Question

15．TMB是一種新型指紋檢測的色原試劑，由碳、氫、氮三種元素組成，與氫氣的相對分子質(zhì)量之比為120．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲利用下列儀器測定TMB的分子式．其主要過程為在足量氧氣流中將4.80g TMB樣品氧化（氮元素轉(zhuǎn)化為N₂），再利用吸收劑分別吸收水蒸氣和CO₂．請從圖中選擇適當(dāng)?shù)难b置（裝置符合氣密性要求，加熱裝置等已略去，其他用品可自選）．

（1）寫出C中的化學(xué)反應(yīng)方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑
（2）B 中試劑是濃硫酸，作用是干燥O₂，防止帶入A中引起增重
（3）實(shí)驗(yàn)后稱得A及以后的裝置（均用A裝置并假設(shè)每次吸收均是完全的）質(zhì)量依次增加3.60g、14.08g、0.14g，則TMB的分子式為C₁₆H₂₀N₂．
（4）除A外還需重復(fù)使用D裝置，該裝置內(nèi)藥品是CuO，如果缺少該裝置將引起C元素的計算值偏低（填“偏高”，“偏低”，“無影響”）或者N偏高
（5）該實(shí)驗(yàn)不需要（填“需要”、“不需要”）尾氣處理，請寫明理由因?yàn)樘荚�素必須燃燒完全才能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，沒有有毒氣體排放．

Answer 1

分析 C中過氧化氫在二氧化錳催化作用下生成氧氣，用濃硫酸干燥氧氣，氧氣將TMB氧化為二氧化碳、水和氮?dú)猓�可用硫酸銅硫酸銅吸收水，用堿石灰吸收二氧化碳，以確定其中所含碳、氫、氮原子的比例關(guān)系．根據(jù)A裝置增加14.08g可以求出樣品中C元素的物質(zhì)的量，A裝置增加3.60g可以求出樣品中H元素的物質(zhì)的量，再根據(jù)樣品的總質(zhì)量4.80g可以求出樣品中N元素的物質(zhì)的量，則TMB分子中碳、氫、氮的原子個數(shù)比就可以求出，根據(jù)相對分子質(zhì)量之比算出相對分子質(zhì)量，結(jié)合原子個數(shù)比計算出分子式，以此解答該題．

解答 解：（1）過氧化氫在二氧化錳催化作用下生成氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（2）B中試劑為濃硫酸，可用于干燥氧氣，防止帶入A中引起增重，故答案為：濃硫酸；干燥O₂，防止帶入A中引起增重；
（3）實(shí)驗(yàn)后稱得A裝置從用的先后順序排列質(zhì)量分別增加3.60g、14.08g、0.14g，則m（H₂O）=3.60g，m（CO₂）=14.08g，而0.14g為空氣中的CO₂和H₂O進(jìn)入裝置中的質(zhì)量，則
n（H₂O）=$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，n（H）=0.4mol，m（H）=0.4g，
n（CO₂）=$\frac{14.08g}{44g/mol}$=0.32mol，n（C）=0.32mol，m（C）=0.32mol×12g/mol=3.84g，
所以m（N）=4.80g-0.4g-3.84g=0.56g，
n（N）=$\frac{0.56g}{14g/mol}$=0.04mol，
則：n（C）：n（H）：n（N）=0.32mol：0.4mol：0.04mol=8：10：1，
TMB的相對分子質(zhì)量為：2×120=240，設(shè)分子式為：C_8nH_10nN_n，則有：12×8n+10n+14n=240，解得n=2，所以分子式為C₁₆H₂₀N₂，
故答案為：C₁₆H₂₀N₂；
（4）D可加入CuO，在加熱條件下可與CO反應(yīng)，可防止TMB燃燒不充分，而導(dǎo)致C元素質(zhì)量偏小，N元素質(zhì)量偏大，故答案為：CuO； C；偏低；（或者 N 偏高）；
（5）因二氧化碳完全燃燒，且生成氮?dú)�，沒有必要進(jìn)行尾氣處理，故答案為：不需要；因?yàn)樘荚�素必須燃燒完全才能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，沒有有毒氣體排放．

點(diǎn)評 本題以定量實(shí)驗(yàn)為立意，確定有機(jī)物的分子組成，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目難度較大，本題易錯點(diǎn)為（3），注意實(shí)驗(yàn)的設(shè)計原理和操作步驟．