Question

【題目】五氧化二氮（N2O5)是有機合成中常用的綠色硝化劑，可用NO2與O3反應制得。某化學興趣小組設計如下實驗裝置制備N2O5 (部分裝置略去)。

（1）銅和濃硝酸反應的離子方程式為____________________________。

加入濃硝酸后，裝置Ⅰ中燒瓶上部可觀察到的現象是______________。

（2）儀器a的名稱為______________，該儀器中盛裝的試劑是______________（填標號）。

A．生石灰 B．濃硫酸 C．堿石灰 D．五氧化二磷

（3）已知下列物質的有關數據。

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

裝置Ⅱ中持續通入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固體中含有液態物質，可能原因是_________________。

（4）裝置Ⅲ的作用是____________________________________。

（5）化學興趣小組用制得的N2O5制備少量對硝基甲苯（，相對分子質量137）。步驟如下：在三口燒瓶中放入催化劑和30 mL N2O5的CH2Cl2溶液（N2O5的濃度為lmol·L-1）， 30℃時，滴加15mL甲苯，充分反應得對硝基甲苯 1.73g。回答下列問題：

①制備對硝基甲苯的化學方程式為__________________________。

②N2O5生成對硝基甲苯的轉化率為_______________。

Answer 1

【答案】 Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O 有紅棕色氣體生成 球形干燥管 D 干燥不完全，導致有硝酸生成 安全瓶、防止倒吸 +N2O5+H2O 21.05%

【解析】(1)銅和濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，反應的離子方程式為Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O，生成的二氧化氮是紅棕色氣體，加入濃硝酸后，裝置Ⅰ中燒瓶上部可觀察到的現象為有紅棕色氣體生成，故答案為：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O；有紅棕色氣體生成

(2)儀器a為球形干燥管，二氧化氮的水溶液顯酸性，應該選用酸性干燥劑，由于濃硫酸具有強氧化性，可能會氧化二氧化氮，故不選，應該選用五氧化二磷，故選D；

(3)裝置Ⅱ中持續通入O3，為得到盡可能多的純凈的N2O5，溫度控制在24℃32℃。若干燥不完全，N2O5會與水反應生成硝酸，導致收集到的N2O5固體中含有液態物質，故答案為：干燥不完全，導致有硝酸生成；

(4)N2O5易溶于水，裝置Ⅲ可以起到安全瓶的作用、防止倒吸，故答案為：安全瓶、防止倒吸；

(5)①根據題意制備對硝基甲苯，可以由甲苯在催化劑時與N2O5反應得到，反應的化學方程式為+N2O5+H2O，故答案為：+N2O5+H2O；

②30 mL N2O5的CH2Cl2溶液(N2O5的濃度為lmol·L-1)中含有0.03molN2O5，理論上得到0.06mol對硝基甲苯，1.73g對硝基甲苯的物質的量為=mol，N2O5生成對硝基甲苯的轉化率為×100%=21.05%，故答案為：21.05%。