Question

9．氯苯是重要的有機(jī)化工原料．實(shí)驗(yàn)室制備氯苯的反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（加熱裝置已略去）：
可能用到的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：+Cl₂$\stackrel{FeCl_{3}}{→}$+HCl

	沸點(diǎn)（℃）	密度（g•mL-1）	溶解性
苯	80.1	0.88	難溶于水
氯苯	132.2	1.10	難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑
對(duì)二氯苯	173.4	1.46	難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑
鄰二氯苯	180.4	1.30	難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑

在裝置A中利用濃鹽酸和KMnO₄反應(yīng)緩慢制備氯氣，把氯氣干燥后通入裝有39mL苯的反應(yīng)器C中（內(nèi)有鐵屑作催化劑），維持反應(yīng)溫度在40～60℃，回流40分鐘．溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的鄰二氯苯和對(duì)二氯苯．反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫．將C中的液體倒入分液漏斗中，分別用NaOH溶液和蒸餾水洗滌，分離出的產(chǎn)物干燥后，進(jìn)行蒸餾純化，得到22g純凈的氯苯．
回答下列問(wèn)題：
（1）A裝置中制備氯氣的離子方程式為2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺↑+5C1₂↑+8H₂O．
（2）B裝置中盛放的藥品為CaCl₂或P₂O₅，C裝置中采用的加熱方法最好為40℃-60℃的水浴加熱．
（3）已知濃鹽酸和苯都具有較強(qiáng)的揮發(fā)性．采用如圖所示裝置加入液體的優(yōu)點(diǎn)是防止液體揮發(fā)，能夠平衡壓強(qiáng)，使液體順利流下．
（4）用氫氧化鈉溶液洗滌可以除去雜質(zhì)的化學(xué)式為HCl、Cl₂、FeCl₃，檢驗(yàn)產(chǎn)品洗滌干凈的方法為取最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸銀，若不出現(xiàn)沉淀，則證明已經(jīng)洗干凈．
（5）該實(shí)驗(yàn)存在一定缺陷，改進(jìn)措施為將冷凝管上端逸出的HCl、Cl₂通入NaOH溶液中，防止污染空氣．
（6）該實(shí)驗(yàn)所得氯苯的產(chǎn)率為44.4%（保留小數(shù)點(diǎn)后一位）．

Answer 1

分析 （1）用濃鹽酸和KMnO₄反應(yīng)制備氯氣，Mn元素的化合價(jià)降低，Cl元素的化合價(jià)升高，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒書寫離子反應(yīng)方程式；
（2）干燥氯氣需選擇酸性干燥劑，因存放干燥劑的裝置為U形管，需選擇固體干燥劑；把氯氣干燥后通入裝有39mL苯的反應(yīng)器C中（內(nèi)有鐵屑作催化劑），維持反應(yīng)溫度在40～60℃，反應(yīng)的溫度條件低于100℃，可用水浴的方法進(jìn)行加熱；
（3）裝置C為球形冷凝管，起冷凝回流作用，防止液體揮發(fā)，A裝置能夠平衡壓強(qiáng)，使液體順利流下；
（4）氯苯中含有溶解的氯氣、氯化氫、以及起催化作用產(chǎn)生的氯化鐵，以上物質(zhì)都可以與氫氧化鈉反應(yīng)，檢驗(yàn)產(chǎn)品洗滌干凈的方法為取最后一次洗滌液于試管中，通過(guò)檢驗(yàn)氯離子的存在，判斷是否洗凈；
（5）冷凝管上端開(kāi)口，逸出的HCl、Cl₂污染空氣，需用堿液吸收；
（6）根據(jù)苯的質(zhì)量計(jì)算氯苯的理論產(chǎn)量，產(chǎn)量=（實(shí)際產(chǎn)量÷理論產(chǎn)量）×100%．

解答 解：（1）用濃鹽酸和KMnO₄反應(yīng)制備氯氣，MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素的化合價(jià)降低（+7→+2），2Cl^-→Cl₂，Cl元素的化合價(jià)升高（-1→0），最小公倍數(shù)為10，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒所以離子方程式為：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺↑+5C1₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+16H⁺+10Cl^-=2Mn²⁺↑+5C1₂↑+8H₂O；
（2）B裝置中盛放的藥品為干燥氯氣的試劑，因氯氣為酸性氣體，且存放干燥劑的裝置為U形管，需選擇固體干燥劑，可選擇CaCl₂或P₂O₅，把氯氣干燥后通入裝有39mL苯的反應(yīng)器C中（內(nèi)有鐵屑作催化劑），維持反應(yīng)溫度在40～60℃，反應(yīng)的溫度條件低于水的沸點(diǎn)100℃，水浴加熱能有效控制反應(yīng)溫度，且能保證受熱裝置受熱均勻，所以可用水浴的方法進(jìn)行加熱，
故答案為：CaCl₂或P₂O₅；40℃-60℃的水浴加熱；
（3）裝置C為球形冷凝管，苯與濃硝酸都以揮發(fā)，C起冷凝回流作用，提高原料利用率，A裝置橡皮管起氣壓平衡管的作用，使漏斗里面的氣壓與燒瓶的始終相等，使液體順利流下，
故答案為：防止液體揮發(fā)，能夠平衡壓強(qiáng)，使液體順利流下；
（4）氯苯中含有溶解的氯氣、氯化氫、以及起催化作用產(chǎn)生的氯化鐵雜質(zhì)，用氫氧化鈉溶液洗滌，氯化氫和氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)，氯氣和氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉、次氯酸鈉和水，氯化鐵和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鐵和氯化鈉，再用蒸餾水洗滌，分離出的產(chǎn)物干燥，檢驗(yàn)產(chǎn)品洗滌干凈的方法為取最后一次洗滌液于試管中，通過(guò)檢驗(yàn)氯離子的存在，操作為：取最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸銀，若不出現(xiàn)沉淀，則證明已經(jīng)洗干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸銀，若不出現(xiàn)沉淀，則證明已經(jīng)洗干凈；
（5）冷凝管上端開(kāi)口，逸出的HCl、Cl₂污染空氣，存在一定缺陷，改進(jìn)措施用堿液吸收，具體改進(jìn)措施為：將冷凝管上端逸出的HCl、Cl₂通入NaOH溶液中，防止污染空氣，
故答案為：將冷凝管上端逸出的HCl、Cl₂通入NaOH溶液中，防止污染空氣；
（6）苯的質(zhì)量為39mL×0.88g•mL^-1=34.32g，完全反應(yīng)生成氯苯的理論產(chǎn)量為34.32g×$\frac{112.5}{78}$=49.5g，故氯苯的產(chǎn)率為：$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$=$\frac{22g}{49.5g}$×100%≈44.4%，
故答案為：44.4%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)方案，題目難度中等，涉及對(duì)裝置、操作與原理的分析評(píng)價(jià)等知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹��?shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>