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简答题

苯甲酸广泛应用于制药和化工行业.某同学尝试用甲苯的氧化反应制备苯甲酸.

=2KMnO4+KOH+2MnO2↓+H2O

+HCl→+KCl

实验方法:一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应,按如下流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯.

已知:苯甲酸相对分分子质量122,熔点122.4℃,在25℃和95℃时溶解度度分别为0,.3g和6.9g;纯净固体有机物一般都有固定熔点.

(1)操作I为______,操作II为______

(2)无色液体A是______,定性区分苯和A的试剂常采用______,现象是______

(3)测定白色固体B的熔点,发现其在115℃开始熔化,达到130℃时仍有少量不熔.该同学推测白色固体B是苯甲酸与KCl的混合物,设计了如下方案进行提纯和检验,实验结果表

明推测正确.请完成表中内容.

(4)纯度测定:称取1.220g产品,配成100mL甲醇溶液,移取25.00mL溶液,滴定,消耗KOH大的物质的量为2.40×10-3mol.产品中苯甲酸质量分数的计算表达为______,计算结果为______(保留二位有效数字).

正确答案

解:(1)一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应,按流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯;所以操作Ⅰ是分离出有机相甲苯,用分液方法得到;操作Ⅱ是蒸馏的方法控制甲苯沸点得到纯净的甲苯液体;故答案为:分液,蒸馏;

(2)依据流程和推断可知,无色液体A为甲苯,检验试剂可以用酸性高锰酸钾溶液,甲苯被氧化为苯甲酸,高锰酸钾溶液紫色褪去;故答案为:酸性KMnO4溶液,紫色溶液褪色;

(3)①白色固体B加水溶解后,利用苯甲酸和KCl的溶解度随温度变化情况,通过加热浓缩后再冷却结晶,利用过滤可分离出白色晶体和无色滤液,故答案为:冷却过滤;

②向无色溶液里滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,有白色沉淀生成,可证明氯离子的存在,故答案为:滴入适量的硝酸酸化的AgNO3溶液;

(4)称取1.220g产品,配成100ml甲醇溶液,移取25.00ml溶液,滴定,消耗KOH的物质的量为2.40×10-3mol,苯甲酸是一元弱酸和氢氧化钾1:1反应,所以物质的量相同,注意溶液体积变化计算样品中 苯甲酸的物质的量,计算质量分数;样品中苯甲酸质量分数==96%,故答案为:;96%.

解析

解:(1)一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反应一段时间后停止反应,按流程分离出苯甲酸和回收未反应的甲苯;所以操作Ⅰ是分离出有机相甲苯,用分液方法得到;操作Ⅱ是蒸馏的方法控制甲苯沸点得到纯净的甲苯液体;故答案为:分液,蒸馏;

(2)依据流程和推断可知,无色液体A为甲苯,检验试剂可以用酸性高锰酸钾溶液,甲苯被氧化为苯甲酸,高锰酸钾溶液紫色褪去;故答案为:酸性KMnO4溶液,紫色溶液褪色;

(3)①白色固体B加水溶解后,利用苯甲酸和KCl的溶解度随温度变化情况,通过加热浓缩后再冷却结晶,利用过滤可分离出白色晶体和无色滤液,故答案为:冷却过滤;

②向无色溶液里滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,有白色沉淀生成,可证明氯离子的存在,故答案为:滴入适量的硝酸酸化的AgNO3溶液;

(4)称取1.220g产品,配成100ml甲醇溶液,移取25.00ml溶液,滴定,消耗KOH的物质的量为2.40×10-3mol,苯甲酸是一元弱酸和氢氧化钾1:1反应,所以物质的量相同,注意溶液体积变化计算样品中 苯甲酸的物质的量,计算质量分数;样品中苯甲酸质量分数==96%,故答案为:;96%.

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二氧化钛广泛应用于各类结构表面涂料、纸张涂层等,二氧化钛还可作为制备钛单质的原料.

Ⅰ二氧化钛可由以下两种方法制备:

方法1:TiCl4水解生成TiO2•xH2O,过滤、水洗除去其中的Cl-,再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2,此方法制备得到的是纳米二氧化钛.

(1)①TiCl4水解生成TiO2•x H2O的化学方程式为______

②检验TiO2•x H2O中Cl-是否被除净的方法是______

方法2:可用含有Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3,其中Ti元素化合价为+4价)制取,其主要流程如下:

(2)Fe2O3与H2SO4反应的离子方程式是______

(3)甲溶液中除含TiO2+之外还含有的金属阳离子有______

(4)加Fe的作用是______

Ⅱ二氧化钛可用于制取钛单质

(5)TiO2制取单质Ti,涉及到的步骤如下:TiO2TiCl4Ti,反应②的方程式是______,该反应需要在Ar气氛中进行,请解释原因:______

正确答案

解:(1)①设TiCl4的系数为1,根据元素守恒,TiO2•xH2O的系数为1,HCl的系数为4;再根据O元素守恒,可知H2O的系数为(2+x),方程式为TiCl4+(x+2)H2O⇌TiO2•xH2O↓+4HCl,故答案为:TiCl4+(x+2)H2O⇌TiO2•xH2O↓+4HCl;

②沉淀吸附溶液中的Cl-,根据发生反应:Cl-+Ag+═AgCl↓,取最后一次的少量洗涤液,检验溶液中溶解的离子是否还存在,故答案为:取最后一次的少量水洗液,滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,不产生白色沉淀,说明Cl-已除净;

(2)氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水,离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,故答案为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;

(3)Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O,所以溶液中还存在的阳离子是Fe3+、Fe2+,故答案为:Fe3+、Fe2+

(4)该溶液中含有铁离子,铁具有还原性,能将铁离子氧化生成亚铁离子且不引进新的杂质,所以铁的作用是:将Fe3+转化为Fe2+,故答案为:将Fe3+转化为Fe2+

(5)在800℃条件下,四氯化钛和镁反应生成氯化镁和钛,反应方程式为:TiCl4+2Mg2MgCl2+TiMg是活泼金属,能与空气中多种物质反应,因此可得出Ar气作用为保护气,防止Mg和空气中物质反应,故答案为:TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti; 防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用.

解析

解:(1)①设TiCl4的系数为1,根据元素守恒,TiO2•xH2O的系数为1,HCl的系数为4;再根据O元素守恒,可知H2O的系数为(2+x),方程式为TiCl4+(x+2)H2O⇌TiO2•xH2O↓+4HCl,故答案为:TiCl4+(x+2)H2O⇌TiO2•xH2O↓+4HCl;

②沉淀吸附溶液中的Cl-,根据发生反应:Cl-+Ag+═AgCl↓,取最后一次的少量洗涤液,检验溶液中溶解的离子是否还存在,故答案为:取最后一次的少量水洗液,滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,不产生白色沉淀,说明Cl-已除净;

(2)氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水,离子方程式为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,故答案为:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O;

(3)Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O,所以溶液中还存在的阳离子是Fe3+、Fe2+,故答案为:Fe3+、Fe2+

(4)该溶液中含有铁离子,铁具有还原性,能将铁离子氧化生成亚铁离子且不引进新的杂质,所以铁的作用是:将Fe3+转化为Fe2+,故答案为:将Fe3+转化为Fe2+

(5)在800℃条件下,四氯化钛和镁反应生成氯化镁和钛,反应方程式为:TiCl4+2Mg2MgCl2+TiMg是活泼金属,能与空气中多种物质反应,因此可得出Ar气作用为保护气,防止Mg和空气中物质反应,故答案为:TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti; 防止高温下Mg(Ti)与空气中的O2(或CO2、N2)作用.

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4,7-二甲基香豆素(熔点:132.6℃)是一种重要的香料,广泛分布于植物界中,由间-甲苯酚为原料的合成反应如下:

实验装置图如下:

主要实验步骤:

步骤1:向装置a中加入60mL浓硫酸,并冷却至0℃以下,搅拌下滴入间-甲苯酚30mL(0.29mol)和乙酰乙酸乙酯26.4mL (0.21mol)的混合物.

步骤2:保持在10℃下,搅拌12h,反应完全后,将其倒入冰水混合物中,然后抽滤、水洗得粗产品

步骤3:粗产品用乙醇溶解并重结晶,得白色针状晶体并烘干,称得产品质量为33.0g.

(1)简述装置b中将活塞上下部分连通的目的______

(2)浓H2SO4需要冷却至0℃以下的原因是______

(3)反应需要搅拌12h,其原因是______

(4)本次实验产率为______(百分数保留一位小数)

(5)实验室制备乙酸乙酯的化学反应方程式______,用______(填药品名称)收集粗产品,用______(填操作名称)的方法把粗产品分离.

正确答案

解:(1)装置中装置b中将活塞上下部分连通具有平衡气压的作用,使漏斗中间甲苯酚30mL(0.29mol)和乙酰乙酸乙酯26.4mL (0.21mol)的混合物顺利流下,

故答案为:平衡上下气压,使漏斗中液体顺利流下;

(2)浓硫酸具有强氧化性和脱水性,反应温度高浓硫酸能使有机物氧化和脱水碳化,发生副反应,所以浓H2SO4需要冷却至0℃以下,

故答案为:防止浓H2SO4将有机物氧化或炭化;

(3)不断的搅拌反应混合物,可以使反应物充分接触反应,从而提高反应产率,

故答案为:使反应物充分接触反应,提高反应产率;

 (4))已知间甲苯酚30mL(0.29mol)、乙酰乙酸乙酯26.4mL(0.21mol),若完全反应间甲苯酚过量,按照乙酰乙酸乙酯计算理论产量为0.21mol×174g/mol=36.54g,则产率为×100%≈90.3%,

故答案为:90.3%;

(5)酯化反应的本质为酸脱羟基,醇脱氢,乙酸与乙醇在浓硫酸作用下加热发生酯化反应生成乙酸乙酯和水,该反应方程式为:CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O,制备乙酸乙酯时常用饱和碳酸钠溶液吸收乙酸乙酯,除去乙醇和乙酸、降低乙酸乙酯的溶解度,便于分层,乙酸乙酯不溶于水溶液,所以分离的方法为分液,

故答案为:CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O;饱和的碳酸钠溶液;分液.

解析

解:(1)装置中装置b中将活塞上下部分连通具有平衡气压的作用,使漏斗中间甲苯酚30mL(0.29mol)和乙酰乙酸乙酯26.4mL (0.21mol)的混合物顺利流下,

故答案为:平衡上下气压,使漏斗中液体顺利流下;

(2)浓硫酸具有强氧化性和脱水性,反应温度高浓硫酸能使有机物氧化和脱水碳化,发生副反应,所以浓H2SO4需要冷却至0℃以下,

故答案为:防止浓H2SO4将有机物氧化或炭化;

(3)不断的搅拌反应混合物,可以使反应物充分接触反应,从而提高反应产率,

故答案为:使反应物充分接触反应,提高反应产率;

 (4))已知间甲苯酚30mL(0.29mol)、乙酰乙酸乙酯26.4mL(0.21mol),若完全反应间甲苯酚过量,按照乙酰乙酸乙酯计算理论产量为0.21mol×174g/mol=36.54g,则产率为×100%≈90.3%,

故答案为:90.3%;

(5)酯化反应的本质为酸脱羟基,醇脱氢,乙酸与乙醇在浓硫酸作用下加热发生酯化反应生成乙酸乙酯和水,该反应方程式为:CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O,制备乙酸乙酯时常用饱和碳酸钠溶液吸收乙酸乙酯,除去乙醇和乙酸、降低乙酸乙酯的溶解度,便于分层,乙酸乙酯不溶于水溶液,所以分离的方法为分液,

故答案为:CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+H2O;饱和的碳酸钠溶液;分液.

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简答题

四氯化钛(T1Cl4)是制取航天航空工业材料--钛合金的重要原料.实验室以TiO2和CCl4为原料制取液态TiCl4的装置如图所示(部分夹持装詈省略).

已知:

①制取TiC14的反应原理为TiO2(s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g)

②有关物质的性质如下表:

请回答下列问题:

(1)仪器N的名称是______,仪器A中盛装的试剂是______

(2)检查装置气密性的方法是______

反应前通入N2的目的是______

(3)装置B中热水的作用是______

(4)欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是______

(5)TiC14还可由TiO2、焦炭和氯气在加热条件下反应制得,同时有气体生成,请设计实验方案探究气体中是否同时含有CO和CO2两种气体:______

正确答案

解:通过氮气将装置中空气排出,防止TiCl4被氧化,A为干燥管,干燥氮气,防止生成的TiCl4遇潮湿的气体产生白雾;B装置加热使四氯化碳挥发,C中装置在加热条件下,发生反应TiO2(s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g),CCl4、TiCl4熔点较低,D装置使这两种物质转化为液态,二者能互溶,应该采用蒸馏方法分离,E装置连接空气,应该盛放浓硫酸,干燥空气;

(1)该仪器名称是圆底烧瓶,圆底烧瓶;A中盛放物质要具有吸水性,且为固体,可以是碱石灰,

故答案为:圆底烧瓶;碱石灰(或其他合理答案);

(2)检验装置气密性方法为:关闭止水夹K,在装置E中加入水浸没长导管下端,在水槽M中加入热水,装置E的长导管口有气泡产生,移去水槽M,一段时间后,导管中形成一段水柱,则说明装置气密性

良好;

 TiCl4易被氧气氧化,所以制备该物质时要防止被氧气氧化,所以要排除装置中的空气,保证该反应在无氧无水环境下进行,

故答案为:关闭止水夹K,在装置E中加入水浸没长导管下端,在水槽M中加入热水,装置E的长

导管口有气泡产生,移去水槽M,一段时间后,导管中形成一段水柱,则说明装置气密性

良好(或其他合理答案);排除装置中的空气,保证反应在无氧无水环境下进行;

(3)常温下四氯化碳是液体,为了得到四氯化碳气体,应该将CCl4汽化,所以B加热的目的是使CCl4汽化,故答案为:使CCl4汽化;

(4)互溶的溶液采用蒸馏方法分离,四氯化碳和四氯化钛互溶,应该采用蒸馏方法分离,故答案为:蒸馏;

(5)气体可能是CO或CO2或CO与CO2的混合气体,利用CO的还原性检验CO,利用二氧化碳和澄清石灰水反应检验二氧化碳,其检验方法为:将气体先通过澄清石灰水,干燥后再通人装有灼热Cu0的玻璃管中,若澄清石灰水变浑浊且玻璃管中有红色固体生成,则气体中同时含有CO与C02两种气体(或其他合理答案),

故答案为:将气体先通过澄清石灰水,干燥后再通人装有灼热Cu0的玻璃管中,若澄清石灰水变浑浊且玻璃管中有红色固体生成,则气体中同时含有CO与C02两种气体(或其他合理答案).

解析

解:通过氮气将装置中空气排出,防止TiCl4被氧化,A为干燥管,干燥氮气,防止生成的TiCl4遇潮湿的气体产生白雾;B装置加热使四氯化碳挥发,C中装置在加热条件下,发生反应TiO2(s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g),CCl4、TiCl4熔点较低,D装置使这两种物质转化为液态,二者能互溶,应该采用蒸馏方法分离,E装置连接空气,应该盛放浓硫酸,干燥空气;

(1)该仪器名称是圆底烧瓶,圆底烧瓶;A中盛放物质要具有吸水性,且为固体,可以是碱石灰,

故答案为:圆底烧瓶;碱石灰(或其他合理答案);

(2)检验装置气密性方法为:关闭止水夹K,在装置E中加入水浸没长导管下端,在水槽M中加入热水,装置E的长导管口有气泡产生,移去水槽M,一段时间后,导管中形成一段水柱,则说明装置气密性

良好;

 TiCl4易被氧气氧化,所以制备该物质时要防止被氧气氧化,所以要排除装置中的空气,保证该反应在无氧无水环境下进行,

故答案为:关闭止水夹K,在装置E中加入水浸没长导管下端,在水槽M中加入热水,装置E的长

导管口有气泡产生,移去水槽M,一段时间后,导管中形成一段水柱,则说明装置气密性

良好(或其他合理答案);排除装置中的空气,保证反应在无氧无水环境下进行;

(3)常温下四氯化碳是液体,为了得到四氯化碳气体,应该将CCl4汽化,所以B加热的目的是使CCl4汽化,故答案为:使CCl4汽化;

(4)互溶的溶液采用蒸馏方法分离,四氯化碳和四氯化钛互溶,应该采用蒸馏方法分离,故答案为:蒸馏;

(5)气体可能是CO或CO2或CO与CO2的混合气体,利用CO的还原性检验CO,利用二氧化碳和澄清石灰水反应检验二氧化碳,其检验方法为:将气体先通过澄清石灰水,干燥后再通人装有灼热Cu0的玻璃管中,若澄清石灰水变浑浊且玻璃管中有红色固体生成,则气体中同时含有CO与C02两种气体(或其他合理答案),

故答案为:将气体先通过澄清石灰水,干燥后再通人装有灼热Cu0的玻璃管中,若澄清石灰水变浑浊且玻璃管中有红色固体生成,则气体中同时含有CO与C02两种气体(或其他合理答案).

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简答题

溴苯是一种化工原料,实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下:

按以下合成步骤回答问题:

(1)在a中加入15mL无水苯和少量铁屑.在b中小心加入4.0mL 液溴.向a中滴入几滴液溴,有白雾产生,是因为生成了______气体.继续滴加至液溴滴完.装置d中NaOH溶液的作用是______

(2)反应过程中,a外壁温度升高,为提高原料利用率,利用温度计控制温度,适宜的温度范围为(填序号)______

A.>156℃B. 59℃-80℃C.<59℃

(3)液溴滴完后,经过下列步骤分离提纯:

①向a中加入10mL水,然后过滤除去未反应的铁屑;

②滤液依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗涤.NaOH溶液洗涤的作用是______

③向分离出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙,静置、过滤.加入氯化钙的目的是______

(4)经过上述分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为______,要进一步提纯,下列操作中必须的是______(填入正确选项前的字母).

A.重结晶        B.过滤        C.蒸馏        D.萃取.

正确答案

解:(1)苯与液溴反应生成HBr,HBr遇水蒸气形成白雾;苯的卤代反应是放热反应,液溴易挥发,所以尾气中有HBr及挥发出的Br2,用氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气,故答案为:HBr;吸收HBr和Br2

(2)根据表中苯和液溴的沸点,选择控制温度,确保温度在二种反应物的沸点之下,则应选择温度为低于59℃,故答案为:C;

(3)溴苯提纯的方法是:先水洗,把可溶物溶解在水中,然后过滤除去未反应的铁屑,再加NaOH溶液,把未反应的Br2变成NaBr和NaBrO洗到水中,然后加干燥剂,无水氯化钙能干燥溴苯,故答案为:除去HBr和未反应的Br2;干燥;

(4)反应后得到的溴苯中溶有少量未反应的苯,苯和溴苯互溶,但苯的沸点低,所以采用蒸馏的方法进行分离,溴苯留在母液中,故答案为:苯;C.

解析

解:(1)苯与液溴反应生成HBr,HBr遇水蒸气形成白雾;苯的卤代反应是放热反应,液溴易挥发,所以尾气中有HBr及挥发出的Br2,用氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气,故答案为:HBr;吸收HBr和Br2

(2)根据表中苯和液溴的沸点,选择控制温度,确保温度在二种反应物的沸点之下,则应选择温度为低于59℃,故答案为:C;

(3)溴苯提纯的方法是:先水洗,把可溶物溶解在水中,然后过滤除去未反应的铁屑,再加NaOH溶液,把未反应的Br2变成NaBr和NaBrO洗到水中,然后加干燥剂,无水氯化钙能干燥溴苯,故答案为:除去HBr和未反应的Br2;干燥;

(4)反应后得到的溴苯中溶有少量未反应的苯,苯和溴苯互溶,但苯的沸点低,所以采用蒸馏的方法进行分离,溴苯留在母液中,故答案为:苯;C.

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