Question

11．2-硝基甲苯和4-硝基甲苯均可用于印染行业，实验室利用下列反应和装置制备这两种物质
实验中可能用到的数据：

	相对分子质量	密度/g•cm-3	沸点/℃	溶解性
甲苯	92	0.866	110.6	不溶于水，易溶于硝基甲苯
2-硝基甲苯	137	1.162	222	不溶于水，易溶于液态烃
4-硝基甲苯	137	1.286	237.7	不溶于水，易溶于液态烃

实验步骤：①按体积比3：1配制浓硫酸与浓硝酸混合物40mL；
②在三颈瓶中加入20.0mL甲苯，按图所示装好药品和其他仪器；
③向三颈瓶中加入混酸，并不断搅拌（磁力搅拌器已略去）；
④控制温度约为50℃，反应大约10min，三颈瓶底有大量淡黄色油状液体出现；
⑤分离出2-硝基甲苯和4-硝基甲苯并称重，其总总质量为13.7g．
（1）在烧杯中配制该实验所需混酸的方法是分别量取10 mL和30 mL的浓硫酸和浓硝酸，将浓硝酸倒入烧杯中，浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入，并不断搅拌．
（2）步骤④的关键是控制温度，其措施有水浴加热、充分搅拌和控制滴加混酸的速度
分离产物的方案如下：

回答下列问题：
操作ii中会用到下列仪器中的ac（填序号）．
a．温度计b．蒸发皿c．锥形瓶d．分液漏斗
该实验中2-硝基甲苯和4-硝基甲苯的总产率为53.2%．
（4）实验中的无机混合物可以回收再利用，回收前需要测定各成分的浓度，取10.00mL无机混合物，加水稀释至100.00mL待用，取稀释液10.00mL，用0.1000mol•L^-1NaOH溶液滴定至溶液呈中性，消化NaOH溶液VmL，另取稀释液10.00mL，加入过量BaCl₂溶液，充分反应后过滤并将滤渣洗涤、干燥后称重，质量为Wg．
①取10.00mL稀释液的过程中，酸式滴定管的初始液面为0.20mL，左手控制活塞向锥形瓶中加稀释液，此时眼睛应该平视10.20mL的刻度线．
②设计简单实验证明滤渣已经洗涤干净：取适量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸银，若不产生白色沉淀，则证明洗涤干净
③原无机混合物中HNO₃的浓度为0.1V-$\frac{2000w}{233}$mol•L^-1（用含V和W的代数式表示）

Answer 1

分析 （1）浓硫酸溶于水会放出大量的热，容易发生液体飞溅的情况，同时浓硝酸易挥发，据此确定配制该实验所需混酸的方法；
（2）控制温度，其措施有水浴加热、充分搅拌和控制滴加混酸的速度；操作ii是分离2-硝基甲苯和4-硝基甲苯，可以用蒸馏的方法，据此选择仪器；
产率的计算方法就是用实际产量除以理论产量；根椐方程式，一摩尔的甲苯可以得到一摩尔的对硝基甲苯或一摩尔的邻硝基甲苯，据此可计算出一硝基甲苯的产率；
（4）①取10.00mL稀释液的过程中，酸式滴定管的初始液面为0.20mL，则量取液体最终的刻度应为10.20mL，所以量取过程中眼睛要注视酸式滴定管内液面是否达到10.20mL的刻度；
②滤渣表面可能有的杂质为氯离子，所以可以通过检验是否有氯离子来确定是否洗涤干净；
③混酸中氢离子的总物质的量可以根据氢氧化钠计算，而硫酸的物质的量可以根据生成硫酸钡沉淀的质量计算，进而计算出HNO₃的浓度．

解答 解：（1）浓硫酸溶于水会放出大量的热，容易发生液体飞溅的情况，同时浓硝酸易挥发，所以配制混酸的方法是分别量取10 mL和30 mL的浓硫酸和浓硝酸，将浓硝酸倒入烧杯中，浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入，并不断搅拌，
故答案为：分别量取10 mL和30 mL的浓硫酸和浓硝酸，将浓硝酸倒入烧杯中，浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓注入，并不断搅拌；
（2）控制温度，其措施有水浴加热、充分搅拌和控制滴加混酸的速度，操作ii是分离2-硝基甲苯和4-硝基甲苯，可以用蒸馏的方法，所以会用到温度计、锥形瓶，故选ac，20.0mL甲苯的物质的量为$\frac{20×0.866}{92}$mol=0.188mol，理论上产生硝基甲苯的质量为0.188mol×137g/mol=25.76g，所以产率为$\frac{13.7g}{25.76g}$×100%=53.2%，
故答案为：控制滴加混酸的速度；ac；53.2%；
（4）①取10.00mL稀释液的过程中，酸式滴定管的初始液面为0.20mL，则量取液体最终的刻度应为10.20mL，所以量取过程中眼睛要注视酸式滴定管内液面是否达到10.20mL的刻度，其操作为平视10.20mL的刻度线，
故答案为：平视10.20mL的刻度线；
②滤渣表面可能有的杂质为氯离子，所以可以通过检验是否有氯离子来确定是否洗涤干净，其操作为取适量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸银，若不产生白色沉淀，则证明洗涤干净，
故答案为：取适量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸银，若不产生白色沉淀，则证明洗涤干净；
③VmL，0.1000mol•L^-1NaOH溶液中NaOH的物质的量为V×10^-4 mol，所以原样品中混酸中氢离子的总物质的量为$\frac{100}{10}$×V×10^-4 mol=V×10^-3 mol，而混酸中硫酸的物质的量为$\frac{10w}{233}$mol，所以混酸中HNO₃的物质的量为V×10^-3 mol-$\frac{10w}{233}$×2mol，则HNO₃的浓度为$\frac{V×1{0}^{-3}mol-\frac{10w}{233}×2mol}{0.01L}$=（0.1V-$\frac{2000w}{233}$）mol/L，
故答案为：0.1V-$\frac{2000w}{233}$．

点评 本题主要考查一硝基甲苯的制备，涉及实验流程、产率的计算、实验基本操作等知识，难度中等，熟悉流程的意义与目的是解题的关键，侧重对学生综合能力的考查．