Question

13．某研究性學(xué)習(xí)小組為合成1-丁醇．查閱資料得知一條合成路線：
CH₃CH=CH₂+CO+H₂→CH₃CH₂CH₂CHO $→_{Vl，△}^{H_{2}}$CH₃CH₂CH₂CH₂OH
CO的制備原理：HCOOH$→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O，并設(shè)計(jì)出原料氣的制備裝置（如圖） 
請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有鋅粒、稀硝酸、稀鹽酸、濃硫酸、2-丙醇，從中選擇合適的試劑制備氫氣、丙烯．寫
出化學(xué)方程式Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑、（CH₃）₂CHOH $\stackrel{催化劑}{→}$CH₂=CHCH₃↑+H₂O；
（2）若用以上裝置制備干燥純凈的CO，裝置中a和b的作用分別是恒壓、防倒吸；C和d中加入的試劑分別是NaOH溶液、濃H₂SO₄；
（3）制丙烯時(shí)，還產(chǎn)生少量SO₂、CO₂及水蒸氣，該小組用以下試劑檢驗(yàn)這四種氣體，混合氣體通過試劑的順序是④⑤①②③（或④⑤①③②）；
①飽和Na₂SO₃溶液②酸性KMnO₄溶液③石灰水④無水CuSO₄⑤品紅溶液
（4）合成正丁醛的反應(yīng)為正向放熱的可逆反應(yīng)，為增大反應(yīng)速率和提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，你認(rèn)為應(yīng)
該采用的適宜反應(yīng)條件是b；
a．低溫、高壓、催化劑            b．適當(dāng)?shù)臏囟�、高壓、催化�?br />c．常溫、常壓、催化劑            d．適當(dāng)?shù)臏囟取⒊�壓、催化�?br />（5）正丁醛經(jīng)催化加氫得到含少量正丁醛的1-丁醇粗品．為純化1-丁醇，該小組查閱文獻(xiàn)得知：①R-CHO+NaHSO₃（飽和）→RCH（OH）SO₃Na↓；②沸點(diǎn)：乙醚34℃，1-丁醇 118℃，并設(shè)計(jì)出如下提純路線：
粗品$→_{操作1}^{試劑1}$濾液$→_{操作2分液}^{乙醚}$有機(jī)層$→_{過濾}^{干燥劑}$1-丁醇、乙醚$\stackrel{操作3}{→}$純品
試劑1為飽和NaHSO3溶液，操作1為過濾，操作2為萃取，操作3為蒸餾．

Answer 1

分析 合成1-丁醇的實(shí)驗(yàn)涉及化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)條件的選擇、物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)的基本操作等知識(shí)．
（1）制備氫氣選用鋅粒和稀鹽酸；制備丙烯選用2-丙醇和濃硫酸；
（2）在題給裝置中，a的作用保持分液漏斗和燒瓶內(nèi)的氣壓相等，以保證分液漏斗內(nèi)的液體能順利加入燒瓶中；b主要是起安全瓶的作用，以防止倒吸；c為除去CO中的酸性氣體，選用NaOH溶液，d為除去CO中的H₂O，試劑選用濃硫酸；若用題給裝置制備H₂，則不需要酒精燈；
（3）檢驗(yàn)丙烯和少量SO₂、CO₂及水蒸氣組成的混合氣體各成分時(shí)，應(yīng)首先選④無水CuSO₄檢驗(yàn)水蒸氣，然后用⑤品紅溶液檢驗(yàn)SO₂，并用①飽和Na₂SO₃溶液除去SO₂；然后用③石灰水檢驗(yàn)CO₂，用②酸性KMnO₄溶液檢驗(yàn)丙烯；
（4）題給合成正丁醛的反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為增大反應(yīng)速率和提高原料氣的轉(zhuǎn)化率；
（5）飽和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通過過濾即可除去；1-丁醇和乙醚的沸點(diǎn)相差很大，因此可以利用蒸餾將其分離開．

解答 解：（1）氫氣可用活潑金屬鋅與非氧化性酸鹽酸通過置換反應(yīng)制備，氧化性酸如硝酸和濃硫酸與鋅反應(yīng)不能產(chǎn)生氫氣，方程式為Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑；2-丙醇通過消去反應(yīng)即到達(dá)丙烯，方程式為：（CH₃）₂CHOH $\stackrel{催化劑}{→}$CH₂=CHCH₃↑+H₂O，
故答案為：Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑；（CH₃）₂CHOH $\stackrel{催化劑}{→}$CH₂=CHCH₃↑+H₂O；
（2）甲酸在濃硫酸的作用下通過加熱脫水即生成CO，由于甲酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的CO中必然會(huì)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?yàn)榧姿嵋兹苡谒�，所以必需防止液體倒流，即b的作用是防止倒吸，最后通過濃硫酸干燥CO．為了使產(chǎn)生的氣體能順利的從發(fā)生裝置中排出，就必需保持壓強(qiáng)一致，因此a的作用是保持恒壓；若用以上裝置制備氫氣，就不再需要加熱，所以此時(shí)發(fā)生裝置中的玻璃儀器名稱是分液漏斗和蒸餾燒瓶；氫氣密度小于空氣的，因此要收集干燥的氫氣，就只能用向下排空氣法，而不能用排水法收集，
故答案為：恒壓；防倒吸； NaOH溶液；濃H₂SO₄；
（3）檢驗(yàn)丙烯可以用酸性KMnO₄溶液，檢驗(yàn)SO₂可以用酸性KMnO₄溶液褪色、品紅溶液或石灰水，檢驗(yàn)CO₂可以石灰水，檢驗(yàn)水蒸氣可以無水CuSO₄，所以在檢驗(yàn)這四種氣體必需考慮試劑的選擇和順序．只要通過溶液，就會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，因此先檢驗(yàn)水蒸氣；然后檢驗(yàn)SO₂并在檢驗(yàn)之后除去SO₂，除SO₂可以用飽和Na₂SO₃溶液，最后檢驗(yàn)CO₂和丙烯，因此順序?yàn)棰堍茛佗茛冖郏ɑ颌堍茛佗茛邰冢��?br />故答案為：④⑤①⑤②③（或④⑤①⑤③②）；
（4）由于反應(yīng)是一個(gè)體積減小的可逆反應(yīng)，所以采用高壓，有利于增大反應(yīng)速率和提高原料氣的轉(zhuǎn)化率；正向反應(yīng)是放熱反應(yīng)，雖然低溫有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，但不利于增大反應(yīng)速率，因此要采用適當(dāng)?shù)臏囟�；催化劑不能提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，但有利于增大反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡所需要的時(shí)間，故正確所選項(xiàng)是b，
故答案為：b；
（5）粗品中含有正丁醛，根據(jù)所給的信息利用飽和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通過過濾即可除去；由于飽和NaHSO₃溶液是過量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇．因?yàn)?-丁醇和乙醚的沸點(diǎn)相差很大，因此可以利用蒸餾將其分離開，
故答案為：飽和NaHSO₃溶液；過濾；萃取；蒸餾．

點(diǎn)評 本題考查有機(jī)物合成方案的設(shè)計(jì)，題目難度較大，綜合性較強(qiáng)，答題時(shí)注意把握物質(zhì)的分離、提純方法，把握物質(zhì)的性質(zhì)的異同是解答該題的關(guān)鍵．