Question

10．環(huán)己酮是重要的化工原料，也是重要的工業(yè)溶劑．實驗室制備環(huán)己酮的原理、有關數(shù)據(jù)及裝置示意圖如圖：
反應原理：如圖1所示

反應放熱，溫度過高或者重鉻酸鈉過量會進一步氧化．
主要物料及產(chǎn)物的物理參數(shù)：

名稱	性狀	密度	溶點℃	沸點℃	溶解度
					水	乙醚
環(huán)已醇	無色，有刺激性氣味	0.9624	25.93	161.5	5.67g/100mL	∞
環(huán)已酮	無色，有刺激性氣味	0.9478	-	155.7	2.4g/100mL	∞

實驗裝置：
如圖2所示
實驗步驟：
Ⅰ．投料：在100mL三頸燒瓶中加入20mL水，慢慢加入5mL濃硫酸搖動，振蕩下緩慢加入5mL（4.8g，0.048mol）環(huán)己醇，并將混合液溫度降至30℃以下．將5g（0.019mol）重鉻酸鈉溶于水得橙紅色溶液備用．
Ⅱ．反應：將約$\frac{1}{5}$的重鉻酸鈉溶液加入三頸燒瓶中，充分攪拌使之混合均勻．冷水浴冷卻，控制反應溫度在55～60℃．待橙紅色消失后，再將剩余的重鉻酸鈉溶液分四次加入到三頸燒瓶中．當溫度自動下降時，加入4mL甲醇使反應液完全變成墨綠色（三價鉻）；
Ⅲ．蒸餾：在反應瓶中加入30mL水，并改為蒸餾裝置，收集90～99℃之間的餾分（環(huán)己酮與水的共沸物）至無油珠為止；
Ⅳ．萃取、干燥：將餾出液用食鹽飽和后轉入分液漏斗中，分出有機層．水層用8mL乙醚提取一次，將乙醚提取液和有機層合并，用無水硫酸鎂干燥； 5．蒸餾，收集環(huán)己酮產(chǎn)品2.6g． 請回答下列問題：
（1）裝置A的名稱是分液漏斗．
（2）完成并配平反應方程式：
3+1 Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1  Na₂SO₄+1  Cr₂（SO₄）₃+7 H₂O
（3）反應過程中加入甲醇后有無色氣體生成．加入甲醇的作用是將過量的重鉻酸鈉還原，防止環(huán)己酮繼續(xù)被氧化，請用離子方程式表示反應原理CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺→CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O．
（4）步驟4向餾出液加入食鹽的目的是利用鹽析原理，減少環(huán)己酮在水中的溶解度，有利于分層，將乙醚提取液和有機層合并的原因是減少環(huán)己酮在水中溶解造成的損失．
（5）計算所得產(chǎn)品的產(chǎn)率55.3%．（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）裝置A為分液漏斗；
（2）環(huán)己醇轉變?yōu)榄h(huán)己酮C的化合價升高2價，而Na₂Cr₂O₇中Cr元素化合價由+6價降低為+3價，降低3×2=6價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，據(jù)此確定環(huán)己醇、Na₂Cr₂O₇系數(shù)，再根據(jù)原子守恒配平方程式；
（3）根據(jù)甲醇具有還原性，與過量的重鉻酸鈉發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳、Cr³⁺和H₂O，防止環(huán)己酮繼續(xù)被過量的重鉻酸鈉氧化；
（4）環(huán)己酮在氯化鈉中的溶解度較��；根據(jù)乙醚提取液中含有少量的環(huán)己酮分析；
（5）根據(jù)反應3+1Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1Na₂SO₄+1 Cr₂（SO₄）₃+7H₂O計算出理論上生成環(huán)己酮的質量，再利用產(chǎn)率=$\frac{實際值}{理論值}$×100%計算．

解答 解：（1）裝置A為分液漏斗，故答案為：分液漏斗；
（2）環(huán)己醇轉變?yōu)榄h(huán)己酮C的化合價升高2價，而Na₂Cr₂O₇中Cr元素化合價由+6價降低為+3價，降低3×2=6價，化合價升降最小公倍數(shù)為6，可知環(huán)己醇、Na₂Cr₂O₇系數(shù)3、1，再根據(jù)原子守恒配平方程式為3+1Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1Na₂SO₄+1 Cr₂（SO₄）₃+7H₂O，
故答案為：3，1，4，3，1，1，7；
（3）甲醇具有還原性，與過量的重鉻酸鈉發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳、Cr³⁺和H₂O，反應離子方程式為CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺→CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O，可以防止環(huán)己酮繼續(xù)被過量的重鉻酸鈉氧化，
故答案為：將過量的重鉻酸鈉還原，防止環(huán)己酮繼續(xù)被氧化；CH₃OH+Cr₂O₇^2-+8H⁺→CO₂↑+2Cr³⁺+6H₂O；
（4）利用鹽析原理，環(huán)己酮在氯化鈉中的溶解度較小，有利于環(huán)己酮分層；乙醚提取液中含有少量的環(huán)己酮，所以將乙醚提取液和有機層合并的原因是減少環(huán)己酮在水中溶解造成的損失；
故答案為：降低環(huán)己酮的溶解度，有利于環(huán)己酮分層；減少環(huán)己酮在水中溶解造成的損失；
（5）由3+1Na₂Cr₂O₇+4H₂SO₄→3+1Na₂SO₄+1 Cr₂（SO₄）₃+7H₂O，則理論上生成環(huán)己酮的質量為：0.048mol×98g/mol=4.704g，所以所得產(chǎn)品的產(chǎn)率為$\frac{2.6}{4.704}$×100%=55.3%，
故答案為：55.3%．

點評 本題考查了環(huán)己酮的制備實驗方案設計，涉及化學儀器、裝置分析評價、物質的分離提純、氧化還原反應配平、對數(shù)據(jù)的分析運用等，清楚制備的原理是解答的關鍵，題目難度中等．