Question

18．已知在常用催化劑（如鉑、鈀）的催化下，氫氣和炔烴加成生成烷烴，難于得到烯烴，但使用活性較低的林德拉催化劑[Pd/（PdO、CaCO₃），其中鈀附于碳酸鈣及少量氧化鉛上]，可使炔烴的氫化停留在生成烯烴的階段，而不再進一步氫化．
現有一課外活動興趣小組利用上述設計了一套由如圖所示儀器組裝而成的實驗裝置（鐵架臺未畫出），擬由乙炔制得乙烯，并測定乙炔氫化的轉化率．若用含0.020molCaC₂的電石和1.60g含雜質18.7%的鋅粒（雜質不與酸反應）分別與足量的X和稀硫酸反應，當反應完全后，假定在標準狀況下測得G中收集到的水VmL．試回答有關問題．
（1）所用裝置的連接順序是a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調換）（填各接口的字母）．
（2）寫出A、C中所發生的兩個反應的化學方程式（有機物寫結構簡式）：
ACaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂
CHC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂
（3）為減慢A中的反應速率，X應選用飽和食鹽水，操作時還應采取的措施是通過調節分液漏斗活塞降低食鹽水的滴速．
（4）F中留下的氣體除含少許空氣外，還有H₂、C₂H₄、C₂H₂．G所選用的量筒的容積較合理的是B．
（A）500mL     （B）1000mL     （C）2000mL
（5）若V=672mL（導管內氣體體積忽略不計），則乙炔氫化的轉化率為50%．

Answer 1

分析 （1）根據實驗的目的是用乙炔和氫氣之間的反應來制取乙烯，結合裝置的特點和應用來連接實驗裝置，乙炔、氫氣中含有雜質氣體，應該先將雜質氣體除去，再將之干燥，是純凈的氣體在催化劑的作用下發生反應得到乙烯，乙烯是難溶于水的氣體，可以采用排水法收集；
（2）碳化鈣可以和水反應得到乙炔氣體，乙炔氣體和氫氣在催化劑的作用下反應得到乙烯；
（3）為減慢反應速率，可以將水換成飽和食鹽水；
（4）根據發生的反應結合實驗實際情況來確定存在的雜質氣體；
（5）根據反應：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂結合乙炔氫化的轉化率等于反應的乙炔和全部的乙炔的量的比值來計算．

解答 解：（1）實驗裝置顯示制取乙炔和氫氣，然后將二者混合，但是乙炔、氫氣中含有雜質氣體，應該先將雜質氣體除去，再將之干燥，是純凈的氣體在催化劑的作用下發生反應得到乙烯，乙烯是難溶于水的氣體，可以采用排水法收集，所以裝置的連接順序是：a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調換），
故答案為：a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調換）；
（2）A中是碳化鈣和水反應制取乙炔的過程，C中是乙炔和氫氣之間的加成反應，方程式分別為：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂，
故答案為：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂；
（3）碳化鈣和水之間的反應十分劇烈，為減慢反應速率，可以將水換成飽和食鹽水，可以利用分液漏斗的活塞調節滴加飽和食鹽水的速率減緩反應速率；
故答案為：飽和食鹽水；通過調節分液漏斗活塞降低食鹽水的滴速；
（4）F中留下的氣體除含少許空氣外，還有沒有完全消耗的乙炔，氫氣以及生成的乙烯等氣體，0.020molCaC₂的電石，和水反應得到乙炔的物質的量是0.02mol，1.60g含雜質18.7%的鋅粒（雜質不與酸反應）的物質的量是：$\frac{1.6（1-18.7%）}{65}$mol=0.02mol，和硫酸反應產生的氫氣的物質的量是0.02mol，由于該反應是氣體體積減小的反應，因此選擇量筒應考慮轉化率為0的情況，此時氣體總體積為（0.02mol+0.02mol）×22.4×1000mL=896mL，因此選擇量筒體積為1000ml，
故答案為：H₂、C₂H₄、C₂H₂；B．
（5）若G中收集到的水V=672mL，即反應結束后氣體的總體積=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，
設乙炔的轉化量是x，則HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂
           起始：0.02   0.02             0
           轉化：x     x               x
           結束：0.02-x  0.02-x          x
則反應后得到氣體的物質的量（0.02-x）+（0.02-x）+x=0.03，解得x=0.01mol，所以乙炔氫化的轉化率為$\frac{0.01mol}{0.02mol}$×100%=50%，
故答案為：50%．

點評 本題是一道考查學生物質的制備實驗方案的設計題，考查學生分析和解決問題的能力，難度較大．