Question

18．某化學科學探究活動小組進行了下列實驗探究：
Ⅰ、某實驗室的廢液經測定其主要含有乙醇，此外還有丙酮、乙酸和乙酸乙酯．以上各物質的沸點如下：

物質	丙酮	乙酸乙酯	乙醇	乙酸
沸點/℃	56.2	77.06	78	117.9

現擬通過下列步驟回收乙醇和乙酸：①向廢液中加入燒堿溶液，調整溶液的pH=10；②將混合液放入蒸餾器中緩緩加熱；③收集溫度在70℃～85℃之間的餾出物；④排出蒸餾器中的殘液，冷卻后向其中加入濃硫酸（過量），然后再放入耐酸蒸餾器中進行蒸餾，收集餾出物，請回答下列問題：
（l）加入燒堿使溶液的 pH=10的目的是使乙酸乙酯充分水解，中和乙酸
（2）在70℃～85℃時餾出物的主要成分為乙醇
（3）在步驟④中加入過量的濃硫酸的目的是（用化學方程式表示）2CH₃COONa+H₂SO₄（濃）→Na₂SO₄+2CH₃COOH
（4）最后蒸餾的溫度控制在85℃～125℃之間，經過一段時間后，蒸餾瓶內殘留液中溶質的主要成分是硫酸鈉、硫酸．
Ⅱ．為探究苯與液溴發生反應的原理，用如圖裝置進行實驗．（夾持裝置已略去）

已知：苯與液溴的反應是放熱反應．
根據相關知識回答下列問題：
（1）實驗開始時，關閉K₂，開啟K₁和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液，反應開始．則Ⅱ中的有機物所發生反應的化學方程式為：
（2）儀器A的名稱為：冷凝管．整套實驗裝置中能防止倒吸的裝置有III和IV（填裝置序號）．
（3）反應結束后，開啟K₂，關閉K₁和分液漏斗活塞，使裝置I中的水倒吸入裝置Ⅱ中，這樣操作的目的是反應結束后裝置II中存在大量的溴化氫，使I的水倒吸入II中可以除去溴化氫氣體，以免逸出污染空氣．
（4）反應結束后，為了得到較純凈的溴苯，對Ⅱ中的溶液按下列步驟分離提純：
①依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗滌．NaOH溶液洗滌的作用是：除去溴苯中溶有的HBr和Br₂
②洗滌后再干燥，即得到粗溴苯，此粗溴苯中還含有的主要雜質為苯，要進一步提純，下列操作中必須的是C（填入正確選項前的字母）：
A、重結晶        B、過濾        C、蒸餾        D、萃取
（5）此裝置是否能判斷苯與溴發生的是取代反應：是，Ⅲ中的廣口瓶中出現淡黃色沉淀
（填“是”則寫出能說明發生的是取代反應的現象，填“否”則解釋其原因．）

Answer 1

分析 Ⅰ、加入燒堿使溶液的pH=10將與乙醇沸點相近的乙酸和乙酸乙酯轉化成乙酸鈉而蒸餾分離出乙醇，殘液中主要含乙酸鈉溶液，冷卻后向其中加濃硫酸（過量），將乙酸鈉轉化成乙酸，再蒸餾收集乙酸，以此解答即可．
（1）加入燒堿使溶液的pH=10將與乙醇沸點相近的乙酸和乙酸乙酯轉化成乙酸鈉而蒸餾分離；
（2）根據以上分析及乙醇的沸點78℃分析；
（3）根據以上分析，在步驟④中，加入過量濃硫酸的目的是將乙酸鈉轉化成乙酸；
（4）根據以上分析及乙酸的沸點117.9℃分析；
Ⅱ、（1）關閉K₂，開啟K₁和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液，液溴與鐵絲反應生成FeBr₃，FeBr₃催化苯和液溴發生反應生成溴苯和溴化氫；（2）儀器A的名稱為冷凝管；裝置III試管里苯與導管導管口接觸，不會減小裝置內的氣體壓強；IV燒杯中，倒立的干燥管容積大，發生倒吸后，水上升到干燥管中，使燒杯中液面下降，上升的液體有在重力作用下回流到燒杯中；
（3）裝置II中含有溴化氫氣體能污染空氣；
（4）①Ⅱ中的溴苯含有少量的溴和溴化氫，可以用NaOH溶液除去；
②苯易溶在溴苯中，且和氫氧化鈉溶液不反應，所以粗溴苯中還含有的主要雜質為苯，除去苯可以用蒸餾的方法；
（5）如果發生取代反應會產生溴化氫，如果發生加成反應不會產生溴化氫，則只要檢驗有無溴離子產生即可，據此分析．

解答 解：Ⅰ、加入燒堿使溶液的pH=10將與乙醇沸點相近的乙酸和乙酸乙酯轉化成乙酸鈉而蒸餾分離出乙醇，殘液中主要含乙酸鈉溶液，冷卻后向其中加濃硫酸（過量），將乙酸鈉轉化成乙酸，再蒸餾收集乙酸；
（1）加入燒堿使溶液的pH=10將與乙醇沸點相近的乙酸和乙酸乙酯轉化成乙酸鈉而蒸餾分離，與乙酸反應產生乙酸鈉，與乙酸乙酯反應生成乙醇和乙酸鈉，反應方程式為：CH₃COOH+NaOH→CH₃COONa+H₂O、CH₃COOCH₂CH₃+NaOH→CH₃COONa+CH₃CH₂OH，所以加入燒堿使溶液的 pH=10的目的是使乙酸乙酯充分水解，中和乙酸；故答案為：使乙酸乙酯充分水解，中和乙酸；
（2）根據以上分析及乙醇的沸點78℃，所以在70～85℃時餾出物的主要成份是乙醇，故答案為：乙醇；
（3）據以上分析，在步驟④中，加入過量濃硫酸的目的是將乙酸鈉轉化成乙酸，方程式為：2CH₃COONa+H₂SO₄（濃）→Na₂SO₄+2CH₃COOH，故答案為：2CH₃COONa+H₂SO₄（濃）→Na₂SO₄+2CH₃COOH；
（4）根據以上分析，乙酸的沸點117.9℃，所以殘留液中溶質的主要成份是硫酸鈉、硫酸，故答案為：硫酸鈉、硫酸；
Ⅱ、（1）關閉K₂，開啟K₁和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液，液溴與鐵絲反應生成FeBr₃，FeBr₃催化苯和液溴發生反應生成溴苯和溴化氫，則Ⅱ中的有機物所發生反應的化學方程式為；故答案為：；
（2）儀器A的名稱為冷凝管；裝置III試管里苯與導管口接觸，不會影響裝置內的氣體壓強，所以可以防止發生倒吸；IV燒杯中，倒立的干燥管容積大，發生倒吸后，水上升到干燥管中，使燒杯中液面下降，上升的液體有在重力作用下回流到燒杯中，所以可以防止發生倒吸，
故答案為：冷凝管；III和IV；
（3）因裝置II中含有溴化氫氣體能污染空氣，反應結束后裝置II中存在大量的溴化氫，使I的水倒吸入II中可以除去溴化氫氣體，以免逸出污染空氣；故答案為：反應結束后裝置II中存在大量的溴化氫，使I的水倒吸入II中可以除去溴化氫氣體，以免逸出污染空氣；
（4）①由于溴苯中溶有溴化氫與單質溴，所以氫氧化鈉溶液的作用是吸收HBr和Br₂，發生反應的化學方程式為Br₂+2NaOH=NaBr+NaBrO+H₂O、HBr+NaOH=NaBr+H₂O，所以NaOH溶液洗滌的作用是除去溴苯中溶有的HBr和Br₂；故答案為：除去溴苯中溶有的HBr和Br₂；
②苯易溶在溴苯中，且和氫氧化鈉溶液不反應，所以粗溴苯中還含有的主要雜質為苯，二者的沸點相差較大，蒸餾即可分離，故選C，故答案為：苯；C
（5）取代反應和加成反應的區別在于是否產生溴化氫，通過Ⅲ中的廣口瓶中出現淡黃色沉淀，則證明產生了溴離子，即苯跟溴能發生取代反應生成HBr；故答案為：是；Ⅲ中的廣口瓶中出現淡黃色沉淀．

點評 本題通過實驗主要考查了混合物的分離和提純以及苯的性質，題目難度中等，注明確實驗目的和實驗原理以及熟悉各種儀器的特點和用途是解題的關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．