Question

19．五氧化二氮（N₂O₅）是有機(jī)合成中常用的綠色硝化劑，可用NO₂與O₃反應(yīng)制得．某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)裝置制備N₂O₅（部分裝置略去）．

（1）銅和濃硝酸反應(yīng)的離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．加入濃硝酸后，裝置Ⅰ中燒瓶上部可觀察到的現(xiàn)象是有紅棕色氣體生成．
（2）儀器a的名稱為球形干燥管，該儀器中盛裝的試劑是D（填標(biāo)號(hào)）．
A．生石灰B．濃硫酸C．堿石灰D．五氧化二磷
（3）已知下列物質(zhì)的有關(guān)數(shù)據(jù)．

物質(zhì)	熔點(diǎn)/℃	沸點(diǎn)/℃
N2O5	41	32 （升華）
N2O4	-11	24

裝置Ⅱ中持續(xù)通入O₃，為得到盡可能多的純凈的N₂O₅，溫度控制在24℃〜32℃．收集到的N₂O₅固體中含有液態(tài)物質(zhì)，可能原因是干燥不完全，導(dǎo)致有硝酸生成．
（4）裝置Ⅲ的作用是安全瓶，防止倒吸．
（5）化學(xué)興趣小組用制得的N₂O₅制備少量對(duì)硝基甲苯（，相對(duì)分子質(zhì)量137）．步驟如下：在三口燒瓶中放入催化劑和30mL N₂O₅的CH₂Cl₂溶液（N₂O₅的濃度為lmol•L^-1），30℃時(shí)，滴加15mL甲苯，充分反應(yīng)得對(duì)硝基甲苯 1.73g．回答下列問題：
①制備對(duì)硝基甲苯的化學(xué)方程式為+N₂O₅$→_{△}^{催化劑}$+H₂O．
②N₂O₅生成對(duì)硝基甲苯的轉(zhuǎn)化率為21.05%．

Answer 1

分析 I由濃硝酸和銅制備NO₂，干燥后于II中與O₃反應(yīng)制得N₂O₅，III為安全瓶，IV為處理尾氣，
（1）銅和濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅和NO₂，NO₂氣體為紅棕色；
（2）根據(jù)儀器構(gòu)造和作用分析可知；
（3）N₂O₅與水生成液態(tài)的硝酸；
（4）裝置III為安全瓶；
（5）甲苯與N₂O₅反應(yīng)生成對(duì)硝基甲苯和水，設(shè)N₂O₅生成對(duì)硝基甲苯的轉(zhuǎn)化率為x，則生成的對(duì)硝基甲苯為30×10^-3L×1mol/L×x×137g/mol=1.73，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）銅和濃硝酸反應(yīng)的離子方程式為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；NO₂氣體為紅棕色，故裝置Ⅰ中燒瓶上部可觀察到有紅棕色氣體生成；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；有紅棕色氣體生成；
（2）儀器為球形干燥管，作用是干燥生成的NO₂，故應(yīng)盛放固態(tài)的酸性或中性干燥劑，五氧化二磷可選；
故答案為：球形干燥管；D；
（3）干燥不完全，導(dǎo)致有硝酸生成，收集到的N₂O₅固體中含有液態(tài)物質(zhì)；
故答案為：干燥不完全，導(dǎo)致有硝酸生成；
（4）裝置III為安全瓶，防止倒吸；
故答案為：安全瓶，防止倒吸；
（5）①甲苯與N₂O₅反應(yīng)生成對(duì)硝基甲苯和水，反應(yīng)為：+N₂O₅$→_{△}^{催化劑}$+H₂O；
故答案為：+N₂O₅$→_{△}^{催化劑}$+H₂O；
②設(shè)N₂O₅生成對(duì)硝基甲苯的轉(zhuǎn)化率為x，則生成的對(duì)硝基甲苯為30×10^-3L×1mol/L×x×137g/mol=1.73，解得x=21.05%；
故答案為：21.05%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，主要考查學(xué)生對(duì)原理的分析理解、物質(zhì)的分離提純、氧化還原反應(yīng)、信息獲取與遷移運(yùn)用等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度不大．