Question

6．某研究性學習小組為合成1-丁醇，查閱資料得知一條合成路線：CH₂CH=CH₂+CO+H₂$→_{△}^{催化劑}$CH₃CH₃CH₂CHO$→_{△}^{H_{2}催化劑}$CH₃CH₂CH₂CH₂OH．
原料CO的制備原理：HCOOH$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO↑+H₂O，并設計出原料氣的制備裝置如圖．
請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）若用以上裝置制備干燥純凈的CO裝置中a和b的作用分別是保持恒壓、防倒吸；c和d中盛裝的試劑分別是NaOH溶液、濃硫酸．請指出上述裝置存在的一處明顯不足是缺少尾氣處理裝置．
（2）若用上述裝置支取丙烯，缺少的玻璃儀器名稱是溫度計．因制丙烯的過程中常有副產(chǎn)物SO₂、CO₂，確認丙烯存在時需將氣體先通過c、d裝置，c、d中分別盛裝的試劑是氫氧化鈉反應、品紅溶液，再通過酸性高錳酸鉀溶液或溴水檢驗．
（3）正丁醛經(jīng)催化劑加氫得到含少量正丁醛的1-丁醛粗品，為純化1-丁醇，該小組查閱文獻得知：
①R-CHO+NaHSO₃（飽和）→RCH（OH）SO₂Na↓；
②沸點：乙醚34℃，1-丁醇118℃．
設計出如下提純路線：

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．
檢驗純品中是否有正丁醛的試劑是氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液．
（4）若用20mL（密度為0.8g/mL）的丙醇制正丁醛，制丙烯反應中丙醇的轉(zhuǎn)化率85%，丙烯制正丁醛反應中丙烯的轉(zhuǎn)化率78.5%，正丁醛的分離提純中損失率1.5%，請計算丙醇制正丁醛的產(chǎn)率：85%×78.5%×（1-1.5%）（列出計算式）．

Answer 1

分析 （1）甲酸在濃硫酸的作用下通過加熱脫水生成CO，由于甲酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的CO中必然會混有甲酸，所以在收集之前需要除去甲酸，可以利用NaOH溶液吸收甲酸．甲酸易溶于水，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，就必需保持壓強一致，因此a的作用是保持恒壓，CO直接排放會污染空氣，最終需要進行尾氣處理；
（2）用上述裝置制取丙烯，需要用溫度計控制溫度；
檢驗丙烯可以用酸性KMnO₄溶液或溴水，SO₂也能與酸性KMnO₄溶液褪色、溴水反應，應向用氫氧化鈉溶液除去，再利用品紅溶液檢驗SO₂是否除盡；
（3）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，經(jīng)過分液操作與NaHSO₃溶液分離，因為1-丁醇和乙醚的沸點相差很大，因此可以利用蒸餾將其分離開；
正丁醛含有醛基，利用氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液檢驗；
（4）將每一步的利用率或損失率都轉(zhuǎn)化為起始原料的利用率或損失率，據(jù)此計算原料的實際利用率，產(chǎn)品的產(chǎn)率等于起始原料的實際利用率．

解答 解：（1）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．甲酸易溶于水，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，就必需保持壓強一致，因此a的作用是保持恒壓；
CO直接排放會污染空氣，最終需要進行尾氣處理，上述裝置存在的一處明顯不足是：缺少尾氣處理裝置，
故答案為：保持恒壓；防倒吸； NaOH溶液；濃硫酸；缺少尾氣處理裝置；
（2）用上述裝置制取丙烯，需要用溫度計控制溫度；
檢驗丙烯可以用酸性KMnO₄溶液或溴水，SO₂也能與酸性KMnO₄溶液褪色、溴水反應，應向用氫氧化鈉溶液除去，再利用品紅溶液檢驗SO₂是否除盡，
故答案為：溫度計；氫氧化鈉溶液；品紅溶液；
（3）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，經(jīng)過分液操作與NaHSO₃溶液分離，因為1-丁醇和乙醚的沸點相差很大，因此可以利用蒸餾將其分離開；
正丁醛含有醛基，利用氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液檢驗，
故答案為：飽和NaHSO₃溶液；過濾；萃��；蒸餾；氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液；
（4）將每一步的利用率或損失率都轉(zhuǎn)化為起始原料的利用率或損失率，則原料的實際利用率為85%×78.5%×（1-1.5%），產(chǎn)品的產(chǎn)率等于起始原料的實際利用率，即產(chǎn)品產(chǎn)率為85%×78.5%×（1-1.5%），
故答案為：85%×78.5%×（1-1.5%）．

點評 本題考查有機物合成方案、物質(zhì)的檢驗、物質(zhì)的分離提純、對裝置的分析評價、有損失率的多步反應計算等，題目綜合性較大，明確原理是解題關鍵，是對學生綜合能力的考查，難度中等．