Question

15．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：
CH₃CH=CH₂+CO+H₂$\stackrel{一定條件}{→}$CH₃CH₂CH₂CHO$\stackrel{H_{2}，Ni，加熱}{→}$₂CH₂CH₂OH
CO的制備原理：HCOOH $\stackrel{濃硫酸、加熱}{→}$ CO↑+H₂O
并設計出原料氣的制備裝置（如圖）
請填寫下列空白：
（1）若用以上裝置制備干燥純凈的CO，裝置中a和b的作用分別是恒壓，防倒吸；c和d中盛裝的試劑分別是NaOH溶液，濃硫酸．
（2）用2-丙醇制丙烯時，還產生少量SO₂、CO₂及水蒸氣，該小組用以下試劑檢驗這四種氣體（每次試劑只能用一次），混合氣體通過試劑的順序是④⑤①②③（或④⑤①③②）（填序號）．
①飽和Na₂SO₃溶液       ②酸性KMnO₄溶液       ③石灰水
④無水CuSO₄            ⑤品紅溶液
（3）合成正丁醛的反應為正向放熱的可逆反應，為增大反應速率和提高原料氣的轉化率，你認為應該采用的適宜反應條件是b．
a．低溫、高壓、催化劑              
b．適當的溫度、高壓、催化劑
c．常溫、常壓、催化劑              
d．適當的溫度、常壓、催化劑
（4）正丁醛經催化劑加氫得到含少量正丁醛的1-丁醇粗品，為純化1-丁醇，該小組查閱文獻得知：①R-CHO+NaHSO₃（飽和）→RCH（OH）SO₃Na↓；②沸點：乙醚34℃，1-丁醇118℃，并設計出如下提純路線：
粗品$→_{操作1}^{試劑1}$濾液$→_{操作2}^{乙醚}$$\underset{→}{分液}$有機層$→_{過濾}^{干燥劑}$1-丁醇，乙醚$\underset{→}{操作3}$純品
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．

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，產生的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．為了使產生的氣體能順利的從發生裝置中排出，就必需保持壓強一致，因此a的作用是保持恒壓；
（2）用無水硫酸銅檢驗水，用品紅檢驗二氧化硫，并用酸性高錳酸鉀除去二氧化硫，最后用石灰水檢驗二氧化碳；
（3）題給合成正丁醛的反應為氣體體積減小的放熱反應，為增大反應速率和提高原料氣的轉化率；
（4）飽和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通過過濾即可除去；加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇，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．

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，產生的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．為了使產生的氣體能順利的從發生裝置中排出，就必需保持壓強一致，因此a的作用是保持恒壓，
故答案為：保持恒壓；防倒吸； NaOH溶液；濃硫酸；
（2）檢驗丙烯可以用酸性KMnO₄溶液，檢驗SO₂可以用酸性KMnO₄溶液褪色、品紅溶液或石灰水，檢驗CO₂可以石灰水，檢驗水蒸氣可以無水CuSO₄，所以在檢驗這四種氣體必需考慮試劑的選擇和順序．只要通過溶液，就會產生水蒸氣，因此先檢驗水蒸氣；然后檢驗SO₂并在檢驗之后除去SO₂，除SO₂可以用飽和Na₂SO₃溶液，最后檢驗CO₂和丙烯，因此順序為④⑤①②③（或④⑤①③②），
故答案為：④⑤①②③（或④⑤①③②）；
（3）由于反應是一個體積減小的可逆反應，所以采用高壓，有利于增大反應速率和提高原料氣的轉化率；正向反應是放熱反應，雖然低溫有利于提高原料氣的轉化率，但不利于增大反應速率，因此要采用適當的溫度；催化劑不能提高原料氣的轉化率，但有利于增大反應速率，縮短到達平衡所需要的時間，故正確所選項是b；
故答案為：b；
（4）粗品中含有正丁醛，根據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．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，
故答案為：飽和NaHSO₃溶液；過濾；萃取；蒸餾．

點評 本題考查有機物合成方案的設計，題目難度中等，綜合性較強，答題時注意把握物質的分離、提純方法，把握物質的性質的異同是解答該題的關鍵．