Question

1．某化學(xué)小組以苯甲酸為原料制取苯甲酸甲酯．已知有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)和相對(duì)分子質(zhì)量如表：

物質(zhì)	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
沸點(diǎn)/℃	64.7	249	199.6
相對(duì)分子質(zhì)量	32	122	136

實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)裝置如圖：

（提示：苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等）
（1）簡(jiǎn)述第一步混合液體時(shí)，最后加入濃硫酸的理由是濃硫酸密度較大，且易于苯甲酸、甲醇混合放出大量熱量，甲醇易揮發(fā)．若反應(yīng)產(chǎn)物水分子中有同位素¹⁸O，寫出能表示反應(yīng)前后¹⁸O位置的化學(xué)方程式．
（2）反應(yīng)物CH₃OH應(yīng)過量，理由是該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，增加甲醇的量，使平衡向右移動(dòng)，有利于提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率．
（3）分液時(shí)上層液體從分液漏斗的上口出來，接受餾分時(shí)溫度控制在199.6℃左右．
（4）以上流程圖中加入Na₂CO₃的作用是通過反應(yīng)消耗硫酸、苯甲酸，降低苯甲酸甲酯的溶解度．
（5）通過計(jì)算，苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為65%．

Answer 1

分析 在濃硫酸作催化劑、加熱條件下，甲醇和苯甲酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成苯甲酸甲酯，冷卻后向燒瓶中加入水，將得到的混合溶液移置到分液漏斗中，然后進(jìn)行分液，將得到的上層液體倒入錐形瓶中，錐形瓶中加入飽和的碳酸鈉溶液，飽和的碳酸鈉溶液能抑制苯甲酸甲酯的溶解，能和苯甲酸、硫酸反應(yīng)生成鈉鹽，然后過濾，最后蒸餾得到粗產(chǎn)品；
（1）混合溶液時(shí)，先加入密度小的液體，后加入密度大的液體，且甲醇都易揮發(fā)；
二者在濃硫酸作催化劑、加熱條件下發(fā)生酯化反應(yīng)生成苯甲酸甲酯；
（2）該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物CH₃OH過量，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)；
（3）分液時(shí)上層液體從上口倒出，溫度計(jì)的溫度應(yīng)該大于苯甲酸甲酯的熔點(diǎn)而小于苯甲酸的熔點(diǎn)；
（4）Na₂CO₃溶液能消耗硫酸和苯甲酸，降低酯的溶解度；
（5）苯甲酸甲酯的產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際質(zhì)量}{理論質(zhì)量}×100%$．

解答 解：在濃硫酸作催化劑、加熱條件下，甲醇和苯甲酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成苯甲酸甲酯，冷卻后向燒瓶中加入水，將得到的混合溶液移置到分液漏斗中，然后進(jìn)行分液，將得到的上層液體倒入錐形瓶中，錐形瓶中加入飽和的碳酸鈉溶液，飽和的碳酸鈉溶液能抑制苯甲酸甲酯的溶解，能和苯甲酸、硫酸反應(yīng)生成鈉鹽，然后過濾，最后蒸餾得到粗產(chǎn)品；
（1）混合溶液時(shí)，先加入密度小的液體，后加入密度大的液體，苯甲酸、甲醇混合時(shí)放出大量熱量，甲醇易揮發(fā)，所以應(yīng)該最后加入濃硫酸；
二者在濃硫酸作催化劑、加熱條件下發(fā)生酯化反應(yīng)生成苯甲酸甲酯，反應(yīng)方程式為，
故答案為：濃硫酸密度較大，且易于苯甲酸、甲醇混合放出大量熱量，甲醇易揮發(fā)；；
（2）該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物CH₃OH過量，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，從而提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，增加甲醇的量，使平衡向右移動(dòng)，有利于提高苯甲酸的轉(zhuǎn)化率；
（3）分液時(shí)上層液體從分液漏斗的上口倒出，溫度計(jì)的溫度應(yīng)該大于苯甲酸甲酯的熔點(diǎn)而小于苯甲酸的熔點(diǎn)，所以溫度控制在199.6℃左右，故答案為：分液漏斗的上口；199.6℃左右；
（4）Na₂CO₃溶液能消耗硫酸和苯甲酸，降低酯的溶解度，
故答案為：通過反應(yīng)消耗硫酸、苯甲酸，降低苯甲酸甲酯的溶解度；
（5）苯甲酸的物質(zhì)的量=$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，甲醇的物質(zhì)的量=$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.5mol，根據(jù)方程式知，甲醇過量，應(yīng)該以苯甲酸為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，n（苯甲酸甲酯）=n（苯甲酸）=0.1mol，則苯甲酸甲酯的質(zhì)量=0.1mol×136g/mol=13.6g，苯甲酸甲酯的產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際質(zhì)量}{理論質(zhì)量}×100%$=$\frac{8.84g}{13.6g}×100%$=65%，
故答案為：65%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及實(shí)驗(yàn)基本操作、基本計(jì)算、反應(yīng)條件的判斷、物質(zhì)分離和提純等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理及物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)分離提純方法是解本題關(guān)鍵，注意冷凝管中水流方向，為易錯(cuò)點(diǎn)．