Question

18．丁烷的催化裂解可按下列两种方式进行：C₄H₁₀→C₂H₆+C₂H₄；C₄H₁₀→CH₄+C₃H₆；某化学兴趣小组的同学为探究丁烷裂解气中CH₄和C₂H₆的比例关系，设计实验如图1所示：
如图连接好装置后，需进行的实验操作有：
（注：CuO能将烃氧化成CO₂和H₂O； Al₂O₃是催化剂，G后面装置已省略．）
①给D、G装置加热；②检查整套装置的气密性；③排尽装置中的空气．
（1）这三步操作的先后顺序依次是②③①．
（2）简要说明空气排尽的方法：打开K，使丁烷气依次流经各装置，在装置G的末端收集一小试管气体堵住管口，靠近火焰，松开手指，若没有爆鸣声，则空气排尽．
（3）B装置所起的作用是通过观察气泡，调节K，控制气体流速．
（4）假定丁烷完全裂解，流经各装置中的气体能完全反应．当（E和F）装置的总质量比反应前增加了1.82g，G装置中固体质量减少了4.16g，则丁烷的裂解产物中n（CH₄）：n（C₂H₆）=3：2．
（5）若对E装置中的混和物再按如图2流程实验
①分离操作I、Ⅱ的方法是：I分液，Ⅱ蒸馏．
②Na₂SO₃溶液的作用是（用离子方程式表示）SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）根据实验时应先检验气密性，赶出内部气体，再加热；
（2）根据可燃气体的验纯操作方法分析；
（3）通过观察气泡，可以控制气体的流速；
（4）E、F吸收的是烯烃，G减少的质量是氧化铜中的氧元素质量，丁烷的裂解中，生成乙烯的物质的量和乙烷的物质的量相等，甲烷和丙烯的物质的量相等，再结合原子守恒计算甲烷和乙烷的物质的量之比；
（5）①互不相溶的液体采用分液的方法分离，互溶的液体采用蒸馏的方法分离；
②亚硫酸钠具有还原性，能和溴反应除去溴．

解答 解：（1）应先检查整套装置的气密性，排出装置中的空气，再给D、G装置加热，所以正确的操作顺序为：②③①，故答案为：②③①；
（2）在装置G的末端收集一小试管气体堵住管口，靠近火焰，松开手指，若没有爆鸣声，则空气排尽，
故答案为：打开K，使丁烷气依次流经各装置，在装置G的末端收集一小试管气体堵住管口，靠近火焰，松开手指，若没有爆鸣声，则空气排尽；
（3）B装置中盛有水，可以通过观察B中产生的气泡快慢来控制气体的流速，
故答案为：通过观察气泡，调节K，控制气体流速；
（4）丁烷的裂解中生成的乙烯和乙烷的物质的量相等，生成的甲烷和丙烯的物质的量相等，E、F吸收的是烯烃，设C₂H₄的物质的量为x，C₃H₆的物质的量为y，乙烷和甲烷的物质的量分别是x、y，则：28x+42y=1.82g，
G减少的质量是氧化铜中的氧元素质量，乙烷和甲烷和氧化铜反应需要的氧原子的物质的量为：2（2x+y）+$\frac{6x+4y}{2}$=$\frac{4.16}{16}$，
解得：x=0.02mol、y=0.03mol，
所以：n（CH₄）：n（C₂H₆）=3：2，
故答案为：3：2；
（5）混合物中含有有机物和溴，向混合物中加入亚硫酸钠溶液后，溶液分层，采用分液的方法分离出混合物和有机层，互溶的液体采用蒸馏的方法分离，分离出甲和乙，
①互不相溶的液体采用分液的方法分离，互溶的液体采用蒸馏的方法分离，所以操作I、操作II分别是分液、蒸馏，
故答案为：分液；蒸馏；
②亚硫酸钠具有还原性，能和强氧化性物质溴反应而除去溴，反应的离子方程式为：SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺，故答案为：SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺．

点评 本题考查实验操作、实验计算、物质分离和提纯的方法等知识点，题目难度中等，难点是计算甲烷和甲烷的物质的量之比，明确质量增加的量和质量减少的量分别是什么物质是解本题的关键．