Question

【題目】某實驗小組用下圖所示裝置制備一硝基甲苯(包括對硝基甲苯和鄰硝基甲苯)：

反應原理：

實驗中可能用到的數據：

相對原子質量：H-1 C-12 N-14

實驗步驟：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），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℃，反應大約10 min，三頸瓶底有大量淡黃色油狀液體出現；

⑤分離出一硝基甲苯，經提純最終得到純凈的一硝基甲苯共15 g。

請回答下列問題：

(1)實驗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”）端進入。

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

(4)分離反應后產物的方案如下：

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、錐形瓶、牛角管（尾接管）和________________、_________________。

(5)本實驗中甲苯的轉化率為________（結果保留3位有效數字）。

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)反應物甲苯沸點低，加熱時容易發生暴沸；

(2)冷凝管用于將蒸汽冷卻為液體，冷凝水應是下進上出，延長熱量交換時間，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)因為分離得到的是無機和有機兩種液體，而有機物和無機物是不相溶的，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的不同，因此采用蒸餾的方法，根據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硝基甲苯與一摩爾的鄰硝基甲苯，本實驗中分離出一硝基甲苯，經提純最終得到純凈的一硝基甲苯共15g，根據方程克制13g甲苯理論產生硝基甲苯的質量，產率的計算方法就是用實際產量除以理論產量。

(1)甲苯的沸點為110.6℃易揮發，容易發生暴沸，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，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行充分冷卻，所以冷卻水從冷凝管的a端進入；

(3)儀器A是分液漏斗，使用前必須檢查是否漏液；

(4)因為分離得到的是無機和有機兩種液體，而有機物和無機物是不相溶的，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，溫度計測量蒸汽的溫度，冷凝管用于將蒸汽冷卻為液體，鐵架臺用于固定蒸餾燒瓶，牛角管(尾接管)用于承接冷凝后的液體，錐形瓶用于盛放產品，所以操作2必需的玻璃儀器還有蒸餾燒瓶、冷凝管；

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