Question

【題目】某實(shí)驗(yàn)小組用下圖所示裝置制備一硝基甲苯(包括對(duì)硝基甲苯和鄰硝基甲苯)：

反應(yīng)原理：

實(shí)驗(yàn)中可能用到的數(shù)據(jù)：

相對(duì)原子質(zhì)量：H-1 C-12 N-14

實(shí)驗(yàn)步驟：①濃硫酸與濃硝酸按體積比1：3配制混合溶液（即混酸）共40mL；

②在三頸瓶中加入13g甲苯（易揮發(fā)），按圖所示裝好藥品和其他儀器；

③向三頸瓶中加入混酸；

④控制溫度約為50℃，反應(yīng)大約10 min，三頸瓶底有大量淡黃色油狀液體出現(xiàn)；

⑤分離出一硝基甲苯，經(jīng)提純最終得到純凈的一硝基甲苯共15 g。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)實(shí)驗(yàn)前需要在三頸瓶中加入少許________，目的是____________________。

(2)冷凝管的作用是______________；冷卻水從冷凝管的_______（填“a”或“b”）端進(jìn)入。

(3)儀器A的名稱是________ ，使用該儀器前必須進(jìn)行的操作是_________________。

(4)分離反應(yīng)后產(chǎn)物的方案如下：

其中，操作1的名稱為________，操作2必需的玻璃儀器有酒精燈、溫度計(jì)、錐形瓶、牛角管（尾接管）和________________、_________________。

(5)本實(shí)驗(yàn)中甲苯的轉(zhuǎn)化率為________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】碎瓷片（或沸石） 防止暴沸 冷凝回流 a 分液漏斗 檢漏 分液 蒸餾燒瓶 冷凝管 77.5％

【解析】

(1)反應(yīng)物甲苯沸點(diǎn)低，加熱時(shí)容易發(fā)生暴沸；

(2)冷凝管用于將蒸汽冷卻為液體，冷凝水應(yīng)是下進(jìn)上出，延長(zhǎng)熱量交換時(shí)間，使熱量能更充分交換，確保氣體充分冷凝；

(3)儀器A是分液漏斗，使用前必須檢查是否漏液；

(4)因?yàn)榉蛛x得到的是無機(jī)和有機(jī)兩種液體，而有機(jī)物和無機(jī)物是不相溶的，因此方法是分液；分離兩種一硝基化合物只能利用它們沸點(diǎn)的不同，因此采用蒸餾的方法，根據(jù)蒸餾所需儀器分析解答；

(5)根椐方程式可知，一摩爾的甲苯可以得到一摩爾的對(duì)硝基甲苯與一摩爾的鄰硝基甲苯，本實(shí)驗(yàn)中分離出一硝基甲苯，經(jīng)提純最終得到純凈的一硝基甲苯共15g，根據(jù)方程克制13g甲苯理論產(chǎn)生硝基甲苯的質(zhì)量，產(chǎn)率的計(jì)算方法就是用實(shí)際產(chǎn)量除以理論產(chǎn)量。

(1)甲苯的沸點(diǎn)為110.6℃易揮發(fā)，容易發(fā)生暴沸，需用碎瓷片(沸石)，防止暴沸；

(2)冷凝管用于將蒸汽冷卻為液體，因此冷凝管的作用是冷凝回流。蒸餾時(shí)，冷卻水從冷凝管的下口通入，上口流出，可使冷凝管充滿冷水而進(jìn)行充分冷卻，所以冷卻水從冷凝管的a端進(jìn)入；

(3)儀器A是分液漏斗，使用前必須檢查是否漏液；

(4)因?yàn)榉蛛x得到的是無機(jī)和有機(jī)兩種液體，而有機(jī)物和無機(jī)物是不相溶的，因此操作1的名稱為分液；分離兩種一硝基化合物只能利用它們沸點(diǎn)的不同，因此采用蒸餾的方法，蒸餾燒瓶盛放兩種一硝基化合物混合物，酒精燈用于加熱蒸餾燒瓶，溫度計(jì)測(cè)量蒸汽的溫度，冷凝管用于將蒸汽冷卻為液體，鐵架臺(tái)用于固定蒸餾燒瓶，牛角管(尾接管)用于承接冷凝后的液體，錐形瓶用于盛放產(chǎn)品，所以操作2必需的玻璃儀器還有蒸餾燒瓶、冷凝管；

(5)產(chǎn)率等于實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比；根椐方程式可知，1mol的甲苯可以得到1mol的對(duì)硝基甲苯與1mol的鄰硝基甲苯，換成質(zhì)量即：92g的甲苯可以得到137g的對(duì)硝基苯和鄰硝基苯，則13g的甲苯就能得到的一硝基苯的質(zhì)量m=g=19.35g，本實(shí)驗(yàn)中分離出一硝基甲苯，經(jīng)提純最終得到純凈的一硝基甲苯共15g，所以一硝基苯的產(chǎn)率為：×100%≈77.5%。