Question

某研究性学习小组为合成1-丁醇，查阅资料得知一条合成路线：

 CO的制备原理：HCOOHCO↑+H₂O，并设计出原料气的制备装置（如下图）

请填写下列空白：

（1）实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2-丙醇，从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯。写出化学方程式：                            ，                        。

（2）若用以上装置制备干燥纯净的CO，装置中a和b的作用分别是        ，               ；

C和d中承装的试剂分别是              ，                          。若用以上装置制备H₂， 气体发生装置中必需的玻璃仪器名称是                       ；在虚线框内画出收集干燥H₂的装置图。

（3）制丙烯时，还产生少量SO₂、CO₂及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是________________（填序号）

①饱和Na₂SO₃溶液            ②酸性KMnO₄溶液       ③石灰水

④无水CuSO₄                 ⑤品红溶液

（4）合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该采用的适宜反应条件是______________。

a. 低温、高压、催化剂               b. 适当的温度、高压、催化剂

c. 常温、常压、催化剂               d. 适当的温度、常压、催化剂

（5）正丁醛经催化剂加氢得到含少量正丁醛的1—丁醇粗品，为纯化1—丁醇，该小组查阅文献得知：①R—CHO+NaHSO₃（饱和）→RCH(OH)SO₃Na↓；②沸点：乙醚34℃，1—丁醇118℃，并设计出如下提纯路线：

试剂1为_________，操作1为________，操作2为_______，操作3为_______。

Answer 1

【解析】（1）氢气可用活泼金属锌与非氧化性酸盐酸通过置换反应制备，氧化性酸如硝酸和浓硫酸与锌反应不能产生氢气，方程式为Zn+2HCl＝ZnCl₂+H₂↑；2-丙醇通过消去反应即到达丙烯，方程式为：

(CH₃)₂CHOHCH₂＝CHCH₃↑+H₂O；

（2）甲酸在浓硫酸的作用下通过加热脱水即生成CO，由于甲酸易挥发，产生的CO中必然会混有甲酸，所以在收集之前需要除去甲酸，可以利用NaOH溶液吸收甲酸。又因为甲酸易溶于水，所以必需防止液体倒流，即b的作用是防止倒吸，最后通过浓硫酸干燥CO。为了使产生的气体能顺利的从发生装置中排出，就必需保持压强一致，因此a的作用是保持恒压；若用以上装置制备氢气，就不再需要加热，所以此时发生装置中的玻璃仪器名称是分液漏斗和蒸馏烧瓶；氢气密度小于空气的，因此要收集干燥的氢气，就只能用向下排空气法，而不能用排水法收集；

（3）检验丙烯可以用酸性KMnO₄溶液，检验SO₂可以用酸性KMnO₄溶液褪色、品红溶液或石灰水，检验CO₂可以石灰水，检验水蒸气可以无水CuSO₄，所以在检验这四种气体必需考虑试剂的选择和顺序。只要通过溶液，就会产生水蒸气，因此先检验水蒸气；然后检验SO₂并在检验之后除去SO₂，除SO₂可以用饱和Na₂SO₃溶液，最后检验CO₂和丙烯，因此顺序为④⑤①②③（或④⑤①③②）；

（4）由于反应是一个体积减小的可逆反应，所以采用高压，有利于增大反应速率和提高原料气的转化率；正向反应是放热反应，虽然低温有利于提高原料气的转化率，但不利于增大反应速率，因此要采用适当的温度；催化剂不能提高原料气的转化率，但有利于增大反应速率，缩短到达平衡所需要的时间，故正确所选项是b；

（5）粗品中含有正丁醛，根据所给的信息利用饱和NaHSO₃溶液形成沉淀，然后通过过滤即可除去；由于饱和NaHSO₃溶液是过量的，所以加入乙醚的目的是萃取溶液中的1—丁醇。因为1—丁醇，和乙醚的沸点相差很大，因此可以利用蒸馏将其分离开。

【答案】（1）Zn+2HCl＝ZnCl₂+H₂↑；(CH₃)₂CHOHCH₂＝CHCH₃↑+H₂O；

     （2）恒压  防倒吸  NaOH溶液  浓硫酸  分液漏斗  蒸馏烧瓶 

     （3）④⑤①②③（或④⑤①③②）；

     （4）b

     （5）饱和NaHSO₃溶液  过滤   萃取  蒸馏