Question

15．丁烷的催化裂解可按下列兩種方式進行：C₄H₁₀-→C₂H₆+C₂H₄；C₄H₁₀-→CH₄+C₃H₆；某化學(xué)興趣小組的同學(xué)為探究丁烷裂解氣中CH₄和C₂H₆的比例關(guān)系，設(shè)計如圖所示實驗：

注：CuO能將烴氧化成CO₂和H₂O；Al₂O₃是丁烷裂解的催化劑，G后面裝置已省略．如圖連接好裝置后（部分夾持裝置已略去），需進行的實驗操作有：
①給D、G裝置加熱；②檢查整套裝置的氣密性；③排盡裝置中的空氣．
（1）這三步操作的先后順序依次是②③①．
（2）B裝置所起的作用是通過觀察氣泡，調(diào)節(jié)K，控制氣體流速．
（3）假設(shè)丁烷完全裂解，流經(jīng)各裝置中的氣體能完全反應(yīng)．當（E和F）裝置的總質(zhì)量比反應(yīng)前增加了1.82g，G裝置中固體質(zhì)量減少了4.16g，則丁烷的裂解產(chǎn)物中n（CH₄）：n（C₂H₆）=3：2．
（4）若對E裝置中的混合物再按以下流程實驗：

①分離操作Ⅰ、Ⅱ的名稱是Ⅰ分液、Ⅱ蒸餾；
②Na₂SO₃溶液的作用是（用離子方程式表示）SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺．Y生成C₃H₄的反應(yīng)類型是消去反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗裝置及操作要求可知，應(yīng)先檢驗氣密性，趕出內(nèi)部氣體，再加熱；
（2）B裝置中裝有水，通過觀察氣泡，可以控制氣體的流速；
（3）E、F吸收的是烯烴，G減少的質(zhì)量是氧化銅中的氧元素質(zhì)量，丁烷的裂解中，生成乙烯的物質(zhì)的量和乙烷的物質(zhì)的量相等，甲烷和丙烯的物質(zhì)的量相等，再結(jié)合原子守恒計算甲烷和乙烷的物質(zhì)的量之比；
（4）混合物中含有單質(zhì)溴、水、1，2-二溴乙烷、1，2-二溴丙烷，加入亞硫酸鈉，亞硫酸鈉被溴氧化生成硫酸鈉，同時生成NaBr，從而除去單質(zhì)溴，1，2-二溴乙烷、1，2-二溴丙烷都不溶于水，溶液分層，采用分液的方法分離出混合物和有機層，互溶的1，2-二溴乙烷、1，2-二溴丙烷采用蒸餾的方法分離，根據(jù)Y在氫氧化鈉醇溶液中發(fā)生消去反應(yīng)生成C₃H₄，可知Y為1，2-二溴丙烷，所以X為1，2-二溴乙烷，
①互不相溶的液體采用分液的方法分離，互溶的液體采用蒸餾的方法分離；
②亞硫酸鈉具有還原性，能和溴反應(yīng)除去溴；鹵代烴在氫氧化鈉醇溶液中發(fā)生消去反應(yīng)．

解答 解：（1）根據(jù)實驗裝置及操作要求可知，應(yīng)先檢查整套裝置的氣密性，排出裝置中的空氣，再給D、G裝置加熱，所以正確的操作順序為②③①，故答案為：②③①；
（2）B裝置中盛有水，可以通過觀察B中產(chǎn)生的氣泡快慢來控制氣體的流速，
故答案為：通過觀察氣泡，調(diào)節(jié)K，控制氣體流速；
（3）丁烷的裂解中生成的乙烯和乙烷的物質(zhì)的量相等，生成的甲烷和丙烯的物質(zhì)的量相等，E、F吸收的是烯烴，設(shè)C₂H₄的物質(zhì)的量為x，C₃H₆的物質(zhì)的量為y，乙烷和甲烷的物質(zhì)的量分別是x、y，則：28x+42y=1.82g，
G減少的質(zhì)量是氧化銅中的氧元素質(zhì)量，乙烷和甲烷和氧化銅反應(yīng)需要的氧原子的物質(zhì)的量為：2（2x+y）+$\frac{6x+4y}{2}$=$\frac{4.16}{16}$，
解得：x=0.02mol、y=0.03mol，
則n（CH₄）：n（C₂H₆）=3：2，
故答案為：3：2；
（4）混合物中含有有機物和溴，向混合物中加入亞硫酸鈉溶液后，溶液分層，采用分液的方法分離出混合物和有機層，互溶的液體采用蒸餾的方法分離，分離出甲和乙，
①互不相溶的液體采用分液的方法分離，互溶的液體采用蒸餾的方法分離，所以操作I、操作II分別是分液、蒸餾，故答案為：分液；蒸餾；
②亞硫酸鈉具有還原性，能和強氧化性物質(zhì)溴反應(yīng)而除去溴，反應(yīng)的離子方程式為：SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺，Y在氫氧化鈉醇溶液中發(fā)生消去反應(yīng)生成C₃H₄，所以反應(yīng)類型為消去反應(yīng)，
故答案為：SO₃^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺；消去反應(yīng)．

點評 本題考查實驗操作、實驗計算、物質(zhì)分離和提純的方法等知識點，題目難度中等，難點是計算甲烷和甲烷的物質(zhì)的量之比，明確質(zhì)量增加的量和質(zhì)量減少的量分別是什么物質(zhì)是解本題的關(guān)鍵．