Question

11．苯胺為無色液體，還原性強，易被氧化；有堿性，與酸反應生成鹽．常用硝基苯與H₂制備：
NO₂+3H₂$\stackrel{140℃}{→}$NH₂+2H₂O．其部分裝置及有關數據如下：

實驗步驟：
①檢查裝置的氣密性，連接好C處冷凝裝置的冷水．
②先向三頸燒瓶中加入沸石及硝基苯，再取下恒壓分液漏斗，換上溫度計．
③打開裝置A、B間活塞，通入H₂一段時間．
④點燃B處的酒精燈，加熱，使溫度維持在140℃進行反應．
⑤反應結束后，關閉裝置A、B間活塞，加入生石灰．
⑥調整好溫度計的位置，繼續加熱，收集182～186℃餾分，得到較純苯胺．
回答下列問題：
（1）步驟⑥中溫度計水銀球的位置在三頸燒瓶出氣口（等高線）附近．
（2）下列關于實驗的敘述中，錯誤的是A、C．
A．冷凝管的冷水應該從b進從a出
B．實驗開始時，溫度計水銀球應插入反應液中，便于控制反應液的溫度
C．裝置A中應使用鋅粉，有利于加快生成H2的速率
D．加入沸石的目的是防止暴沸
（3）若實驗中步驟③和④的順序顛倒，則實驗中可能產生的后果是加熱時氫氣遇氧氣發生爆炸；生成的苯胺被氧氣氧化．
（4）蒸餾前，步驟⑤中加入生石灰的作用是除去反應中生成的水．
（5）有學生質疑反應完成后，直接蒸餾得到苯胺的純度不高，提出以下流程：
反應后混合液$→_{萃取分液Ⅰ}^{鹽酸}$水溶液A$→_{萃取分液Ⅱ}^{NaOH溶液+乙醚}$有機液A$→_{減壓蒸餾}^{低溫}$較純苯胺
苯胺在酸性條件下生成鹽酸苯胺被水萃取，在堿性溶液中又被有機溶劑反萃取，這種萃取反萃取法簡稱反萃．實驗中反萃的作用是除去苯胺中較多的雜質，有利于蒸餾；在分液漏斗中進行萃取分液時，應注意不時放氣，其目的是減低漏斗內的壓力，使漏斗內外壓強一致．
（6）苯胺還原性強，易被氧化，請配平下列化學方程式的化學計量數：
2+4MnO₂+5H₂SO₄→2+4MnSO₄+1（NH₄）₂SO₄+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）收集182～186℃餾分，得到較純苯胺，反應時溫度計測量的是苯胺蒸汽的溫度，所以溫度計的水銀球應該放在三頸燒瓶出氣口（等高線）附近；
（2）冷凝管，為了充分冷卻，水從下口進，從上口出；實驗開始時，溶液反應溫度為140℃，A為制取氫氣的簡易裝置，不能用鋅粉，否則下無法控制反應；沸石的結構能防止暴沸；
（3）苯胺為無色液體，還原性強，易被氧化，制備裝置中需排盡空氣，防止氧化，氫氣氧氣混合氣體在加熱的條件下易發生爆炸；
（4）反應結束后，關閉裝置A、B間活塞，加入生石灰，生石灰能和水反應，不能和苯胺反應，所以蒸餾前加入生石灰，能除去反應中生成的水；
（5）萃取法是分離互溶的液體的方法，萃取反萃取法簡稱反萃，通過反萃能除去苯胺中較多的雜質，有利于蒸餾，在分液漏斗中進行萃取分液時，不時放氣，減低漏斗內的壓力，是漏斗內外壓強一致，易于液體流出；
（6）根據元素化合價升降相等進行配平，苯胺分子式為：C₆H₇N，N元素的價態為-3價，氫為+1價，6個碳為-4價，Mn元素的化合價由+4價→+2價．

解答 解：（1）步驟⑥中收集182～186℃餾分，得到較純苯胺，反應時溫度計需測量苯胺蒸氣的溫度，所以溫度計的水銀球應該放在三頸燒瓶出氣口（等高線）附近，
故答案為：三頸燒瓶出氣口（等高線）附近；
（2）A．冷凝管水流遵循逆流原理，即冷水從冷凝管下口進入，上口流出，這樣冷凝效果好，該實驗冷凝管的冷水應該從a進從b出，故A錯誤；
B．用硝基苯與H₂制備苯胺，反應溫度為：140℃，實驗開始時，溫度計水銀球應插入反應液中，便于控制反應液的溫度，故B正確；
C．裝置A為制取氫氣的簡易裝置，使用鋅粉，雖有利于加快生成H₂的速率，但固液無法分離，無法控制反應速率，故C錯誤；
D．沸石的多孔結構，液體變氣體會逐步釋放，防止突然迸發，所以沸石能防沸，故D正確；
故答案為：A、C；
（3）若實驗中步驟③和④的順序顛倒，則實驗裝置中的空氣無法排除，加熱時氫氣遇氧氣發生爆炸，苯胺為無色液體，還原性強，易被氧化，生成的苯胺被氧氣氧化，
故答案為：加熱時氫氣遇氧氣發生爆炸；生成的苯胺被氧氣氧化；
（4）生石灰為氧化鈣能和水反應生成氫氧化鈣，苯胺為無色液體，有堿性，與生石灰不反應，所以蒸餾前加入生石灰，能除去反應中生成的水；
故答案為：除去反應中生成的水；
（5）苯胺在酸性條件下生成鹽酸苯胺被水萃取，去除了一部分不溶于酸的雜質，在堿性溶液中又被有機溶劑反萃取，又去除了一部分不溶于堿的雜質，實驗中反萃能除去苯胺中較多的雜質，有利于蒸餾，在分液漏斗中進行萃取分液時，不時放氣，減低漏斗內的壓力，使漏斗內外壓強一致，易于分液漏斗中液體流出，
故答案為：除去苯胺中較多的雜質，有利于蒸餾；減低漏斗內的壓力，使漏斗內外壓強一致；
（6）苯胺分子式為：C₆H₇N，該反應中元素的化合價變化如下：6個碳為-4價，生成對苯二醌，分子式為：C₆H₄O₂，6個碳為0價，1molC₆H₇N失去4mol電子，Mn元素的化合價由+4價→+2價，1molMnO₂得2mol電子，所以得失電子的最小公倍數為4，所以 C₆H₇N的計量數為1，C₆H₄O₂的計量數為2；其它元素根據原子守恒配平即可，所以該方程式系數為：2、4、5、2、4、1、4；
故答案為：2、4、5、2、4、1、4．

點評 本題考查有機物苯胺的制備，側重考查反應流程理解、裝置的用途等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，關鍵在于能夠掌握實驗操作的原理和注意事項，注意相關實驗操作知識的積累，題目難度中等．