Question

TMB是一種新型指紋檢測的色原試劑，由碳、氫、氮三種元素組成，與氫氣的相對分子質(zhì)量之比為120．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲利用下列儀器測定TMB的分子式．其主要過程為在足量氧氣流中將4.80g TMB樣品氧化（氮元素轉(zhuǎn)化為N₂），再利用吸收劑分別吸收水蒸氣和CO₂．請從圖中選擇適當(dāng)?shù)难b置（裝置符合氣密性要求，加熱裝置等已略去，其他用品可自選）．
（1）將所選用的儀器（可重復(fù)選用）連接順序由上到下依次填入下表，并寫出該儀器中應(yīng)加入的試劑的名稱及作用．

選用的儀器	加入試劑	加入試劑的作用
C	H2O2溶液與MnO2	產(chǎn)生氧氣
D	CuO粉末	將可能生成的CO轉(zhuǎn)化為CO2

（2）實(shí)驗(yàn)后稱得A及以后的裝置（均用A裝置并假設(shè)每次吸收均是完全的）質(zhì)量依次增加3.60g、14.08g、0.14g，則TMB的分子式為

 

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Answer 1

考點(diǎn)：有機(jī)物實(shí)驗(yàn)式和分子式的確定

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）實(shí)驗(yàn)原理：將TMB用氧氣氧化為二氧化碳、水和氮?dú)�，再利用吸收劑分別吸收水和二氧化碳，以確定其中所含碳、氫、氮原子的比例關(guān)系．在整個實(shí)驗(yàn)中，要求碳元素全部以二氧化碳形式出現(xiàn)，因此在氧化后需要用氧化銅作最后保障；為防止氧氣產(chǎn)生時所帶水蒸氣的影響，要先對氧氣進(jìn)行干燥，選擇干燥劑需考慮所提要求“實(shí)驗(yàn)后稱得A裝置從用的先后順序排列質(zhì)量分別增加3.60g和14.08g”，因此干燥氧氣選擇干燥劑B；利用吸收劑分別吸收水和CO₂需考慮試劑影響，先吸收水后吸收CO₂；
（2）根據(jù)A裝置增加14.08g可以求出樣品中C元素的物質(zhì)的量，A裝置增加3.60g可以求出樣品中H元素的物質(zhì)的量，再根據(jù)樣品的總質(zhì)量4.80g可以求出樣品中N元素的物質(zhì)的量，則TMB分子中碳、氫、氮的原子個數(shù)比就可以求出，根據(jù)相對分子質(zhì)量之比算出相對分子質(zhì)量，結(jié)合原子個數(shù)比計算出分子式．

解答： 解：（1）實(shí)驗(yàn)原理：將TMB用氧氣氧化為二氧化碳、水和氮?dú)�，再利用吸收劑分別吸收水和二氧化碳，以確定其中所含碳、氫、氮原子的比例關(guān)系．在整個實(shí)驗(yàn)中，要求碳元素全部以二氧化碳形式出現(xiàn)，因此在氧化后需要用氧化銅作最后保障；為防止氧氣產(chǎn)生時所帶水蒸氣的影響，要先對氧氣進(jìn)行干燥，選擇干燥劑需考慮所提要求“實(shí)驗(yàn)后稱得A裝置從用的先后順序排列質(zhì)量分別增加3.60g和14.08g”，因此干燥氧氣選擇干燥劑B；利用吸收劑分別吸收水和CO₂需考慮試劑影響，先吸收水后吸收CO₂，則連接順序?yàn)椋?br />

選用的儀器	加入試劑	加入試劑的作用
C	H2O2溶液與MnO2	產(chǎn)生氧氣
B	濃H2SO4	干燥氧氣
D	TMB	TMB氧化成CO2、H2O和N2
D	CuO	保證C全部轉(zhuǎn)化為CO2
A	CaCl2	吸收水分
A	NaOH	吸收CO2
A	堿石灰	防止空氣中的CO2和H2O進(jìn)入裝置中

故答案為：

選用的儀器	加入試劑	加入試劑的作用
C	H2O2溶液與MnO2	產(chǎn)生氧氣
B	濃H2SO4	干燥氧氣
D	TMB	TMB氧化成CO2、H2O和N2
D	CuO	保證C全部轉(zhuǎn)化為CO2
A	CaCl2	吸收水分
A	NaOH	吸收CO2
A	堿石灰	防止空氣中的CO2和H2O進(jìn)入裝置中

（2）實(shí)驗(yàn)后稱得A裝置從用的先后順序排列質(zhì)量分別增加3.60g、14.08g、0.14g，則m（H₂O）=3.60g，m（CO₂）=14.08g，而0.14g為空氣中的CO₂和H₂O進(jìn)入裝置中的質(zhì)量，則
n（H₂O）=

3.6g

18g/mol

=0.2mol，n（H）=0.4mol，m（H）=0.4g，
n（CO₂）=

14.08g

44g/mol

=0.32mol，n（C）=0.32mol，m（C）=0.32mol×12g/mol=3.84g，
所以m（N）=4.80g-0.4g-3.84g=0.56g，
n（N）=

0.56g

14g/mol

=0.04mol，
則：n（C）：n（H）：n（N）=0.32mol：0.4mol：0.04mol=8：10：1，
TMB的相對分子質(zhì)量為：2×120=240，設(shè)分子式為：C_8nH_10nN_n，則有：12×8n+10n+14n=240，解得n=2，所以分子式為C₁₆H₂₀N₂，
故答案為：C₁₆H₂₀N₂．

點(diǎn)評：本題以定量實(shí)驗(yàn)為立意，確定有機(jī)物的分子組成，題目難度較大，本題易錯點(diǎn)為（1），注意實(shí)驗(yàn)的設(shè)計原理和操作步驟．