Question

13．某研究性學習小組設計實驗用30mL濃硫酸與10mL無水乙醇共熱制備乙烯氣體、并測定乙醇轉(zhuǎn)化成乙烯的轉(zhuǎn)化率．已知生成的乙烯氣體中含有SO₂、CO₂、乙醇和乙醚等雜質(zhì)．有關數(shù)據(jù)如表：

	熔點/℃	沸點/℃	溶解性	顏色狀態(tài)	密度g/cm3
乙醇	-114.1	78.3	與水、有機溶劑互溶	無色液體	0.79
乙醚	-116.2	34.5	不溶于水，易溶于有機溶劑	無色液體	0.7135

（1）制備乙烯

①從A～E中選擇必要的裝置完成實驗，并按氣流方向連接的順序為a→h、i→f、g→d（填儀器接口的字母編號）．
②D裝置中發(fā)生反應的離子方程式SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O實驗后，檢驗D溶液中含有CO₃^2-的實驗方案為取少許D溶液于試管中，先滴加足量的雙氧水，然后再加入一定量的硫酸，產(chǎn)生能使澄清石灰水渾濁的氣體，則證明D溶液中含有CO₃^2-．
③E裝置的主要作用是冷凝并收集乙醚．
（2）測定乙烯
反應結(jié)束后，用移液管移取C中溶液20mL（不考慮溶液體積變化）于錐形瓶中，先加入約2mL稀硫酸酸化．再用0.1000mol/L的Na₂C₂O₄溶液滴定未反應完的KMnO₄．
已知：C₂H₄$→_{H+}^{KMnO_{4}}$CO₂+H₂O；C₂O₄^2- $→_{H+}^{KMnO_{4}}$CO₂+H₂O；MnO₄^-→Mn²⁺
④以下情況使得測定乙烯的量偏高的是CD
A．在用蒸餾水清洗堿式滴定管后，直接裝Na₂C₂O₄標準液
B．錐形瓶清洗干凈后殘有大量水珠
C．滴定前，滴定管內(nèi)無氣泡，滴定后有氣泡
D．讀數(shù)時，滴定前平視，滴定后俯視
⑤油定終點的現(xiàn)象為溶液由粉紅色變成無色，且半分鐘內(nèi)不變色．
⑥已知用去Na₂C₂O₄溶液20.00mL，則乙醇轉(zhuǎn)化成乙烯的轉(zhuǎn)化率為2.94%．

Answer 1

分析 （1）①用30mL濃硫酸與10mL無水乙醇共熱制備乙烯氣體、并測定乙醇轉(zhuǎn)化成乙烯的轉(zhuǎn)化率，裝置A制備乙烯，已知生成的乙烯氣體中含有SO₂、CO₂、乙醇和乙醚等雜質(zhì)，通過裝置E冷凝乙醇、乙醚，通過裝置D中氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫和二氧化碳，通過裝置C中高錳酸鉀溶液吸收乙烯測定質(zhì)量變化來計算乙醇轉(zhuǎn)化率；
②D裝置中發(fā)生反應是二氧化硫、二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉、亞硫酸鈉和水；檢驗D溶液中含有CO₃^2-的實驗方案先加入過氧化氫氧化亞硫酸鈉為硫酸鈉，再加入硫酸，把生成的氣體通入澄清石灰水觀察是否變渾濁判斷；
③裝置E冰水可以冷凝乙醚為液體收集；
（2）④A．在用蒸餾水清洗堿式滴定管后，直接裝Na₂C₂O₄標準液稀釋，溶液濃度減小，消耗標準溶液增大，測定未反應的高錳酸鉀增多，與乙烯反應的量減��；
B．錐形瓶清洗干凈后殘有大量水珠對滴定過程無影響；
C．滴定前，滴定管內(nèi)無氣泡，滴定后有氣泡，標準溶液體積讀取偏小，計算得到未服藥的高錳酸鉀減小，則與乙烯反應的高錳酸鉀增大；
D．讀數(shù)時，滴定前平視，滴定后俯視，標準溶液體積讀取偏小，計算得到未服藥的高錳酸鉀減小，則與乙烯反應的高錳酸鉀增大；
⑤再用0.1000mol/L的Na₂C₂O₄溶液滴定未反應完的KMnO₄，滴入最后一滴草酸鈉溶液紫紅色褪去且半分鐘不變說明反應達到終點；
⑥高錳酸鉀物質(zhì)的量為0.2L×0.1000mol/L=0.02mol，被草酸鈉滴定反應去的高錳酸鉀物質(zhì)的量結(jié)合由2MnO₄^-+5C₂C₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
計算，得到與乙烯反應的高錳酸鉀物質(zhì)的量，結(jié)合電子守恒計算乙醇的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①用30mL濃硫酸與10mL無水乙醇共熱制備乙烯氣體、并測定乙醇轉(zhuǎn)化成乙烯的轉(zhuǎn)化率，裝置A制備乙烯，已知生成的乙烯氣體中含有SO₂、CO₂、乙醇和乙醚等雜質(zhì)，通過裝置E冷凝乙醇、乙醚，通過裝置D中氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫和二氧化碳，通過裝置C中高錳酸鉀溶液吸收乙烯測定質(zhì)量變化來計算乙醇轉(zhuǎn)化率，從A～E中選擇必要的裝置完成實驗，并按氣流方向連接的順序為a→h i→f g→d，
故答案為：a→h  i→f  g→d；
②D裝置中發(fā)生反應是二氧化硫、二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉、亞硫酸鈉和水，反應的離子方程式為：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，檢驗D溶液中含有CO₃^2-的實驗方案先加入過氧化氫氧化亞硫酸鈉為硫酸鈉，再加入硫酸，把生成的氣體通入澄清石灰水產(chǎn)生能使澄清石灰水渾濁的氣體，則證明D溶液中含有CO₃^2-，
故答案為：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O、CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；取少許D溶液于試管中，先滴加足量的雙氧水，然后再加入一定量的硫酸，產(chǎn)生能使澄清石灰水渾濁的氣體，則證明D溶液中含有CO₃²；
③E裝置的主要作用是：冷凝并收集乙醚，
故答案為：冷凝并收集乙醚；
（2）④A．在用蒸餾水清洗堿式滴定管后，直接裝Na₂C₂O₄標準液稀釋，溶液濃度減小，消耗標準溶液增大，測定未反應的高錳酸鉀增多，與乙烯反應的量減小，計算得到乙醇轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；
B．錐形瓶清洗干凈后殘有大量水珠對滴定過程無影響，測定結(jié)果不影響，故B錯誤；
C．滴定前，滴定管內(nèi)無氣泡，滴定后有氣泡，標準溶液體積讀取偏小，計算得到未服藥的高錳酸鉀減小，則與乙烯反應的高錳酸鉀增大，計算得到乙烯物質(zhì)的量增大，乙醇轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．讀數(shù)時，滴定前平視，滴定后俯視，標準溶液體積讀取偏小，計算得到未服藥的高錳酸鉀減小，則與乙烯反應的高錳酸鉀增大，計算得到乙烯物質(zhì)的量增大，乙醇轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故答案為：CD；
 ⑤再用0.1000mol/L的Na₂C₂O₄溶液滴定未反應完的KMnO₄，利用高錳酸鉀溶液紫紅色來指示反應終點，滴入最后一滴草酸鈉溶液紫紅色褪去且半分鐘不變說明反應達到終點，
故答案為：溶液由粉紅色變成無色，且半分鐘內(nèi)不變色；
⑥高錳酸鉀物質(zhì)的量為0.2L×0.1000mol/L=0.02mol，
被草酸鈉滴定反應去的高錳酸鉀物質(zhì)的量結(jié)合由反應定量關系計算，
2MnO₄^-+5C₂C₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
2              5
n            0.1000mol/L×0.020L
n=0.0008mol，
與乙烯反應的高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.02mol-0.0008mol×$\frac{200}{20}$=0.012mol，
5C₂H₄+12KMnO₄+18H₂O=12MnSO₄+6K₂SO₄+10CO₂↑+28H₂O，CH₃CH₂OH$→_{170°C}^{濃硫酸}$CH₂=CH₂↑+H₂O
5CH₃CH₂OH～5CH₂=CH₂～12KMnO₄，
5                                           12
n（CH₃CH₂OH）                         0.012mol
n（CH₃CH₂OH）=0.005mol，
10mL無水乙醇物質(zhì)的量=$\frac{0.79g/ml×10ml}{46g/mol}$=0.17mol
乙醇轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.005mol}{0.17mol}$×100%=2.94%
故答案為：2.94%．

點評 本題考查了物質(zhì)制備、反應轉(zhuǎn)化率計算、滴定實驗過程分析判斷、誤差分析、主要是通過測定生成乙烯的量計算乙醇轉(zhuǎn)化率，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．