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:

+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%。

练习册系列答案
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(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_______。

(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)。

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