Question

【題目】丁烷在一定條件下裂解可按兩種方式進行：C4H10C2H6+C2H4，C4H10CH4+C3H6，下圖是某化學興趣小組進行丁烷裂解的實驗流程。(注：CuO能將烴氧化成CO2和H2O，G后面裝置與答題無關，省略)

按上圖連好裝置后，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排出裝置中的空氣等

⑴這三步操作的先后順序依次是_______________________。

⑵寫出儀器F的名稱__________，寫出甲烷與氧化銅反應的化學方程式_________

⑶B裝置所起的作用是_____________________________。

⑷反應結束后對E裝置中的混合物，按以下流程進行實驗：

回答下列問題：

①操作I、操作II分別是 ____________、____________

②已知D的氫核磁共振譜圖上只有一種峰，則D的結構簡式____________

③Na2SO3溶液的作用是______________

(5)假定丁烷完全裂解，當(E+F)裝置的總質量比反應前增加了0.7g，G裝置的質量減少了1.76g，則丁烷的裂解產物中甲烷和乙烷的物質的量之比n (CH4):n(C2H6)=______(假定流經D、G裝置中的氣體能完全反應)

Answer 1

【答案】② ③ ① 球形干燥管 CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu 觀察、控制丁烷氣體的流速 分液、蒸餾 OHC-CHO 除去有機物中溶解的Br2 1:1

【解析】

（1）首先必須檢驗裝置的氣密性；為了防止烴與氧氣發生爆炸，故在加熱前需要排除系統內的空氣；

（2）儀器F的名稱球形干燥管，甲烷與CuO的反應中CuO被還原為銅單質，通過原子守恒配平反應；

（3）通過觀察B裝置中氣泡的快慢來控制通入的丁烷的速率；

（4）向混合物加入Na2SO3溶液除去過量的溴；混合液分為有機層與水層，分液后有機層的主要成分為：CH2Br—CH2Br、CH2Br—CHBrCH3；依據兩物質沸點的不同，蒸餾分開；依題意，D的氫核磁共振譜圖上只有一種峰，確定D的結構簡式；

（5）仔細分析裝置根據質量變化計算。

（1）首先必須檢驗裝置的氣密性；為了防止烴與氧氣發生爆炸，故在加熱前需要排除系統內的空氣，所以此三步操作的順序為：②③①；

答案：②③①

（2）儀器F的名稱球形干燥管，甲烷與CuO的反應中CuO被還原為銅單質，通過原子守恒可配平反應：CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu；

答案：球形干燥管 CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu

（3）通過觀察B裝置中氣泡的快慢來控制通入的丁烷的速率；

答案：觀察、控制丁烷氣體的流速

（4）裂解產物乙烯、丙烯與溴發生加成反應：CH2=CH2+Br2→CH2Br—CH2Br、CH2=CHCH3+Br2→CH2Br—CHBrCH3，向混合物加入Na2SO3溶液除去過量的溴：Br2＋Na2SO3＋H2O=Na2SO4＋2HBr，混合液分為有機層與水層；分液后有機層的主要成分為：CH2Br—CH2Br、CH2Br—CHBrCH3；依據兩物質沸點的不同，蒸餾分開，分別堿性條件下水解、催化氧化；CH2Br—CH2Br→CH2OH—CH2OH→OHC-CHO，CH2Br—CHBrCH3→CH2OH—CH（OH）CH3→OHC—CO—CH3依題意，D的氫核磁共振譜圖上只有一種峰，則D的結構簡式OHC-CHO，根據分析回答問題

①操作I、操作II分別是 分液、蒸餾；

答案：分液、蒸餾

②已知D的氫核磁共振譜圖上只有一種峰，則D的結構簡式OHC-CHO；

答案：OHC-CHO

③Na2SO3溶液的作用是除去有機物中溶解的Br2；

答案：除去有機物中溶解的Br2

（5）C4H10→C2H6+C2H4， C4H10 →CH4+C3H6

設丁烷裂解產物中含有xmol甲烷、丙烯，ymol乙烷、乙烯。

(E+F)裝置增加的質量是其中烯烴的質量：42x+28y=0.7；

G：CH4+4CuO→CO2+2H2O+4Cu C2H6+7CuO→2CO2+3H2O+7Cu

G裝置減少的質量是CuO失去氧的質量：64x+112y=1.76

解得x=y=0.01mol

故丁烷的裂解產物中甲烷和乙烷的物質的量之比n (CH4) : n (C2H6) =1：1；

答案：1:1