Question

【題目】氧化石墨烯具有優良的生物親和性和親水性，可通過下列實驗方法制得（裝置如圖所示）：

①低溫階段：控溫0℃，燒瓶中加入3g石墨烯、12 g KMnO4和100 mL濃硫酸，攪拌反應20 min；

②中溫階段：水浴控溫15℃，反應2 h；再控濕35℃，反應40 min；

③高溫階段：用220 mL高純水稀釋反應液，控溫80℃，反應20 min，再滴入10 mL 30%H2O2溶液，控溫45℃，待膠體變為金黃色，靜置24 h；傾出上層清液，用鹽酸洗滌下層沉淀，過濾、高純水洗滌、真空干燥，得到氧化石墨烯。

回答下列問題：

（1）將石墨中的層狀結構剝離就能得到石墨烯，石墨烯的化學成分是_______（寫名稱）。

（2）“低溫階段”控溫0℃的方法是____________。

（3）裝置B裝入酸性KMnO4溶液，其目的是_________；裝置C用于檢測CO2的生成，則判斷有CO2生成的實驗現象是_______________。

（4）“高溫階段”中，控溫80℃之前，必須加入高純水稀釋反應液，稀釋的操作方法是_______。“高溫階段”若溫度過高，反應液極易發生“暴沸”而導致實驗失敗，其原因是__________。

（5）“高溫階段”滴入10 mL 30% H2O2溶液的目的是為了除去過量的KMnO4，反應的化學方程式為______________。

Answer 1

【答案】 碳 用冰水浴控溫 吸收可能生成的SO2氣體 澄清的石灰水變渾濁 將燒瓶從鐵架臺上取下，將反應液緩緩沿著玻璃棒倒入裝有220mL高純水的燒杯中，不斷攪拌，稀釋完畢后，再將稀釋液倒入燒瓶中 石墨烯具有極大的比表面積，溫度過高時極易發生劇烈氧化而產生大量氣體(如CO2和SO2等） 2KMnO4+3 H2SO4 +5 H2O2K2SO4+ 2MnSO4 +5O2↑+8H2O

【解析】試題分析：由于濃硫酸有強氧化性，所以在反應過程中，有可能把石墨烯氧化為二氧化碳氣體，濃度硫酸本身可以被還原為二氧化硫。

（1）將石墨中的層狀結構剝離就能得到石墨烯，所以石墨烯的化學成分和石墨相同，都是碳。

（2）“低溫階段”控溫0℃的方法是用冰水浴控溫。

（3）裝置B裝入酸性KMnO4溶液，其目的是吸收可能生成的SO2氣體；裝置C用于檢測CO2的生成，則判斷有CO2生成的實驗現象是澄清的石灰水變渾濁。

（4）“高溫階段”中，控溫80℃之前，必須加入高純水稀釋反應液，稀釋的操作方法是將燒瓶從鐵架臺上取下，將反應液緩緩沿著玻璃棒倒入裝有220mL高純水的燒杯中，不斷攪拌，稀釋完畢后，再將稀釋液倒入燒瓶中。“高溫階段”若溫度過高，反應液極易發生“暴沸”而導致實驗失敗，其原因是石墨烯具有極大的比表面積，溫度過高時極易發生劇烈氧化而產生大量氣體(如CO2和SO2等）。

（5）“高溫階段”滴入10 mL 30% H2O2溶液的目的是為了除去過量的KMnO4，反應的化學方程式為2KMnO4+3 H2SO4 +5 H2O2K2SO4+ 2MnSO4 +5O2↑+8H2O。