X是_______(填“CO2”或“H2”),判断依据是_______。
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(4)250℃时,在体积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化剂发生 CO2催化氢化合成甲醇的反应,10 min时反应达到平衡,测得c(CH3OH) = 0.75 mol L-1。
①前10 min内的平均反应速率H2=_______ mol L-1 min-1。
②该温度下,该反应的化学平衡常数K =_______。
③催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间,四组实验数据如下表所示:
实验编号 | 温度(K) | 催化剂 | CO2转化率(%) | 甲醇选择性(%) |
A | 543 | Cu/ZnO纳米棒 | 12.3 | 42.3 |
B | 543 | Cu/ZnO纳米片 | 11.9 | 72.7 |
C | 553 | Cu/ZnO纳米棒 | 15.3 | 39.1 |
D | 553 | Cu/ZnO纳米片 | 12.0 | 70.6 |
根据上表所给数据,用CO2生产甲醇的最优选项为________(填字母)。