Question

丁烷在一定条件下裂解可按两种方式进行：
C₄H₁₀

催化剂 .

△

C₂H₆+C₂H₄，C₄H₁₀

催化剂 .

△

CH₄+C₃H₆．
如图是某化学兴趣小组进行丁烷裂解的实验流程．（注：CuO能将烃氧化成CO₂和H₂O，G后面装置与答题无关，省略）

按上图连好装置后，需进行的实验操作有：①给D、G装置加热； ②检查整套装置的气密性； ③排出装置中的空气等　…
（1）这三步操作的先后顺序依次是

 

．
（2）写出仪器F的名称

 

，写出甲烷与氧化铜反应的化学方程式

 

（3）B装置所起的作用是

 

．
（4）反应结束后对E装置中的混合物，按以下流程进行实验：

回答下列问题：
①操作I、操作II分别是

 

、

 

②已知D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，则D的结构简式

 

③Na₂SO₃溶液的作用是

 

（5）假定丁烷完全裂解，当（E+F）装置的总质量比反应前增加了0.7g，G装置的质量减少了1.76g，则丁烷的裂解产物中甲烷和乙烷的物质的量之比n（CH₄）：n（C₂H₆）=

 

（假定流经D、G装置中的气体能完全反应）

Answer 1

分析：（1）应先检验气密性，赶出内部气体，再加热；
（2）根据常见实验仪器的名称解答；加热条件下，甲烷能被氧化铜氧化生成二氧化碳；
（3）通过观察气泡，控制气体流速；
（4）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A和B，B和氢氧化钠溶液反应生成C，在加热、铜作催化剂的条件下，C被氧化生成D，则C为醇，B是氯代烃，D是醛；
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；
②D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，说明D只有一种氢原子；
③亚硫酸钠具有还原性，能和强氧化性物质溴反应而除去溴；
（5）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．

解答：解：（1）应先检验气密性，赶出内部气体，再给D、G装置加热，故答案为：②③①；
（2）图中盛放碱石灰的仪器为球形干燥管；加热条件下，甲烷和氧化铜反应生成二氧化碳、水和铜，反应方程式为CH₄+4CuO

△

CO₂+2H₂O+4Cu，
 故答案为：球形干燥管；CH₄+4CuO

△

CO₂+2H₂O+4Cu；
（3）B装置所起的作用是通过观察气泡，控制气体流速，
故答案为：通过观察气泡，调节K，控制丁烷气体的流速；
（4）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A和B，B和氢氧化钠溶液反应生成C，在加热、铜作催化剂的条件下，C被氧化生成D，则C为醇，B是氯代烃，D是醛；
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；
②D的氢核磁共振谱图上只有一种峰，说明D只有一种氢原子，且D是醛，所以是乙二醛，结构简式为：，故答案为：；
③亚硫酸钠具有还原性，能和强氧化性物质溴反应而除去溴，
故答案为：除去有机物中溶解的Br₂；
（5）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，G减少的质量是氧化铜中的氧元素质量，
设X为C₂H₄的物质的量，y为C₃H₆的物质的量，则乙烷和甲烷的物质的量分别是x、y，28x+42y=0.7g
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）+

6x+4y

2

=

1.76

16

，解得：x=y=0.01mol，
故答案为：1：1．

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，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，题目难度较大．