Question

10．环己酮是重要的化工原料，也是重要的工业溶剂．实验室制备环己酮的原理、有关数据及装置示意图如图：
反应原理：如图1所示

反应放热，温度过高或者重铬酸钠过量会进一步氧化．
主要物料及产物的物理参数：

名称	性状	密度	溶点℃	沸点℃	溶解度
					水	乙醚
环已醇	无色，有刺激性气味	0.9624	25.93	161.5	5.67g/100mL	∞
环已酮	无色，有刺激性气味	0.9478	-	155.7	2.4g/100mL	∞

实验装置：
如图2所示
实验步骤：
Ⅰ．投料：在100mL三颈烧瓶中加入20mL水，慢慢加入5mL浓硫酸摇动，振荡下缓慢加入5mL（4.8g，0.048mol）环己醇，并将混合液温度降至30℃以下．将5g（0.019mol）重铬酸钠溶于水得橙红色溶液备用．
Ⅱ．反应：将约$\frac{1}{5}$的重铬酸钠溶液加入三颈烧瓶中，充分搅拌使之混合均匀．冷水浴冷却，控制反应温度在55～60℃．待橙红色消失后，再将剩余的重铬酸钠溶液分四次加入到三颈烧瓶中．当温度自动下降时，加入4mL甲醇使反应液完全变成墨绿色（三价铬）；
Ⅲ．蒸馏：在反应瓶中加入30mL水，并改为蒸馏装置，收集90～99℃之间的馏分（环己酮与水的共沸物）至无油珠为止；
Ⅳ．萃取、干燥：将馏出液用食盐饱和后转入分液漏斗中，分出有机层．水层用8mL乙醚提取一次，将乙醚提取液和有机层合并，用无水硫酸镁干燥； 5．蒸馏，收集环己酮产品2.6g． 请回答下列问题：
（1）装置A的名称是分液漏斗．
（2）完成并配平反应方程式：
3+1 Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1  Na₂SO₄+1  Cr₂（SO₄）₃+7 H₂O
（3）反应过程中加入甲醇后有无色气体生成．加入甲醇的作用是将过量的重铬酸钠还原，防止环己酮继续被氧化，请用离子方程式表示反应原理CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺→CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O．
（4）步骤4向馏出液加入食盐的目的是利用盐析原理，减少环己酮在水中的溶解度，有利于分层，将乙醚提取液和有机层合并的原因是减少环己酮在水中溶解造成的损失．
（5）计算所得产品的产率55.3%．（保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）装置A为分液漏斗；
（2）环己醇转变为环己酮C的化合价升高2价，而Na₂Cr₂O₇中Cr元素化合价由+6价降低为+3价，降低3×2=6价，化合价升降最小公倍数为6，据此确定环己醇、Na₂Cr₂O₇系数，再根据原子守恒配平方程式；
（3）根据甲醇具有还原性，与过量的重铬酸钠发生氧化还原反应生成二氧化碳、Cr³⁺和H₂O，防止环己酮继续被过量的重铬酸钠氧化；
（4）环己酮在氯化钠中的溶解度较小；根据乙醚提取液中含有少量的环己酮分析；
（5）根据反应3+1Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1Na₂SO₄+1 Cr₂（SO₄）₃+7H₂O计算出理论上生成环己酮的质量，再利用产率=$\frac{实际值}{理论值}$×100%计算．

解答 解：（1）装置A为分液漏斗，故答案为：分液漏斗；
（2）环己醇转变为环己酮C的化合价升高2价，而Na₂Cr₂O₇中Cr元素化合价由+6价降低为+3价，降低3×2=6价，化合价升降最小公倍数为6，可知环己醇、Na₂Cr₂O₇系数3、1，再根据原子守恒配平方程式为3+1Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1Na₂SO₄+1 Cr₂（SO₄）₃+7H₂O，
故答案为：3，1，4，3，1，1，7；
（3）甲醇具有还原性，与过量的重铬酸钠发生氧化还原反应生成二氧化碳、Cr³⁺和H₂O，反应离子方程式为CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺→CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O，可以防止环己酮继续被过量的重铬酸钠氧化，
故答案为：将过量的重铬酸钠还原，防止环己酮继续被氧化；CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺→CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O；
（4）利用盐析原理，环己酮在氯化钠中的溶解度较小，有利于环己酮分层；乙醚提取液中含有少量的环己酮，所以将乙醚提取液和有机层合并的原因是减少环己酮在水中溶解造成的损失；
故答案为：降低环己酮的溶解度，有利于环己酮分层；减少环己酮在水中溶解造成的损失；
（5）由3+1Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1Na₂SO₄+1 Cr₂（SO₄）₃+7H₂O，则理论上生成环己酮的质量为：0.048mol×98g/mol=4.704g，所以所得产品的产率为$\frac{2.6}{4.704}$×100%=55.3%，
故答案为：55.3%．

点评 本题考查了环己酮的制备实验方案设计，涉及化学仪器、装置分析评价、物质的分离提纯、氧化还原反应配平、对数据的分析运用等，清楚制备的原理是解答的关键，题目难度中等．