Question

10．正溴丁烷（CH₃CH₂CH₂CH₂Br）是一種重要的有機合成工業原料．在實驗中可利用如圖1裝置（加熱或夾持裝置省略）制備正溴丁烷．制備時的化學反應方程式及有關數據如下：NaBr+H₂SO₄=HBr+NaHSO₄
C₄H₉OH+HB$\stackrel{濃硫酸}{→}$rC₄H₉Br+H₂O

物質	相對分子質量	密度/g•cm-3	沸點/℃	水中溶解性
正丁醇	74	0.80	117.3	微溶
正溴丁烷	137	1.27	101.6	難溶
溴化氫	81	---	---	極易溶解

實驗步驟：在裝置A中加入2mL水，并小心加入28mL濃硫酸，混合均勻后冷卻至室溫．再依次加入18.5mL正丁醇和26g溴化鈉，充分搖振后加入沸石，連接氣體吸收裝置C．將裝置A置于石棉網上加熱至沸騰，然后調節為小火使反應物保持平穩地回流．一段時間后停止加熱，待反應液冷卻后，拆去裝置B，改為蒸餾裝置，蒸出粗正溴丁烷．
請回答下列問題；
（1）儀器A的名稱是圓底燒瓶，儀器B的作用是冷卻、回流．操作中加入沸石的作用是防止暴沸．
（2）裝置C中盛裝的液體是NaOH溶液，其作用是吸收逸出的溴化氫，防止其污染空氣．
（3）制備的粗產物正溴丁烷中往往含有水分、正丁醇等雜質，加入干燥劑出去水分后，再由圖2操作中的d制備純凈的正溴丁烷．
（4）若制備實驗的“回流”過程中不采用“調節為小火”，仍采用大火加熱回流，則會使產品產率偏低（填“高”或“低”），試說出其中一種原因：大火，副反應多或產物逸出較多．
（5）若最終得到13.6g純凈的正溴丁烷，則該實驗的產率是49.6%（保留三位有效數字）

Answer 1

分析 （1）根據儀器的結構確定儀器的名稱；正丁醇易揮發，通過球形冷凝管冷凝、回流，提高原料的利用率；液體加熱時，需要加碎瓷片，防止暴沸；
（2）在此反應過程中生成了溴化氫氣體，會對環境產生污染，故需用堿液進行吸收；
（3）正溴丁烷中含有正丁醇雜質，這兩種液體是相互溶解的有機物，只能采用蒸餾的方法進行分離；
（4）如果采用大火加熱回流時，在較高的溫度下會發生很多其他的副反應，如濃硫酸在溫度較高的情況下氧化性更強，可能會把乙醇等有機物氧化，正丁醇和正丁烷的沸點都比較低，易逸出等都會使產率降低．
（5）先根據方程式C₄H₉OH+HBr$\stackrel{濃硫酸}{→}$C₄H₉Br+H₂O計算出C₄H₉Br的理論值，然后用實際值除以理論值即產率；

解答 解：（1）儀器A的名稱是圓底燒瓶；正丁醇易揮發，通過球形冷凝管冷凝、回流，提高原料的利用率；
操作中加入沸石的作用是防止暴沸；
故答案為：圓底燒瓶；冷卻、回流；防止暴沸；
（2）反應過程中生成了溴化氫氣體，會對環境產生污染，可通過NaOH溶液進行吸收；
故答案為：NaOH溶液；吸收逸出的溴化氫，防止其污染空氣；
（3）正溴丁烷中含有正丁醇雜質，這兩種液體相互溶解，只能采用蒸餾的方法進行分離；
故選d；
（4）如果采用大火加熱回流時，在較高的溫度下會發生很多其他的副反應，如濃硫酸在溫度較高的情況下氧化性更強，可能會把乙醇等有機物氧化，正丁醇和正丁烷的沸點都比較低，易逸出等都會使產率降低．
故答案為：低；大火，副反應多或產物逸出較多；
（5）m（C₄H₉OH ）=18.5mL×0.80g•cm^-3=14.8g，則n（C₄H₉OH ）=$\frac{14.8g}{74g/mol}$=0.2mol
C₄H₉OH+HBr$\stackrel{濃硫酸}{→}$C₄H₉Br+H₂O
1mol            1mol
2mol           0.2mol
所以m（C₄H₉ Br）=0.2mol×137g/mol=27.4g，產率為$\frac{13.6g}{27.4g}$×100%=49.6%；
故答案為：49.6%；

點評 本題以正丁醇制備正溴丁烷為背景，考查物質的分離提純、性質實驗方案設計，儀器的作用，化學計算，題目閱讀量較大，對學生的心理素質有一定的要求，是對學生綜合能力的考查．