Question

15．溴乙烷是有機合成中的重要原料，實驗室合成溴乙烷的裝置示意圖、相關(guān)原理和數(shù)據(jù)如下：
主反應(yīng)：NaBr+H₂SO₄→HBr+NaHSO₄
C₂H₅OH?C₂H₅Br+H₂O
副反應(yīng)：在該實驗中經(jīng)常會有乙醚、溴等副產(chǎn)物生成．

	相對分子質(zhì)量	密度/（g•cm-3）	沸點/℃	溶解度
乙 醇	46	0.789	78.3	易溶
溴乙烷	109	1.46	38.2	難溶
濃硫酸（H2SO4）	98	1.84	338.0	易溶

實驗步驟：
①向A中先加入5mL95%的無水乙醇（0.085mol）和4.5mL的水，加入溴化鈉7.725g，再加入沸石，搖勻．在接受器F中加冷水及3mL飽和亞硫酸氫鈉溶液，并將其放入冰水浴中．
②在B中加入9.5mL濃硫酸（0.17mol），向A中緩緩滴入濃硫酸，加熱體系，控制反應(yīng)溫度，保持反應(yīng)平穩(wěn)地發(fā)生，直至無油狀物餾出為止；
③分出餾出液中的有機層，加入1-2mL濃硫酸以除去乙醚、乙醇、水等雜質(zhì)，溶液明顯分層后，分離得到粗產(chǎn)物；
④將粗產(chǎn)物轉(zhuǎn)入蒸餾瓶中，加入沸石，在水浴上加熱蒸餾，收集35-40℃的餾分，稱量得5.23g．
回答問題：
（1）儀器B的名稱為恒壓滴液漏斗；反應(yīng)裝置中有使用C、D兩根溫度計，其作用是否相同？否（填“是”或“否”），說明理由：C溫度計用來測蒸汽的溫度，而D溫度計用來測反應(yīng)體系的溫度
（2）步驟①在接受器F中加冷水以及將F放入冰水浴中的目的是溴乙烷沸點低、極易揮發(fā)，冰水主要可以防止溴乙烷的揮發(fā)．飽和亞硫酸氫鈉溶液的作用是除去反應(yīng)中的副產(chǎn)物溴．
（3）步驟②中濃硫酸要緩緩滴加而不一次加入，其作用有abd（填標號）．
a．可以防止乙醇發(fā)生碳化   b．避免生成HBr的速度過快，減少其揮發(fā)
c．避免溶液發(fā)生暴沸      d．減少因濃硫酸氧化HBr而生成副產(chǎn)物溴；
（4）步驟③中分出餾出液中有機層的操作名稱為分液．加入濃硫酸除雜后的溶液明顯分層，粗產(chǎn)物在上層（填“上”或“下”）；
（5）步驟④蒸餾操作中應(yīng)選用直形（填“球形”、“直形”或“空氣”）冷凝管．
（6）本實驗的產(chǎn)率為64%．
（7）有某研究組發(fā)現(xiàn)，若將上述的反應(yīng)裝置作如下改進，可以使溴乙烷的產(chǎn)率得到提高．請簡述該裝置能夠提高反應(yīng)產(chǎn)率的理由：增加了分餾柱，可以有效冷凝回流乙醇，使平衡正向移動，提高產(chǎn)率．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)常用儀器的名稱和用途解答；恒壓滴液漏斗漏斗支管可以平衡內(nèi)外壓強，使液體順利滴下；根據(jù)C、D兩根溫度計在實驗裝置中的位置確定其作用異同；
（2）溴乙烷沸點低、極易揮發(fā)，冰水浴的目的是降低其蒸氣的溫度，使其液化；溴能與亞硫酸氫鈉反應(yīng)，而溴乙烷與亞硫酸氫鈉不反應(yīng)；
（3）濃硫酸具有吸水性、脫水性、強氧化性，乙醇易被氧化，溴化氫易揮發(fā)，據(jù)此分析解答；
（4）互不相溶的液體用分液的方法進行分離，根據(jù)圖表可知，濃硫酸的密度大于溴乙烷；
（5）依據(jù)球形冷凝管和直形冷凝管、空氣冷凝管適用溫度以及溴乙烷的沸點分析；
（6）先根據(jù)7.725g溴化鈉計算出生成的n（溴乙烷），然后根據(jù)m=nM計算理論質(zhì)量，最后根據(jù)轉(zhuǎn)化率的概念來解答；
（7）增加了分餾柱，可以有效冷凝回流乙醇，增加反應(yīng)物濃度，使平衡正向移動，提高產(chǎn)率．

解答 解：（1）儀器A為燒瓶，具有三個口，名稱是三頸燒瓶，儀器B為恒壓滴液漏斗，恒壓滴液漏斗上部和三頸燒瓶氣壓相通，可以保證恒壓滴液漏斗中的液體順利滴下，
反應(yīng)裝置中C溫度計的水銀球的位置位于三頸燒瓶中支管口的正中央，測量的是蒸汽的溫度，D溫度計用來測反應(yīng)體系的溫度，便于控制反應(yīng)溫度，所以兩者作用不同，
故答案為：恒壓滴液漏斗；否，C溫度計用來測蒸汽的溫度，而D溫度計用來測反應(yīng)體系的溫度；
（2）溴乙烷沸點為38.2℃，沸點低、極易揮發(fā)，冰水浴的目的是降低其蒸氣的溫度，使其液化，可以防止溴乙烷的揮發(fā)，濃硫酸具有強氧化性，能氧化溴化氫生成溴單質(zhì)，2HBr+H₂SO₄（濃）=Br₂+SO₂↑+2H₂O，溴能與亞硫酸氫鈉反應(yīng)，而溴乙烷與亞硫酸氫鈉不反應(yīng)，在接受器F中加冷水及3mL飽和亞硫酸氫鈉溶液，作用為除去反應(yīng)中的副產(chǎn)物溴，
故答案為：溴乙烷沸點低、極易揮發(fā)，冰水主要可以防止溴乙烷的揮發(fā)；除去反應(yīng)中的副產(chǎn)物溴；
（3）a．濃硫酸具有脫水性，乙醇含有碳、氫氧三種元素，可被濃硫酸脫水，緩緩加入可以防止乙醇發(fā)生碳化，故a正確；
b．緩緩加入濃硫酸，可控制反應(yīng)速率，避免生成HBr的速度過快，減少其揮發(fā)，故b正確；
c．濃硫酸溶于水放熱，但放出的熱量不能使該混合溶液暴沸，故c錯誤；
d．濃硫酸具有強氧化性，能氧化溴化氫生成溴單質(zhì)，緩緩滴入，能減少因濃硫酸氧化HBr而生成副產(chǎn)物溴，故d正確；
故答案為：abd；
（4）步驟③中分出餾出液中有機層為溴乙烷，溴乙烷不溶于水，可用分液的方法進行分離，濃硫酸（H₂SO₄）密度1.84g•cm^-3，溴乙烷密度1.46g•cm^-3，濃硫酸的密度大于溴乙烷，加入濃硫酸除雜后的溶液明顯分層，上層為溴乙烷，下層為濃硫酸，
故答案為：分液；上；
（5）球形、空氣冷凝管冷凝的液體，沸點溫度較高，通常高于130℃，溴乙烷的沸點為38.2℃，沸點低，只需直形冷凝管，且便于液體流出，
故答案為：直形；
（6）NaBr+H₂SO₄→HBr+NaHSO₄，CH₃CH₂OH+HBr$\stackrel{△}{→}$CH₃CH₂Br+H₂O，1mol溴化鈉可生成1mol溴乙烷，7.725g溴化鈉的物質(zhì)的量為n=$\frac{7.725g}{103g/mol}$=$\frac{7.725}{103}$mol=0.075mol，生成溴乙烷的質(zhì)量為0.075mol×109g/mol=8.175g，收集35-40℃的餾分，稱量得5.23g，則產(chǎn)率為：$\frac{5.23g}{8.175g}×$100%=64%，
故答案為：64%；
（7）上述的反應(yīng)裝置與原裝置比較，增加了分餾柱，可以有效冷凝回流乙醇，使平衡正向移動，提高產(chǎn)率，
故答案為：增加了分餾柱，可以有效冷凝回流乙醇，使平衡正向移動，提高產(chǎn)率．

點評 本題考查有機物制備實驗，涉及實驗室HBr的制備、物質(zhì)的分離提純、對操作與原理的分析評價等，綜合考查學(xué)生實驗分析的能力、知識遷移運用能力，題目難度中等．