Question

18．已知在常用催化劑（如鉑、鈀）的催化下，氫氣和炔烴加成生成烷烴，難于得到烯烴，但使用活性較低的林德拉催化劑[Pd/（PdO、CaCO₃），其中鈀附于碳酸鈣及少量氧化鉛上]，可使炔烴的氫化停留在生成烯烴的階段，而不再進(jìn)一步氫化．
現(xiàn)有一課外活動興趣小組利用上述設(shè)計了一套由如圖所示儀器組裝而成的實(shí)驗裝置（鐵架臺未畫出），擬由乙炔制得乙烯，并測定乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率．若用含0.020molCaC₂的電石和1.60g含雜質(zhì)18.7%的鋅粒（雜質(zhì)不與酸反應(yīng)）分別與足量的X和稀硫酸反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)完全后，假定在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測得G中收集到的水VmL．試回答有關(guān)問題．
（1）所用裝置的連接順序是a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調(diào)換）（填各接口的字母）．
（2）寫出A、C中所發(fā)生的兩個反應(yīng)的化學(xué)方程式（有機(jī)物寫結(jié)構(gòu)簡式）：
ACaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂
CHC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂
（3）為減慢A中的反應(yīng)速率，X應(yīng)選用飽和食鹽水，操作時還應(yīng)采取的措施是通過調(diào)節(jié)分液漏斗活塞降低食鹽水的滴速．
（4）F中留下的氣體除含少許空氣外，還有H₂、C₂H₄、C₂H₂．G所選用的量筒的容積較合理的是B．
（A）500mL     （B）1000mL     （C）2000mL
（5）若V=672mL（導(dǎo)管內(nèi)氣體體積忽略不計），則乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率為50%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗的目的是用乙炔和氫氣之間的反應(yīng)來制取乙烯，結(jié)合裝置的特點(diǎn)和應(yīng)用來連接實(shí)驗裝置，乙炔、氫氣中含有雜質(zhì)氣體，應(yīng)該先將雜質(zhì)氣體除去，再將之干燥，是純凈的氣體在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)得到乙烯，乙烯是難溶于水的氣體，可以采用排水法收集；
（2）碳化鈣可以和水反應(yīng)得到乙炔氣體，乙炔氣體和氫氣在催化劑的作用下反應(yīng)得到乙烯；
（3）為減慢反應(yīng)速率，可以將水換成飽和食鹽水；
（4）根據(jù)發(fā)生的反應(yīng)結(jié)合實(shí)驗實(shí)際情況來確定存在的雜質(zhì)氣體；
（5）根據(jù)反應(yīng)：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂結(jié)合乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率等于反應(yīng)的乙炔和全部的乙炔的量的比值來計算．

解答 解：（1）實(shí)驗裝置顯示制取乙炔和氫氣，然后將二者混合，但是乙炔、氫氣中含有雜質(zhì)氣體，應(yīng)該先將雜質(zhì)氣體除去，再將之干燥，是純凈的氣體在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)得到乙烯，乙烯是難溶于水的氣體，可以采用排水法收集，所以裝置的連接順序是：a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調(diào)換），
故答案為：a、e、d、f、g、b、c、h（f、g可調(diào)換）；
（2）A中是碳化鈣和水反應(yīng)制取乙炔的過程，C中是乙炔和氫氣之間的加成反應(yīng)，方程式分別為：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂，
故答案為：CaC₂+2H₂O→HC≡CH↑+Ca（OH）₂、HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂；
（3）碳化鈣和水之間的反應(yīng)十分劇烈，為減慢反應(yīng)速率，可以將水換成飽和食鹽水，可以利用分液漏斗的活塞調(diào)節(jié)滴加飽和食鹽水的速率減緩反應(yīng)速率；
故答案為：飽和食鹽水；通過調(diào)節(jié)分液漏斗活塞降低食鹽水的滴速；
（4）F中留下的氣體除含少許空氣外，還有沒有完全消耗的乙炔，氫氣以及生成的乙烯等氣體，0.020molCaC₂的電石，和水反應(yīng)得到乙炔的物質(zhì)的量是0.02mol，1.60g含雜質(zhì)18.7%的鋅粒（雜質(zhì)不與酸反應(yīng)）的物質(zhì)的量是：$\frac{1.6（1-18.7%）}{65}$mol=0.02mol，和硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量是0.02mol，由于該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，因此選擇量筒應(yīng)考慮轉(zhuǎn)化率為0的情況，此時氣體總體積為（0.02mol+0.02mol）×22.4×1000mL=896mL，因此選擇量筒體積為1000ml，
故答案為：H₂、C₂H₄、C₂H₂；B．
（5）若G中收集到的水V=672mL，即反應(yīng)結(jié)束后氣體的總體積=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，
設(shè)乙炔的轉(zhuǎn)化量是x，則HC≡CH+H₂$\stackrel{林德拉催化劑}{→}$CH₂=CH₂
           起始：0.02   0.02             0
           轉(zhuǎn)化：x     x               x
           結(jié)束：0.02-x  0.02-x          x
則反應(yīng)后得到氣體的物質(zhì)的量（0.02-x）+（0.02-x）+x=0.03，解得x=0.01mol，所以乙炔氫化的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.01mol}{0.02mol}$×100%=50%，
故答案為：50%．

點(diǎn)評 本題是一道考查學(xué)生物質(zhì)的制備實(shí)驗方案的設(shè)計題，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，難度較大．