Question

2．硝基甲苯有領(lǐng)、間、對(duì)三種，其中對(duì)硝基甲苯是醫(yī)藥、染料等工業(yè)的一種重要有機(jī)中間體，它常以濃硝酸為硝化劑，濃硫酸為催化劑，通過(guò)甲苯的硝化反應(yīng)制備．一種新的制備對(duì)硝基甲苯的實(shí)驗(yàn)方法是：以發(fā)煙硝酸為硝化劑，固體NaHSO₄為催化劑（可循環(huán)使用），在CCl₄溶液中，加入乙酸酐（有脫水作用），45℃反應(yīng)1h．反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾，濾液分別用5%NaHCO₃，溶液、水洗至中性，再經(jīng)分離提純得到對(duì)硝基甲苯．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）儀器B的名稱是球形冷凝管，其作用是冷凝、回流．
（2）過(guò)濾在分液漏斗中洗滌靜后，有機(jī)層處于下層（填“上”或“下”）放液時(shí)，若發(fā)現(xiàn)液體流不下來(lái)，其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外，還有分液漏斗上口塞子未打開(kāi)．
（3）上述新的試驗(yàn)方法中過(guò)濾的目的是回收NaHSO₄，濾液用5%NaHCO₃溶液洗滌的原因是除去硫酸、硝酸、乙酸．
（4）下列給出了催化劑種類及用量對(duì)甲苯硝化反應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．

催化劑	n（催化劑）	硝化產(chǎn)物中各種異構(gòu)體質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）			總產(chǎn)率 （%）
	n（甲苯）	對(duì)硝基甲苯	鄰硝基甲苯	間硝基甲苯
濃H2SO4	1.0	35.6	60.2	4.2	82.0
	1.2	36.5	59.2	4.0	83.8
NaHSO4	0.25	46.3	52.8	0.9	92.8
	0.32	48.0	51.7	0.3	95.0
	0.36	45.0	54.4	0.6	93.9

催化制備對(duì)硝基甲苯時(shí)，催化劑與甲苯的最佳物質(zhì)的量之比為0.32，此時(shí)若使用13.0g甲苯，分離出對(duì)硝基甲苯的質(zhì)量是8.8g（保留一位小數(shù)）．
②由表中數(shù)據(jù)可知甲苯硝化主要得到對(duì)硝基甲苯和鄰硝基甲苯，原因是苯環(huán)上的甲基使苯環(huán)上連接甲基的碳原子的鄰對(duì)位硝化反應(yīng)更容易進(jìn)行．
③與濃硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO₄催化甲苯硝化的優(yōu)有在硝化產(chǎn)物中對(duì)硝基甲苯比例提高（或催化劑用量少且能循環(huán)使用）（回答一條）
④對(duì)硝基甲苯和鄰硝基甲苯的部分物理特性如表：

	密度/g•cm-3	沸點(diǎn)/℃	溶解性
甲苯	0.866	110.6	不溶于水，易溶于硝基甲苯
對(duì)硝基甲苯	1.286	237.7	不溶于水，易溶于液態(tài)烴
鄰硝基甲苯	1.162	222	不溶于水，易溶于液態(tài)烴

其中，操作1的名稱為分液；操作2中需要使用下列儀器中的ABC（填序號(hào)）．
A．冷凝管 B．酒精燈 C．溫度計(jì) D．分液漏斗 E．蒸發(fā)皿．

Answer 1

分析 （1）儀器B為球形冷凝管，反應(yīng)物甲苯、硝酸易揮發(fā)，冷凝管的作用是冷凝回流；
（2）CCl₄的密度比水大，故有機(jī)層在下層；分液漏斗里的液體放不下來(lái)，除了分液漏斗堵塞，還有可能是分液漏斗上口活塞未打開(kāi)；
（3）過(guò)濾時(shí)濾液中含有NaHSO₄，可循環(huán)使用；濾液用NaHCO₃溶液洗滌除去酸性物質(zhì)；
（4）①催化劑與甲苯的最佳物質(zhì)的量之比為產(chǎn)物產(chǎn)率最高的時(shí)候；計(jì)算用13.0g甲苯生成的總質(zhì)量，再由表中的數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)硝基甲苯的質(zhì)量；
②從甲苯的結(jié)構(gòu)考慮；
③觀察題目中的數(shù)據(jù)，固體NaHSO₄為催化劑時(shí)對(duì)反應(yīng)物的制備具有較強(qiáng)的選擇性催化作用，提高對(duì)硝基甲苯的比例；
④根據(jù)圖中步驟結(jié)合表中信息可答．

解答 解：（1）由儀器結(jié)構(gòu)知儀器B為球形冷凝管；反應(yīng)物甲苯、硝酸易揮發(fā)，冷凝管的作用是冷凝回流；
故答案為：球形冷凝管；冷凝回流；
（2）CCl₄的密度比水大，故有機(jī)層在下層；分液漏斗里的液體放不下來(lái)，除了分液漏斗堵塞，還有可能是分液漏斗上口活塞未打開(kāi)；
故答案為：下； 分液漏斗上口塞子未打開(kāi)；
（3）NaHSO₄在該反應(yīng)中作為催化劑，因此反應(yīng)后過(guò)濾的目的是為了回收NaHSO₄，濾液用NaHCO₃溶液洗滌除去酸性物質(zhì)硫酸、硝酸、乙酸；
故答案為：回收NaHSO₄；除去硫酸、硝酸、乙酸；
（4）①?gòu)念}給數(shù)據(jù)分析，當(dāng)催化劑與甲苯的比例為0.32時(shí)，總產(chǎn)率最高且對(duì)硝基甲苯的含量最高；此時(shí)若使用13.0g甲苯，根據(jù)方程甲苯～硝基甲苯，又硝基甲苯的總產(chǎn)率為95%，其中對(duì)硝基甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%，則對(duì)硝基甲苯的質(zhì)量為：13g×$\frac{137g/mol}{92g/mol}$×95%×48%≈8.8g；
故答案為：0.32；8.8；
②苯環(huán)上的甲基使苯環(huán)上連接甲基的碳原子的鄰對(duì)位硝化反應(yīng)更容易進(jìn)行；
故答案為：苯環(huán)上的甲基使苯環(huán)上連接甲基的碳原子的鄰對(duì)位硝化反應(yīng)更容易進(jìn)行；
③用NaHSO₄ 做催化劑的優(yōu)點(diǎn)是在硝化物中對(duì)硝基甲苯的比例提高、同時(shí)催化劑能循環(huán)使用；
故答案為：在硝化產(chǎn)物中對(duì)硝基甲苯比例提高（或催化劑用量少且能循環(huán)使用）；
④經(jīng)過(guò)操作1得到有機(jī)混合物和無(wú)機(jī)混合物，則操作1為分液；根據(jù)圖表分離對(duì)硝基甲苯和鄰硝基甲苯的方法為蒸餾法，需要冷凝管、酒精燈、溫度計(jì)；
故答案為：分液；ABC．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察的是物質(zhì)的性質(zhì)和制備，同時(shí)考查了數(shù)據(jù)的處理與分析能力，能夠迅速在表中提取到有用信息，利用信息解決有關(guān)問(wèn)題，注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)考查，更強(qiáng)調(diào)對(duì)能力的考查．