Question

13．某興趣小組同學在實驗室用加熱1-丁醇、濃H₂SO₄和溴化鈉混合物的方法來制備1-溴丁烷，并檢驗反應的部分副產物，設計了如圖所示裝置，其中夾持儀器、加熱儀器及冷卻水管沒有畫出．

請根據實驗步驟，回答下列問題：
（1）關閉a和b、接通豎直冷凝管的冷凝水，給A加熱30分鐘，制備1-溴丁烷．豎直冷凝管接通冷凝水，進水口是Ⅱ（填“I”或“Ⅱ”）；冷凝回流的主要目的是充分反應，提高反應物的轉化率．
（2）理論上，上述反應的副產物可能有：丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃）、1-丁烯、溴化氫、硫酸氫鈉、水等．熄滅酒精燈，在豎直冷凝管上方塞上塞子并打開a，利用余熱繼續反應直至冷卻，通過B、C裝置檢驗部分副產物．B、C中應盛放的試劑分別是石蕊試液（或AgNO₃溶液）和溴水（或酸性KMnO₄溶液），寫出C裝置中主要的化學方程式：CH₃CH₂CH=CH₂+Br₂→BrCH₂CHBrCH₂CH₃ ．
（3）為了進一步分離提純1-溴丁烷，該興趣小組同學查得相關有機物的數據如表所示：

物質	熔點/℃	沸點/℃
1-丁醇	-89.5	117.3
1-溴丁烷	-112.4	101.6
丁醚	-95.3	142.4
1-丁烯	-185.3	-6.5

請你補充下列實驗步驟，直到分離出1-溴丁烷．
①待燒瓶冷卻后，拔去豎直的冷凝管；
②插上帶橡皮塞的溫度計；
③關閉a，打開b；
④接通冷凝管的冷凝水，使冷水從d處流入；
⑤迅速升高溫度至101.6℃，收集所得餾分．
（4）若實驗中所取1-丁醇、NaBr分別為7.4g、13.0g，蒸出的粗產物經洗滌、干燥后再次蒸餾得到9.6g 1-溴丁烷，則1-溴丁烷的產率是70%．（保留2位有效數字）

Answer 1

分析 （1）裝置圖分析冷凝回流的主要目的是提高反應物的利用率；
（2）理論上，上述反應的副產物可能有：丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃）、1-丁烯、溴化氫、硫酸氫鈉、水等，能通過裝置BC檢出的是氣體應檢驗1-丁烯、溴化氫的存在，先檢驗溴化氫的存在用石蕊試液或硝酸銀溶液檢驗，后檢驗1-丁烯，選擇試劑為溴水或高錳酸鉀溶液褪色驗證；C裝置中主要的1-丁烯和溴單質發生加成反應；
（3）提純1-溴丁烷，收集所得餾分為1-溴丁烷，所以須將1-溴丁烷先汽化，后液化，汽化須溫度達其沸點101.6℃，需要理由蒸餾裝置可知溫度，冷卻等操作規程設計步驟；
（4）依據化學方程式分析1-丁醇、NaBr反應情況，依據化學方程式計算生成的1-溴丁烷質量，依據產率=$\frac{實際量}{理論量}$×100%計算得到．

解答 解：（1）關閉a和b、接通豎直冷凝管的冷凝水，進水口為Ⅱ；給A加熱30分鐘，制備1-溴丁烷．冷凝回流的主要目的是，充分利用反應物，提高反應物的轉化率，
故答案為：Ⅱ；充分反應，提高反應物的轉化率；
（2）理論上，上述反應的副產物可能有：丁醚（CH₃CH₂CH₂CH₂-O-CH₂CH₂CH₂CH₃）、1-丁烯、溴化氫、硫酸氫鈉、水等，能通過裝置B、C裝置檢出的是氣體，應檢驗1-丁烯、溴化氫的存在，先檢驗溴化氫的存在用石蕊試液或硝酸銀溶液檢驗，通過石蕊試液溶液變紅色（通過硝酸銀溶液生成淺黃色沉淀）證明溴化氫的生成；后檢驗1-丁烯，選擇試劑為溴水或高錳酸鉀溶液，通過為溴水或高錳酸鉀溶液褪色證明生成的產物中含有1-丁烯，C裝置中主要的化學方程式CH₃CH₂CH=CH₂+Br₂→BrCH₂CHBrCH₂CH₃ ；
故答案為：石蕊試液（或AgNO₃溶液）；溴水（或酸性KMnO₄溶液）；CH₃CH₂CH=CH₂+Br₂→BrCH₂CHBrCH₂CH₃ ；
（3）提純1-溴丁烷，收集所得餾分為1-溴丁烷，所以須將1-溴丁烷先汽化，后液化，汽化須溫度達其沸點101.6℃，利用蒸餾原理和裝置設計的步驟為：
①待燒瓶冷卻后，拔去豎直的冷凝管，②插上帶橡皮塞的溫度計 ③關閉a，打開b ④接通冷凝管的冷凝水，使冷水從d處流入 ⑤迅速升高溫度至101.6℃；通過蒸到分離、提純1-溴丁烷，
故答案為：關閉a，打開b；
（4）若實驗中所取1-丁醇、NaBr分別為7.4g、13.0g，依據化學方程式計算判斷反應情況：
CH₃CH₂CH₂CH₂OH+NaBr+H₂SO₄$\stackrel{△}{→}$CH₃CH₂CH₂CH₂Br+NaHSO₄+H₂O
74            103
7.4g         10.3g
溴化鈉過量，則1-丁醇全部反應生成1-溴丁烷物質的量為0.1mol，質量=0.1mol×137g/mol=13.7g；
蒸出的粗產物經洗滌、干燥后再次蒸餾得到9.6g 1-溴丁烷，產率=$\frac{9.6g}{13.7g}$×100%=70%，
故答案為：70%．

點評 本題主要考查了1-溴丁烷的制取實驗，混合物分離的實驗操作步驟和過程分析判斷，明確反應原理是解答的關鍵，題目難度中等．