Question

【題目】有機合成中的一種重要還原劑—鋁氫化鈉(NaAlH4)，其合成線路如圖所示：

（1）已知：AlCl3的熔點為190℃，沸點為178℃,在潮濕空氣中會水解。某實驗小組利用圖所示裝置制取無水AlCl3。

①A中所盛裝的固體試劑的化學(xué)式為________________________。

②裝置F的作用是_________________________________________________。

（2）若改變A、B、D 中的試劑就可以用該裝置制取NaH，如制取中操作不當(dāng)，制得的NaH中可能含有的主要雜質(zhì)為__________（填序號）。

a.Na b.NaOH c.Na2O2 d.Na2CO3

（3）AlCl3與NaH 反應(yīng)時，需將AlCl3溶于有機溶劑，再將得到的溶液滴加到NaH粉末上，此反應(yīng)中NaH的轉(zhuǎn)化率較低的原因是____________________________________。

（4）鋁氫化鈉遇水發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至爆炸，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________。

（5）現(xiàn)設(shè)計如圖所示四種裝置，測定鋁氫化鈉粗產(chǎn)品的純度（只含NaH雜質(zhì)）。

從簡約性、安全性和準確性考慮，最適宜的裝置是_________（填編號）。鋁氫化鈉與水完全反應(yīng)，讀氣體體積時需冷卻至室溫，則冷卻至室溫的標志是__________________________________。

若稱取24.0g樣品與水完全反應(yīng)后，測得生成氣體在標準狀況下的體積為38.08L，則樣品中鋁氫化鈉的質(zhì)量分數(shù)為_______________。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】 KMnO4[或KClO3、K2Cr2O7、Ca(ClO)2等] 吸收多余的氯氣，同時防止空氣中的水汽進入裝置E，造成AlCl3水解 a 反應(yīng)生成的NaCl沉積在NaH表面，阻止了AlCl3與NaH進一步反應(yīng)或NaH為離子化合物，難溶于有機溶劑，使反應(yīng)物難以接觸而發(fā)生反應(yīng) NaAlH4+2H2O=NaAlO2+4H2↑ 丙 連續(xù)兩次讀數(shù)的氫氣體積相等（其他合理答案也可） 0.90或90%

【解析】（1）由圖中信息可知，A為常溫下制取氯氣的裝置，B和C為氯氣的凈化裝置，D為制備氯化鋁的裝置，E為氯化鋁的收集裝置，F為尾氣處理及防止氯化鋁潮解的裝置。①A中所盛裝的固體試劑為強氧化劑，其可能為KMnO4[或KClO3、K2Cr2O7、Ca(ClO)2等]，不可能是二氧化錳。

②裝置F的作用是吸收多余的氯氣，同時防止空氣中的水汽進入裝置E，造成AlCl3水解。

（2）若改變A、B、D 中的試劑就可以用該裝置制取NaH，在給D裝置加熱前一定要用氫氣排盡系統(tǒng)內(nèi)的空氣并驗純，否則可能會爆炸，所以殘余氧氣把鈉氧化的可能要排除，即使有鈉與氧氣反應(yīng)生成過氧化鈉，過氧化鈉有強氧化性、也會在加熱的條件下與氫氣反應(yīng)生成氫氧化鈉。反應(yīng)完全后，氫化鈉必須在氫氣中冷卻到室溫，否則一旦與潮濕的空氣相遇即可能爆炸，故排除存在過氧化鈉這種雜質(zhì)的可能。從化學(xué)平衡的角度分析，制得的NaH中可能含有的主要雜質(zhì)應(yīng)該是鈉，選a。

（3）AlCl3與NaH 反應(yīng)時，需將AlCl3溶于有機溶劑，再將得到的溶液滴加到NaH粉末上，此反應(yīng)中NaH的轉(zhuǎn)化率較低的原因是:反應(yīng)生成的NaCl沉積在NaH表面，阻止了AlCl3與NaH進一步反應(yīng)或NaH為離子化合物，難溶于有機溶劑，使反應(yīng)物難以接觸而發(fā)生反應(yīng)。

（4）鋁氫化鈉遇水發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至爆炸，說明該反應(yīng)能生成氫氣并放出大量的熱，故其反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAlH4+2H2O=NaAlO2+4H2↑。

（5）從簡約性、安全性和準確性考慮，丙中可以控制緩慢滴加水，且不會引起倒吸，可以直接讀取氣體體積，所以最適宜的裝置是丙。鋁氫化鈉與水完全反應(yīng)，讀氣體體積時需冷卻至室溫，則冷卻至室溫的標志是連續(xù)兩次讀數(shù)的氫氣體積相等。若稱取24.0g樣品與水完全反應(yīng)后，測得生成氣體在標準狀況下的體積為38.08L，則氫氣的物質(zhì)的量為1.7mol，樣品中的兩種物質(zhì)均可與水反應(yīng)生成氫氣，NaH+H2O=NaOH+ H2↑，所以n(NaH) 24g/mol+n(NaAlH4) =24.0g， =4n(NaAlH4)+ n(NaH)=1.7mol，解之得，n(NaAlH4)=0.4mol，所以樣品中鋁氫化鈉的質(zhì)量分數(shù)為0.90(或90%)。