Question

11．如圖是丁烷裂解的實驗流程：（提示：丁烷在一定條件下裂解的可能方程式為：
C₄H₁₀$→_{△}^{催化劑}$C₂H₆+C₂H₄，C₄H₁₀$→_{△}^{催化劑}$CH₄+C₃H₆）
連接好裝置后，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…‥

（1）這三步操作的先后順序依次是②③①；
（2）簡要說明排空氣的方法打開K，使丁烷氣依次流經(jīng)各裝置
（3）寫出甲烷與氧化銅反應(yīng)的化學(xué)方程式CH₄+4CuO$→_{△}^{Al_{2}O_{3}}$CO₂+2H₂O+4Cu
（4）若對E裝置中的混合物（溴水足量），再按以下流程實驗：

①分離操作Ⅰ和Ⅱ的名稱分別是：Ⅰ分液、Ⅱ蒸餾，Na₂SO₃溶液的作用是（用離子方程式表示）SO₂^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺．
②已知B的碳原子數(shù)大于A的碳原子數(shù)，請寫出B的結(jié)構(gòu)簡式CH₂BrCHBrCH₃．
（5）假定丁烷完全裂解當(dāng)（E+F）裝置的總質(zhì)量比反應(yīng)前增加了0.7g，G裝置的質(zhì)量減少了1.76g，則丁烷的裂解產(chǎn)物中甲烷和乙烷的物質(zhì)的量之比n （CH₄）：n （C₂H₆）=1：1（假定流經(jīng)D、G裝置中的氣體能完全反應(yīng)）

Answer 1

分析 打開K，氣體通過B，B裝置是根據(jù)氣泡控制氣體流速，C裝置干燥丁烷，在氧化鋁作催化劑條件下丁烷發(fā)生裂解反應(yīng)生成烯烴和烷烴，E中溴水吸收烯烴，F(xiàn)干燥烷烴，G中烷烴和Cu在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cu，
（1）應(yīng)先檢驗氣密性，趕出內(nèi)部氣體，再加熱；
（2）打開K，使丁烷氣依次流經(jīng)各裝置；
（3）加熱條件下，甲烷和CuO發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳、Cu和水；
（4）混合物中含有溴、水、溴代烴，加入亞硫酸鈉，亞硫酸鈉被溴氧化生成硫酸鈉，同時生成NaBr，從而除去溴，然后采用分液方法分離，將有機層進行分餾得到有機物A、有機物B，向有機物中加入NaOH溶液，得到有機物C，C能發(fā)生氧化反應(yīng)，則B發(fā)生水解反應(yīng)生成C為醇，C被催化氧化得到醛D；
（5）E、F吸收的是烯烴，G減少的質(zhì)量是氧化銅中的氧元素質(zhì)量，丁烷的裂解中，生成乙烯的物質(zhì)的量和乙烷的物質(zhì)的量相等，甲烷和丙烯的物質(zhì)的量相等，再結(jié)合原子守恒計算甲烷和乙烷的物質(zhì)的量之比．

解答 解：打開K，氣體通過B，B裝置是根據(jù)氣泡控制氣體流速，C裝置干燥丁烷，在氧化鋁作催化劑條件下丁烷發(fā)生裂解反應(yīng)生成烯烴和烷烴，E中溴水吸收烯烴，F(xiàn)干燥烷烴，G中烷烴和Cu在加熱條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cu，
（1）應(yīng)先檢驗氣密性，趕出內(nèi)部氣體，再給D、G裝置加熱；
故答案為：②③①；
（2）打開K，使丁烷氣依次流經(jīng)各裝置，從而將空氣排出，故答案為：打開K，使丁烷氣依次流經(jīng)各裝置；
（3）氧化鋁作催化劑，加熱條件下，甲烷和氧化銅反應(yīng)生成二氧化碳、水和銅，反應(yīng)方程式為：CH₄+4CuO$→_{△}^{Al_{2}O_{3}}$CO₂+2H₂O+4Cu；
 故答案為：CH₄+4CuO$→_{△}^{Al_{2}O_{3}}$CO₂+2H₂O+4Cu；
（4）混合物中含有溴、水、溴代烴，加入亞硫酸鈉，亞硫酸鈉被溴氧化生成硫酸鈉，同時生成NaBr，從而除去溴，然后采用分液方法分離，將有機層進行分餾得到有機物A、有機物B，向有機物中加入NaOH溶液，得到有機物C，C能發(fā)生氧化反應(yīng)，則B發(fā)生水解反應(yīng)生成C為醇，C被催化氧化得到醛D；
①通過以上分析知，分離操作Ⅰ和Ⅱ的名稱分別是：Ⅰ分液、Ⅱ蒸餾，亞硫酸鈉具有還原性，能和強氧化性物質(zhì)溴反應(yīng)而除去溴，離子方程式為：SO₂^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺，
故答案為：分液；蒸餾；SO₂^2-+Br₂+H₂O=SO₄^2-+2Br^-+2H⁺；
②已知B的碳原子數(shù)大于A的碳原子數(shù)，說明B中碳原子個數(shù)是3、A中碳原子個數(shù)是2，B為1，2-二溴丙烷，B的結(jié)構(gòu)簡式CH₂BrCHBrCH₃，
故答案為：CH₂BrCHBrCH₃；
（5）丁烷的裂解中生成的乙烯和乙烷的物質(zhì)的量相等，生成的甲烷和丙烯的物質(zhì)的量相等，
E、F吸收的是烯烴，G減少的質(zhì)量是氧化銅中的氧元素質(zhì)量，
設(shè)X為C₂H₄的物質(zhì)的量，y為C₃H₆的物質(zhì)的量，則乙烷和甲烷的物質(zhì)的量分別是x、y，
 28x+42y=0.7g
乙烷和甲烷和氧化銅反應(yīng)需要的氧原子的物質(zhì)的量為
2（2x+y）+$\frac{6x+2y}{2}$=$\frac{1.76}{16}$，
解得：x=y=0.07mol
故答案為：1：1．

點評 本題以丁烷裂解為載體考查實驗基本操作、計算、物質(zhì)的分離和提純，明確流程圖中各個裝置的作用、物質(zhì)分離和提純方法的選取等知識點即可解答，難點是（5）題計算，明確質(zhì)量增加的量和質(zhì)量減少的量分別是什么物質(zhì)是解（5）的關(guān)鍵，題目難度中等．