Question

11．甲學生用如1圖所示裝置證明溴和苯的反應是取代反應而不是加成反應．主要實驗步驟如下：
（1）檢查裝置的氣密性，然后向燒瓶中加入一定量的苯和液溴．
（2）向錐形瓶中加入適量某液體，小試管中加入CCl₄，并將右邊的長導管口浸入CCl₄液面下．
（3）將A裝置中的純鐵絲小心向下插入混合液中．
請填寫下列空白：
①根據課本所學知識：苯是平面型分子（所有原子共平面），甲烷是正四面體型分子，由此推測      中最多13個原子共平面．
②裝置B的錐形瓶中小試管內CCl₄的作用是吸收揮發的溴蒸氣；小試管外的液體是冷水．
③反應后，向錐形瓶B中滴加硝酸銀，現象是有淡黃色沉淀生成，
④乙同學使用圖2裝置，a中加入一定量的苯，液溴，鐵屑，d中液體仍與圖1B中小試管外液體相同，后續操作仍然為③，用此裝置證明溴和苯的反應是取代反應而不是加成反應，甲認為乙同學的實驗不嚴密，用化學方程式說明不嚴密的理由Br₂+2AgNO₃+H₂O=AgBr↓+2HNO₃；
⑤寫出苯與液溴反應的化學方程式C₆H₆+Br₂$\stackrel{Fe}{→}$C₆H₅Br+HBr．

Answer 1

分析 ①甲苯可以看作甲烷中1個H被苯基取代，甲烷為正四面體結構，苯為平面正六邊形結構；
②溴單質易溶于四氯化碳中，小試管外的液體吸收HBr氣體，溴化氫極易溶于水；
③溴化銀為淡黃色沉淀，因此可利用銀離子和溴離子反應溴化銀檢驗溴離子；
④反應一段時間后，在C試管內看到有淺黃色沉淀生成，即有AgBr沉淀生成，而沉淀的生成原因可能是HBr和AgNO₃溶液反應生成的，還可能是揮發出的溴和AgNO₃溶液反應生成的，據此分析；
⑤苯和液溴在Fe作催化劑條件下能發生取代反應生成溴苯與HBr．

解答 解：①甲烷為正四面體結構，苯為平面正六邊形結構，甲苯中苯基有11個原子共平面，甲基中最多有2個原子與苯基共平面，最多有13個原子共平面，
故答案為：13；
②裝置B的錐形瓶中小試管內CCl₄的作用是吸收揮發的溴蒸氣，小試管外的液體是水，其作用是吸收HBr氣體，
故答案為：吸收揮發的溴蒸氣；冷水；
③反應后，向錐形瓶中滴加硝酸銀溶液，HBr與硝酸銀反應生成AgBr沉淀，現象是有淡黃色沉淀生成，其作用是檢驗溴離子，
故答案為：硝酸銀；有淡黃色沉淀生成；
④反應一段時間后，在C試管內看到有淺黃色沉淀生成，即有AgBr沉淀生成，而沉淀的生成原因可能是HBr和AgNO₃溶液反應生成的，還可能是揮發出的溴和AgNO₃溶液反應Br₂+2AgNO₃+H₂O=AgBr↓+2HNO₃生成的，故該同學得出苯與溴的反應是取代反應而不是加成反應的結論是不正確的．應將生成的氣體通入苯或四氯化碳溶液洗氣，將溴蒸汽除去后，然后再通入AgNO₃溶液中，如果還有淡黃色沉淀生成，才能說明苯和溴發生的是取代反應而非加成反應．
故答案為：Br₂+2AgNO₃+H₂O=AgBr↓+2HNO₃；
⑤在催化劑的作用下，苯環上的氫原子被溴原子所取代，生成溴苯，同時有溴化氫生成，反應為C₆H₆+Br₂$\stackrel{Fe}{→}$C₆H₅Br+HBr，
故答案為：C₆H₆+Br₂$\stackrel{Fe}{→}$C₆H₅Br+HBr．

點評 本題考查溴苯的制取，為高頻考點，把握反應原理及實驗裝置的作用為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度不大．