Question

19．五氧化二氮（N₂O₅）是有机合成中常用的绿色硝化剂，可用NO₂与O₃反应制得．某化学兴趣小组设计如下实验装置制备N₂O₅（部分装置略去）．

（1）铜和浓硝酸反应的离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．加入浓硝酸后，装置Ⅰ中烧瓶上部可观察到的现象是有红棕色气体生成．
（2）仪器a的名称为球形干燥管，该仪器中盛装的试剂是D（填标号）．
A．生石灰B．浓硫酸C．碱石灰D．五氧化二磷
（3）已知下列物质的有关数据．

物质	熔点/℃	沸点/℃
N2O5	41	32 （升华）
N2O4	-11	24

装置Ⅱ中持续通入O₃，为得到尽可能多的纯净的N₂O₅，温度控制在24℃〜32℃．收集到的N₂O₅固体中含有液态物质，可能原因是干燥不完全，导致有硝酸生成．
（4）装置Ⅲ的作用是安全瓶，防止倒吸．
（5）化学兴趣小组用制得的N₂O₅制备少量对硝基甲苯（，相对分子质量137）．步骤如下：在三口烧瓶中放入催化剂和30mL N₂O₅的CH₂Cl₂溶液（N₂O₅的浓度为lmol•L^-1），30℃时，滴加15mL甲苯，充分反应得对硝基甲苯 1.73g．回答下列问题：
①制备对硝基甲苯的化学方程式为+N₂O₅$→_{△}^{催化剂}$+H₂O．
②N₂O₅生成对硝基甲苯的转化率为21.05%．

Answer 1

分析 I由浓硝酸和铜制备NO₂，干燥后于II中与O₃反应制得N₂O₅，III为安全瓶，IV为处理尾气，
（1）铜和浓硝酸反应生成硝酸铜和NO₂，NO₂气体为红棕色；
（2）根据仪器构造和作用分析可知；
（3）N₂O₅与水生成液态的硝酸；
（4）装置III为安全瓶；
（5）甲苯与N₂O₅反应生成对硝基甲苯和水，设N₂O₅生成对硝基甲苯的转化率为x，则生成的对硝基甲苯为30×10^-3L×1mol/L×x×137g/mol=1.73，据此计算．

解答 解：（1）铜和浓硝酸反应的离子方程式为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；NO₂气体为红棕色，故装置Ⅰ中烧瓶上部可观察到有红棕色气体生成；
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；有红棕色气体生成；
（2）仪器为球形干燥管，作用是干燥生成的NO₂，故应盛放固态的酸性或中性干燥剂，五氧化二磷可选；
故答案为：球形干燥管；D；
（3）干燥不完全，导致有硝酸生成，收集到的N₂O₅固体中含有液态物质；
故答案为：干燥不完全，导致有硝酸生成；
（4）装置III为安全瓶，防止倒吸；
故答案为：安全瓶，防止倒吸；
（5）①甲苯与N₂O₅反应生成对硝基甲苯和水，反应为：+N₂O₅$→_{△}^{催化剂}$+H₂O；
故答案为：+N₂O₅$→_{△}^{催化剂}$+H₂O；
②设N₂O₅生成对硝基甲苯的转化率为x，则生成的对硝基甲苯为30×10^-3L×1mol/L×x×137g/mol=1.73，解得x=21.05%；
故答案为：21.05%．

点评 本题考查了物质制备方案设计，主要考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度不大．