Question

5．某研究性学习小组为合成1-丁醇，查阅资料得知一条合成路线：
CH₃CH═CH₂+CO+H₂$\stackrel{一定条件}{→}$CH₃CH₂CH₂CHO$→_{Ni，△}^{H_{2}}$CH₃CH₂CH₂CH₂OH
CO的制备原理：HCOOH$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CO↑+H₂O，并设计出原料气的制备装置（如图）．
请填写下列空白：
（1）实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2-丙醇，从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯．写出化学反应方程式：Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑，（CH₃）₂CHOH$→_{△}^{催化剂}$CH₂=CHCH₃↑+H₂O；
（2）若用以上装置制备干燥纯净的CO，装置中a和b的作用分别是恒压，防倒吸；c和d中盛装的试剂分别是NaOH溶液，浓H₂SO₄．若用以上装置制备H₂，气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是分液漏斗、蒸馏烧瓶；请在虚线框内画出收集干燥H₂的装置图．
（3）制丙烯时，还产生少量SO₂、CO₂及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是④⑤①②③（或④⑤①③②）（填序号）．
①饱和Na₂SO₃溶液　②酸性KMnO₄溶液　③石灰水 ④无水CuSO₄　⑤品红溶液
（4）合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该采用的适宜反应条件是b．
a．低温、高压、催化剂  b．适当的温度、高压、催化剂
c．常温、常压、催化剂  d．适当的温度、常压、催化剂
（5）正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的1-丁醇粗品，为纯化1-丁醇，该小组查阅文献得知：①R-CHO+NaHSO₃（饱和）→RCH（OH）SO₃Na↓；②沸点：乙醚34℃，1-丁醇118℃，并设计出如下提纯路线：
粗品$→_{操作1}^{试剂1}$滤液$→_{操作2}^{乙醚}$ $\stackrel{分液}{→}$有机层$→_{过滤}^{干燥剂}$ 1-丁醇，乙醚$\stackrel{操作3}{→}$纯品
试剂1为饱和NaHSO₃溶液，操作1为过滤，操作2为萃取，操作3为蒸馏．

Answer 1

分析 （1）制备氢气选用锌粒和稀盐酸；制备丙烯选用2-丙醇和浓硫酸；
（2）在题给装置中，a的作用保持分液漏斗和烧瓶内的气压相等，以保证分液漏斗内的液体能顺利加入烧瓶中；b主要是起安全瓶的作用，以防止倒吸；c为除去CO中的酸性气体，选用NaOH溶液，d为除去CO中的H₂O，试剂选用浓硫酸；若用题给装置制备H₂，则不需要酒精灯；
（3）检验丙烯和少量SO₂、CO₂及水蒸气组成的混合气体各成分时，应首先选④无水CuSO₄检验水蒸气，然后用⑤品红溶液检验SO₂，并用①饱和Na₂SO₃溶液除去SO₂；然后用③石灰水检验CO₂，用②酸性KMnO₄溶液检验丙烯；
（4）题给合成正丁醛的反应为气体体积减小的放热反应，为增大反应速率和提高原料气的转化率；
（5）饱和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通过过滤即可除去；1-丁醇和乙醚的沸点相差很大，因此可以利用蒸馏将其分离开；

解答 解：（1）氢气可用活泼金属锌与非氧化性酸盐酸通过置换反应制备，氧化性酸如硝酸和浓硫酸与锌反应不能产生氢气，方程式为Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑；2-丙醇通过消去反应即到达丙烯，方程式为 （CH₃）₂CHOH$→_{△}^{催化剂}$CH₂=CHCH₃↑+H₂O，
故答案为：Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑； （CH₃）₂CHOH$→_{△}^{催化剂}$CH₂=CHCH₃↑+H₂O；
（2）甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水即生成CO，由于甲酸易挥发，产生的CO中必然会混有甲酸，所以在收集之前需要除去甲酸，可以利用NaOH溶液吸收甲酸．又因为甲酸易溶于水，所以必需防止液体倒流，即b的作用是防止倒吸，最后通过浓硫酸干燥CO．为了使产生的气体能顺利的从发生装置中排出，就必需保持压强一致，因此a的作用是保持恒压；若用以上装置制备氢气，就不再需要加热，所以此时发生装置中的玻璃仪器名称是分液漏斗和蒸馏烧瓶；氢气密度小于空气的，因此要收集干燥的氢气，就只能用向下排空气法，而不能用排水法收集；
故答案为：恒压，防倒吸； NaOH溶液，浓H₂SO₄；分液漏斗、蒸馏烧瓶；；
（3）检验丙烯可以用酸性KMnO₄溶液，检验SO₂可以用酸性KMnO₄溶液褪色、品红溶液或石灰水，检验CO₂可以石灰水，检验水蒸气可以无水CuSO₄，所以在检验这四种气体必需考虑试剂的选择和顺序．只要通过溶液，就会产生水蒸气，因此先检验水蒸气；然后检验SO₂并在检验之后除去SO₂，除SO₂可以用饱和Na₂SO₃溶液，最后检验CO₂和丙烯，因此顺序为④⑤①②③（或④⑤①③②），
故答案为：④⑤①②③（或④⑤①③②）；
（4）由于反应是一个体积减小的可逆反应，所以采用高压，有利于增大反应速率和提高原料气的转化率；正向反应是放热反应，虽然低温有利于提高原料气的转化率，但不利于增大反应速率，因此要采用适当的温度；催化剂不能提高原料气的转化率，但有利于增大反应速率，缩短到达平衡所需要的时间，故正确所选项是b；
故答案为：b．
（5）粗品中含有正丁醛，根据所给的信息利用饱和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通过过滤即可除去；由于饱和NaHSO₃溶液是过量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇．因为1-丁醇和乙醚的沸点相差很大，因此可以利用蒸馏将其分离开．
故答案为：饱和NaHSO₃溶液；过滤；萃取；蒸馏．

点评 本题考查有机物合成方案的设计，题目难度中等，综合性较强，答题时注意把握物质的分离、提纯方法、制备实验过程，把握物质的性质的异同是解答该题的关键．