研究小组以无水甲苯为溶剂,PCl (易水解)和 N a N…——2022 高考化学第 16 题答案解析

2022_省自主命题(重庆)

2022 重庆 第 16 题 解答题 区分题
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16. 研究小组以无水甲苯为溶剂,PCl (易水解)和 ${ \mathrm { N a N } } _ { 3 }$ 为反应物制备米球状红磷。该红磷可提高钠离子电池的性能。

(1)甲苯干燥和收集的回流装置如图1所示(夹持及加热装置略)。以二苯甲酮为指示剂,无水时体系呈蓝色。

①存贮时,Na应保存在\_\_\_\_\_中。

②冷凝水的进口是 (填“a”或“b”)。

③用Na干燥甲苯的原理是\_\_ \_(用化学方程式表示)。

④回流过程中,除水时打开的活塞是\_\_\_\_\_;体系变蓝后,改变开关状态收集甲苯。

(2)纳米球状红磷的制备装置如图2所示(搅拌和加热装置略)。


图2

①在 $\mathbf { A r }$ 气保护下,反应物在A 装置中混匀后转入B装置,于 $2 8 0 ^ { \circ } \mathrm { C }$ 加热12小时,反应物完全反应。其化学反应方程式为\_\_\_\_\_。用Ar气赶走空气的目的是

②经冷却、离心分离和洗涤得到产品,洗涤时先后使用乙醇和水,依次洗去的物质是\_\_\_\_\_和\_

③所得纳米球状红磷的平均半径R与B装置中气体产物的压强p的关系如图3所示。欲控制合成R=125nm 的红磷,气体产物的压强为\_\_\_\_\_kPa,需 ${ \mathrm { N a N } } _ { 3 }$ 的物质的量为\_\_\_\_\_\_mol(保留3位小数)。已知:$\scriptstyle \mathtt { p } = \mathbf { a } \times \mathbf { n }$ ,其中 $\mathsf { a } { = } 2 . 5 { \times } 1 0 ^ { 5 } \mathrm { k P a } { \bullet } \mathrm { m o l } ^ { - 1 }$ ,n为气体产物的物质的量。


图3

参考答案

(1) ①. 煤油; (2) b; (3) $2 \mathrm { N } \mathrm { a } + 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } { = } 2 \mathrm { N a O H } { + } \mathrm { H } _ { 2 }$ ­; (4) $\mathrm { K } _ { 1 } , \ \mathrm { K } _ { 3 }$ (2) ①. $2 \mathrm { P C l } _ { 5 } + 1 0 \mathrm { N a N } _ { 3 } { = } 2 \mathrm { P } { + } 1 5 \mathrm { N } _ { 2 }$ ­ $+ 1 0 \mathrm { { N a C l } }$ ②. 防止 $\mathrm { P C l } _ { 5 }$ 遇空气中的水蒸气而发生水解③. 甲苯 ④. $\mathrm { N a C l }$; (5) $1 0 ^ { 4 }$; (6) 0.027

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【答案】(1) ①. 煤油 ②. b ③. $2 \mathrm { N } \mathrm { a } + 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } { = } 2 \mathrm { N a O H } { + } \mathrm { H } _ { 2 }$ ­ ④. $\mathrm { K } _ { 1 } , \ \mathrm { K } _ { 3 }$

(2) ①. $2 \mathrm { P C l } _ { 5 } + 1 0 \mathrm { N a N } _ { 3 } { = } 2 \mathrm { P } { + } 1 5 \mathrm { N } _ { 2 }$ ­ $+ 1 0 \mathrm { { N a C l } }$ ②. 防止 $\mathrm { P C l } _ { 5 }$ 遇空气中的水蒸气而发生水解③. 甲苯 ④. $\mathrm { N a C l }$ ⑤. $1 0 ^ { 4 }$ ⑥. 0.027

【解析】

【分析】本实验要用无水甲苯作溶剂,故需要先制备无水甲苯,图 1 装置中Na 与水反应除去水,生成的$\mathrm { H } _ { 2 }$ 从 $\mathrm { K } _ { 2 }$ 排出,待水反应完后,打开 $\mathrm { K } _ { 1 }$ 收集无水甲苯;图 2 中将甲苯和 ${ \mathrm { N a N } } _ { 3 }$ 加入三颈瓶中,然后通入 Ar排出装置中的空气,再滴入 $\mathrm { P C l } _ { 5 }$ 和甲苯,混合均匀后,转移到反应釜中制备纳米球状红磷。

【小问 1 详解】

①钠在空气中容易反应,故应保存在煤油中;

②为了充分冷凝,冷凝水应从下口进上口出,故冷凝水的进口是b;

③ $\mathsf { N a }$ 与水反应可除去水,故用钠干燥甲苯的原理是 $2 \mathrm { N } \mathrm { a } + 2 \mathrm { H } \mathrm { \Omega } , \mathrm { O } = 2 \mathrm { N } \mathrm { a O H } + \mathrm { H }$ ­ ;

④回流过程中,打开活塞 $\mathrm { K } _ { 1 } , \ \mathrm { K } _ { 3 }$ ,使反应物冷凝后流回反应装置。

【小问 2 详解】

①根据题意可知,反应物为 $\mathrm { P C l } _ { 5 }$ 和 ${ \mathrm { N a N } } _ { 3 }$ ,产物为P,根据化合价的变化规律可知化学方程式为

$2 \mathrm { P C l } _ { 5 } + 1 0 \mathrm { N a N } _ { 3 } { = } 2 \mathrm { P } + 1 5 \mathrm { N } _ { 2 }$ ­ $+ 1 0 \mathrm { { N a C l } }$ ;由于 $\mathrm { P C l } _ { 5 }$ 易水解,故用Ar赶走空气的目的是防止 $\mathrm { P C l } _ { 5 }$ 遇空气中的水蒸气而发生水解。

②根据反应可知,得到的产物上沾有甲苯和NaCl,用乙醇洗去甲苯,用水洗去 $\mathrm { N a C l }$ 2

③R=125nm时可换算出横坐标为8,此时纵坐标对应的值为 10,故气体产物的压强为 $1 0 ^ { 4 } \mathrm { k P a }$ ;已知$\scriptstyle \mathtt { p } = \mathbf { a } \times \mathbf { n }$ ,其中 $\mathsf { a } { = } 2 . 5 { \times } 1 0 ^ { 5 } \mathrm { k P a } { \bullet } \mathrm { m o l } ^ { - 1 }$ $n { = } \frac { 1 0 ^ { 4 } \mathrm { k P a } } { 2 . 5 { \times } 1 0 ^ { 5 } \mathrm { k P a } \cdot \mathrm { m o l ^ { - 1 } } } { = } 0 . 0 4 \mathrm { m o l }$ ,根据反应$2 \mathrm { P C l } _ { 5 } + 1 0 \mathrm { N a N } _ { 3 } { = } 2 \mathrm { P } + 1 5 \mathrm { N } _ { 2 }$ ­ $+ 1 0 \mathrm { N a C l }$ 可知, $\mathrm { n ( N a N _ { 3 } ) { = } } \frac { 1 0 } { 1 5 } \mathrm { N } _ { 2 } { = } \frac { 1 0 } { 1 5 } \times 0 . 0 4 \mathrm { m o l } { = } 0 . 0 2 7 \mathrm { m o l } \mathrm { } .$

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