Question

【題目】硝基苯是一種重要有機合成中間體，實驗室可用如下反應(yīng)合成：

C6H6+HNO3C6H5—NO2+H2O ΔH<0

已知：

①該反應(yīng)在溫度稍高的情況下會生成間二硝基苯。

②制備反應(yīng)裝置：

③有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

物質(zhì)	熔點/℃	沸點/℃	密度/g·cm3	溶解性
苯	5.5	80	0.88	微溶于水
硝基苯	5.7	211	1.205	難溶于水
間二硝基苯	89	301	1.57	微溶于水
濃硝酸		83	1.4	易溶于水
濃硫酸		338	1.84	易溶于水

請回答下列問題：

（1）合成硝基苯的反應(yīng)類型為_____________。

（2）制備時需要配制25 mL的濃硝酸和x mL（0.552 mol）濃硫酸（98%）混合液，混合酸應(yīng)該盛放在_____________中（填寫儀器名稱），x值為_____________。

（3）反應(yīng)在50℃～60℃下進行，其主要原因可能是__________________________（寫兩點即可），常用的方法是__________________________。

（4）反應(yīng)完畢所得的硝基苯中混有無機物雜質(zhì)，需將反應(yīng)液冷卻至室溫后倒入分液漏斗中，依次用少量水、5%NaOH溶液、水洗滌并分液，第二次用水洗的目的是__________________________。

（5）進行分液的硝基苯中含有少許水分及有機物雜質(zhì)，加入無水a(chǎn)Cl2顆粒，靜置片刻，然后倒入蒸餾燒瓶，棄去CaCl2，最后進行蒸餾純化，蒸餾純化的實驗方案為__________________________。從實驗安全角度考慮，在蒸餾純化過程中，應(yīng)選用空氣冷凝管，不選用通水的直形冷凝管的原因是__________________________________。

（6）若反應(yīng)開始時向儀器A中加入19.5 mL苯，反應(yīng)完畢提純后得到20 g硝基苯，則實驗所得到的硝基苯產(chǎn)率為_____________（精確到0.1%）。

Answer 1

【答案】（1）取代反應(yīng)

（2）分液漏斗 30

（3）防止溫度過高濃硝酸分解、減少副產(chǎn)物間二硝基苯生成（或溫度較低，反應(yīng)速率慢，溫度過高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低） 水浴加熱

（4）洗去殘留的NaOH及生成的鹽

（5）首先控制蒸餾溫度在80℃，收集該溫度下的餾分，除去苯，然后控制蒸餾溫度為211℃，收集該溫度下的餾分，得到純硝基苯 以免直形冷凝管通水冷卻時溫差過大而發(fā)生炸裂

（6）73.9%

【解析】（1）苯環(huán)上的H原子被—NO2取代生成硝基苯，所以該反應(yīng)為取代反應(yīng)。

（2）混合酸應(yīng)該盛放在儀器B所示的分液漏斗中，通過分液漏斗來控制加入混酸的速率。，解得x=30。

（3）根據(jù)題目信息可知，合成硝基苯的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從化學反應(yīng)速率和化學平衡移動觀點來解釋溫度控制，同時濃HNO3受熱易分解生成NO2、溫度較高時副產(chǎn)物間二硝基苯也易生成。由于溫度低于100℃，所以可用水浴加熱方法控制溫度為50～60℃ 。

（4）先用水洗除去濃H2SO4、HNO3，再用稀NaOH溶液將剩余的少量酸轉(zhuǎn)化為可溶性的鹽，這些鹽在蒸餾時不會變?yōu)闅怏w，便于后續(xù)分離提純硝基苯，最后水洗除去未反應(yīng)的NaOH及生成的鹽。

（5）硝基苯中含有未反應(yīng)的苯、副產(chǎn)物間二硝基苯，由于三者沸點差異較大，故采用蒸餾方法提純，首先應(yīng)該在蒸餾溫度80℃下蒸餾除去苯，然后再在211℃蒸餾得到硝基苯。

（6）25 mL濃HNO3物質(zhì)的量=，20 mL苯物質(zhì)的量=，根據(jù)反應(yīng)方程式可知，苯不足，生成的硝基苯應(yīng)為0.22 mol，理論質(zhì)量=0.22 mol×123 g/mol=27.06 g，實際質(zhì)量為20 g，硝基苯的產(chǎn)率=。