Question

【題目】對硝基甲苯()是醫藥、染料等工業的一種重要有機中間體，一種制備對硝基甲苯的實驗步驟如下：

步驟1：向三頸燒瓶中加入甲苯（液態），以發煙硝酸為硝化劑，固體NaHSO4為催化劑（可循環使用），以CCl4為溶劑，乙酸酐為脫水劑（與水反應生成乙酸），45℃下攪拌、回流1h。實驗裝置如圖所示（加熱和儀器固定裝置均已略去）。

步驟2反應結束后，過濾，濾液分別用5%NaHCO3溶液、水洗至中性。

步驟3:所得液體再經分離提純得到對硝基甲苯。

（1）裝置中，冷卻水應從______________（填“a”或“b”)口通入。

（2）反應須控制在45℃下進行的原因是______________。

（3）步驟2中，過濾所得濾渣是______________（填化學式）；對濾液進行洗滌可用下列裝置中的______________（填字母）。

（4）表中所給出了催化劑種類及用量對甲苯硝化反應影響的實驗結果。

催化劑	n(催化劑)	硝化產物中各種異構體質量分數（％）			總產率（％）
	n(甲苯)	對硝基甲苯	鄰硝基甲苯	間硝基甲苯
濃H2SO4	1.0	35.6	60.2	4.2	98.0
	1.2	36.5	59.5	4.0	99.8
NaHSO4	0.15	44.6	55.l	0.3	98.9
	0.25	46.3	52.8	0.9	99.9
	0.32	47.9	51.8	0.3	99.9
	0.36	45.2	54.2	0.6	99.9

已知：對硝基甲苯、鄰硝基甲苯和間硝基甲苯的沸點分別為238.5℃、222℃和230.5℃。

①NaHSO4催化制備對硝基甲苯時，催化劑與甲苯的最佳物質的量之比為______________，

②與濃硫酸作催化劑相比，NaHSO4作催化劑的優點有______________、______________。

③步驟3中，從三種異構體的混合物中分離出對硝基甲苯的方法為______________。

Answer 1

【答案】a 減少反應物的揮發和分解．提高反應物的利用率，減少副反應的發生．提高產率 NaHSO4 B 0.32 產物中對硝基甲苯比例高；催化劑用量少 催化劑能循環使用 蒸餾

【解析】

（1）冷卻水低進高出，可以提高冷凝效果；

(2)硝酸易分解、揮發；

(3) 固體NaHSO4難溶于有機物；對硝基甲苯等有機物是難溶于水的液體；

（4）①制備對硝基甲苯時，對硝基甲苯的比例越大越好；

②由表格數據可知，固體NaHSO4為催化劑，對硝基甲苯的比例高；固體NaHSO4易分離；

③對硝基甲苯、鄰硝基甲苯和間硝基甲苯的沸點不同；

（1）冷卻水低進高出，可以提高冷凝效果，冷卻水應從a口通入；

(2) 為減少反應物的揮發和分解，提高反應物的利用率，反應須控制在45℃下進行 ；

(3) 固體NaHSO4為催化劑，難溶于有機物，所以步驟2中，過濾所得濾渣是NaHSO4；對硝基甲苯等有機物是難溶于水的液體，用5%NaHCO3溶液、水洗滌后需要分液，故選B；

（4）①制備對硝基甲苯，對硝基甲苯的比例越大越好，所以NaHSO4催化制備對硝基甲苯時，催化劑與甲苯的最佳物質的量之比為0.32；

②由表格數據可知，固體NaHSO4為催化劑，產物中對硝基甲苯比例高；固體NaHSO4易分離，能循環使用；

③對硝基甲苯、鄰硝基甲苯和間硝基甲苯的沸點不同，從三種異構體的混合物中分離出對硝基甲苯的方法為蒸餾。