Question

6．某研究性學(xué)習(xí)小組為合成1-丁醇，查閱資料得知一條合成路線：CH₂CH=CH₂+CO+H₂$→_{△}^{催化劑}$CH₃CH₃CH₂CHO$→_{△}^{H_{2}催化劑}$CH₃CH₂CH₂CH₂OH．
原料CO的制備原理：HCOOH$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO↑+H₂O，并設(shè)計(jì)出原料氣的制備裝置如圖．
請(qǐng)?zhí)顚?xiě)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的作用分別是保持恒壓、防倒吸；c和d中盛裝的試劑分別是NaOH溶液、濃硫酸．請(qǐng)指出上述裝置存在的一處明顯不足是缺少尾氣處理裝置．
（2）若用上述裝置支取丙烯，缺少的玻璃儀器名稱(chēng)是溫度計(jì)．因制丙烯的過(guò)程中常有副產(chǎn)物SO₂、CO₂，確認(rèn)丙烯存在時(shí)需將氣體先通過(guò)c、d裝置，c、d中分別盛裝的試劑是氫氧化鈉反應(yīng)、品紅溶液，再通過(guò)酸性高錳酸鉀溶液或溴水檢驗(yàn)．
（3）正丁醛經(jīng)催化劑加氫得到含少量正丁醛的1-丁醛粗品，為純化1-丁醇，該小組查閱文獻(xiàn)得知：
①R-CHO+NaHSO₃（飽和）→RCH（OH）SO₂Na↓；
②沸點(diǎn)：乙醚34℃，1-丁醇118℃．
設(shè)計(jì)出如下提純路線：

試劑1為飽和NaHSO₃溶液，操作1為過(guò)濾，操作2為萃取，操作3為蒸餾．
檢驗(yàn)純品中是否有正丁醛的試劑是氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液．
（4）若用20mL（密度為0.8g/mL）的丙醇制正丁醛，制丙烯反應(yīng)中丙醇的轉(zhuǎn)化率85%，丙烯制正丁醛反應(yīng)中丙烯的轉(zhuǎn)化率78.5%，正丁醛的分離提純中損失率1.5%，請(qǐng)計(jì)算丙醇制正丁醛的產(chǎn)率：85%×78.5%×（1-1.5%）（列出計(jì)算式）．

Answer 1

分析 （1）甲酸在濃硫酸的作用下通過(guò)加熱脫水生成CO，由于甲酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的CO中必然會(huì)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(guò)濃硫酸干燥CO．為了使產(chǎn)生的氣體能順利的從發(fā)生裝置中排出，就必需保持壓強(qiáng)一致，因此a的作用是保持恒壓，CO直接排放會(huì)污染空氣，最終需要進(jìn)行尾氣處理；
（2）用上述裝置制取丙烯，需要用溫度計(jì)控制溫度；
檢驗(yàn)丙烯可以用酸性KMnO₄溶液或溴水，SO₂也能與酸性KMnO₄溶液褪色、溴水反應(yīng)，應(yīng)向用氫氧化鈉溶液除去，再利用品紅溶液檢驗(yàn)SO₂是否除盡；
（3）粗品中含有正丁醛，根據(jù)所給的信息，利用飽和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通過(guò)過(guò)濾即可除去；由于飽和NaHSO₃溶液是過(guò)量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇，經(jīng)過(guò)分液操作與NaHSO₃溶液分離，因?yàn)?-丁醇和乙醚的沸點(diǎn)相差很大，因此可以利用蒸餾將其分離開(kāi)；
正丁醛含有醛基，利用氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液檢驗(yàn)；
（4）將每一步的利用率或損失率都轉(zhuǎn)化為起始原料的利用率或損失率，據(jù)此計(jì)算原料的實(shí)際利用率，產(chǎn)品的產(chǎn)率等于起始原料的實(shí)際利用率．

解答 解：（1）甲酸在濃硫酸的作用下通過(guò)加熱脫水即生成CO，由于甲酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的CO中必然會(huì)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(guò)濃硫酸干燥CO．為了使產(chǎn)生的氣體能順利的從發(fā)生裝置中排出，就必需保持壓強(qiáng)一致，因此a的作用是保持恒壓；
CO直接排放會(huì)污染空氣，最終需要進(jìn)行尾氣處理，上述裝置存在的一處明顯不足是：缺少尾氣處理裝置，
故答案為：保持恒壓；防倒吸； NaOH溶液；濃硫酸；缺少尾氣處理裝置；
（2）用上述裝置制取丙烯，需要用溫度計(jì)控制溫度；
檢驗(yàn)丙烯可以用酸性KMnO₄溶液或溴水，SO₂也能與酸性KMnO₄溶液褪色、溴水反應(yīng)，應(yīng)向用氫氧化鈉溶液除去，再利用品紅溶液檢驗(yàn)SO₂是否除盡，
故答案為：溫度計(jì)；氫氧化鈉溶液；品紅溶液；
（3）粗品中含有正丁醛，根據(jù)所給的信息，利用飽和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通過(guò)過(guò)濾即可除去；由于飽和NaHSO₃溶液是過(guò)量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1-丁醇，經(jīng)過(guò)分液操作與NaHSO₃溶液分離，因?yàn)?-丁醇和乙醚的沸點(diǎn)相差很大，因此可以利用蒸餾將其分離開(kāi)；
正丁醛含有醛基，利用氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液檢驗(yàn)，
故答案為：飽和NaHSO₃溶液；過(guò)濾；萃��；蒸餾；氫氧化銅懸濁液或銀氨溶液；
（4）將每一步的利用率或損失率都轉(zhuǎn)化為起始原料的利用率或損失率，則原料的實(shí)際利用率為85%×78.5%×（1-1.5%），產(chǎn)品的產(chǎn)率等于起始原料的實(shí)際利用率，即產(chǎn)品產(chǎn)率為85%×78.5%×（1-1.5%），
故答案為：85%×78.5%×（1-1.5%）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有機(jī)物合成方案、物質(zhì)的檢驗(yàn)、物質(zhì)的分離提純、對(duì)裝置的分析評(píng)價(jià)、有損失率的多步反應(yīng)計(jì)算等，題目綜合性較大，明確原理是解題關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．