Question

3．乙酸正丁酯是一種水果香味的無色透明液體，常用于調(diào)制香料和藥物．實(shí)驗(yàn)室用正丁醇和乙酸制備，反應(yīng)原理如下：
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH?△濃H2SO4CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
某興趣小組擬用如圖裝置制備少量乙酸正丁酯：
步驟1：加料．向干燥的100ml圓底燒瓶中加入37ml正丁醇、22ml冰醋酸及10滴濃硫酸（試劑加入順序未確定），搖勻后，加入幾粒沸石．然后安裝分水器（先在分水器上端小心加水至分水器支管口處，然后再放出1～2ml的水）及回流冷凝管．
步驟2：加熱回流．通過活塞控制分水器中水層液面的高度．反應(yīng)完畢，停止加熱．
步驟3：冷卻（不可以拆卸回流冷凝管）．冷卻至室溫后，將燒瓶中的混合物與分水器中的酯層合并，轉(zhuǎn)入分液漏斗中．
步驟4：依次用10ml水，10ml 10%碳酸鈉溶液洗至中性（pH=7），再水洗一次，向洗滌后的有機(jī)相中加入適量的無水硫酸鎂固體．放置一段時(shí)間后過濾、蒸餾、收集124～126℃餾分，得產(chǎn)品）
步驟5：用一干燥的小燒杯稱產(chǎn)品，重量為29.0g．
相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)如表：

物質(zhì)名稱	沸點(diǎn)/℃	熔點(diǎn)/℃	密度/g•cm-3	水中溶解度
正丁醇	117.3	-89.5	0.80	7.1g/100g
乙酸	118	16.6	1.0492	互溶
乙酸正丁酯	126.1	-78	0.8826	1.4g/100g

根據(jù)題意完成下列填空：
（1）加料時(shí)，三種試劑的加入順序?yàn)檎�丁醇、冰醋酸、濃硫酸�?br />（2）該實(shí)驗(yàn)中，冷凝水從a（填“a”或“b”）口通入，使用分水器的目的是及時(shí)分離出產(chǎn)物水，使化學(xué)平衡向生成酯的方向移動，提高酯的產(chǎn)率．
（3）步驟2中判斷反應(yīng)結(jié)束的現(xiàn)象是分離器中水層高度不再變化．
（4）步驟3中從分液漏斗中得到酯的操作打開分液漏斗活塞，讓水層從分液漏斗下口流出，酯層從上口倒出，用10% Na₂CO₃溶液洗滌有機(jī)相，是為了除去有機(jī)相中的H₂SO₄和CH₃COOH（填結(jié)構(gòu)簡式）．
（5）步驟4中加入無水硫酸鎂固體的作用是除去有機(jī)相中殘留的水．
（6）實(shí)驗(yàn)中正丁醇的轉(zhuǎn)化率為65%．

Answer 1

分析 （1）試劑添加試劑的順序是先加密度小的物質(zhì)，再加入密度大的物質(zhì)；
（2）冷凝管中水流應(yīng)是逆流冷凝效果好，酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)分離生成的水促使平衡正向進(jìn)行，分離生成的水使酯化反應(yīng)正向進(jìn)行；
（3）保持分水器中水層液面原來的高度，分水器中的水層不再增加時(shí)達(dá)到平衡；
（4）酯不溶于水在水溶液中分層靜置后減小分液，酯在上層，水在下層，依據(jù)“上吐下瀉”分離；飽和碳酸鈉溶液中和乙酸發(fā)生反應(yīng)生成醋酸鈉水和二氧化碳；
（5）MgSO₄固體吸收粗酯中有水分；
（6）用一干燥的小燒杯稱產(chǎn)品，重量為29.0g，結(jié)合化學(xué)方程式計(jì)算：CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH?CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗\\;量}{起始量}$×100%；

解答 解：（1）加料是先加密度小的物質(zhì)，再加入密度大的物質(zhì)，向干燥的100ml圓底燒瓶中加入37ml正丁醇、22ml冰醋酸及10滴濃硫酸，
故答案為：丁醇、冰醋酸、濃硫酸；
（2）實(shí)驗(yàn)中冷凝管中水流應(yīng)是逆流冷凝效果好，冷凝水從a通入，酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，分離生成物會促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行，所以分離出酯化反應(yīng)生成的水，提高反應(yīng)產(chǎn)率，
故答案為：a；及時(shí)分離出產(chǎn)物水，使化學(xué)平衡向生成酯的方向移動，提高酯的產(chǎn)率；
（3）在反應(yīng)過程中，通過分水器下部的旋塞分出生成的水，注意保持分水器中水層液面原來的高度，使油層盡量回到圓底燒瓶中．反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)后，分水器中的水層不再增加時(shí)，反應(yīng)結(jié)束；
故答案為：分離器中水層高度不再變化；
（4）酯不溶于水在水溶液中分層靜置后減小分液，酯在上層，水在下層，依據(jù)“上吐下瀉”分離，步驟2中從分液漏斗中得到酯的操作是，打開分液漏斗活塞，讓水層從分液漏斗下口流出，酯層從上口倒出；飽和碳酸鈉溶液中和乙酸發(fā)生反應(yīng)生成醋酸鈉水和二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為：2CH₃COOH+CO₃^2-=2CH₃COO^-+CO₂↑+H₂O，和硫酸反應(yīng)，用10% Na₂CO₃溶液洗滌有機(jī)相，是為了除去有機(jī)相中的H₂SO₄和CH₃COOH，
故答案為：打開分液漏斗活塞，讓水層從分液漏斗下口流出，酯層從上口倒出；H₂SO₄和CH₃COOH；
（5）MgSO₄固體吸收粗酯中有水分，所以驗(yàn)中加入無水硫酸鎂的作用是除水或干燥，故答案為：除去有機(jī)相中殘留的水；
（6）用一干燥的小燒杯稱產(chǎn)品，重量為29.0g，結(jié)合化學(xué)方程式計(jì)算：
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH?CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
                        74                             116
                         m                             29g
m=18.5g
正丁醇的轉(zhuǎn)化率=$\frac{18.5g}{29g}$×100%=62.5%，
故答案為：62.5%；

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)過程分析和實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)，物質(zhì)分離的試劑選擇和作用理解，實(shí)驗(yàn)化學(xué)來源于常規(guī)實(shí)驗(yàn)和基本操作的綜合應(yīng)用，題目難度中等．