Question

5．乙酸乙酯是重要的有機合成中間體，廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)．某學(xué)生在實驗室利用如圖的實驗裝置制備乙酸乙酯并研究其反應(yīng)條件．

物質(zhì)	沸點/°C	密度/g?cm-3
乙醇	78.0	0.79
乙酸	117.9	1.05
乙酸乙酯	77.5	0.90
異戊醇	131	0.8123
乙酸異戊酯	142	0.8670

實驗步驟如下：
①配制反應(yīng)混合液：2mL濃H₂SO₄、3mL乙醇、2mL乙酸
②按圖連接實驗裝置并檢驗氣密性
③分別在試管1、試管2中加入反應(yīng)液
④用酒精燈微熱3min，再加熱使之微微沸騰3min
⑤分離提純乙酸乙酯
（1）在試管1中加入物質(zhì)分別是：碎瓷片（按著加入的先后順序?qū)懗雒�稱），乙醇過量的目的是：提高乙酸的轉(zhuǎn)化率；
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{[C{H}_{3}COOC{H}_{2}C{H}_{3}][{H}_{2}O]}{[CH{\;}_{3}COOH][C{H}_{{\;}_{3}}C{H}_{2}OH]}$；
（3）試管Ⅱ中所盛試劑為飽和碳酸鈉溶液，欲將其物質(zhì)分離使用的儀器為分液漏斗，在充分振蕩的過程中，發(fā)生的反應(yīng)為2CH₃COOH+Na₂CO₃═2CH₃COONa+CO₂↑+H₂O；
（4）為證明濃硫酸在該反應(yīng)中起到了催化劑和吸水劑的作用，某同學(xué)利用右圖所示裝置進行了以下四個實驗，實驗結(jié)束后充分振蕩試管Ⅱ再測有機層的厚度，實驗記錄如下：

實驗編號	試管Ⅰ中的試劑	測得有機層的厚度/cm
A	2mL乙醇、2mL乙酸、1mL 18mol/L濃硫酸	5.0
B	3mL乙醇、2mL乙酸	0.1
C	3mL乙醇、2mL乙酸、6mL 3mol/L硫酸	1.2
D	3mL乙醇、2mL乙酸、鹽酸	1.2

①實驗D的目的是與實驗C相對照，證明H⁺對酯化反應(yīng)具有催化作用．實驗D中應(yīng)加入鹽酸的體積和濃度分別是6mL和6mol/L；
②分析實驗A、C（填實驗編號）的數(shù)據(jù)，可以推測出濃硫酸的吸水性提高了乙酸乙酯的產(chǎn)率．濃硫酸的吸水性能夠提高乙酸乙酯產(chǎn)率的原因是濃硫酸可以吸收酯化反應(yīng)中生成的水，降低了生成物濃度使平衡向生成乙酸乙酯的方向移動；
③加熱有利于提高乙酸乙酯的產(chǎn)率，但實驗發(fā)現(xiàn)溫度過高乙酸乙酯的產(chǎn)率反而降低，可能的原因是大量乙酸、乙醇未經(jīng)反應(yīng)就脫離反應(yīng)體系；溫度過高發(fā)生其他反應(yīng)；
（5）若利用該裝置制備乙酸異戊酯，產(chǎn)物將主要在裝置中的得到，那么產(chǎn)率會低（“較高”或“偏低”）．

Answer 1

分析 （1）乙酸、乙醇在濃硫酸做催化劑條件下發(fā)生反應(yīng)生成乙酸乙酯，濃硫酸稀釋產(chǎn)生的量的熱，密度大于水，為防止酸液飛濺，應(yīng)先加入乙醇，然后在加入濃硫酸和乙酸；加熱濃硫酸、乙醇、乙酸混合液體容易發(fā)生爆沸；濃硫酸密度大，稀釋產(chǎn)生大量的熱，混合時應(yīng)將濃硫酸加入到乙醇中，以防酸液飛濺，乙酸易揮發(fā)，冷卻后再加入乙酸，據(jù)此判斷加入順序；可逆反應(yīng)中，增大一種反應(yīng)物的濃度可以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比；
（3）乙醇、乙酸易揮發(fā)，制備的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸，乙醇易溶于水，乙酸能夠與碳酸鈉溶液反應(yīng)，乙酸乙酯在飽和碳酸鈉溶液中溶解度不大，所以可以用飽和碳酸鈉溶液除去乙醇、乙酸，降低乙酸乙酯的溶解度；分離兩種互不相溶的液體應(yīng)選擇分液操作，用到的主要儀器為：分液漏斗；
（4）①通過對照實驗，證明H⁺對酯化反應(yīng)具有催化作用，應(yīng)保證氫離子濃度相等與物質(zhì)的量相等；
②對比濃硫酸、稀硫酸生成乙酸乙酯的量的多少，說明濃硫酸濃硫酸的吸水性能夠提高乙酸乙酯產(chǎn)率，根據(jù)平衡移動原理分析；
③乙酸、乙醇易揮發(fā)，也可能發(fā)生其它副反應(yīng)；
（5）依據(jù)乙酸異戊酯沸點結(jié)合化學(xué)平衡移動影響因素解答；

解答 解：（1）乙酸、乙醇在濃硫酸做催化劑條件下發(fā)生反應(yīng)生成乙酸乙酯，濃硫酸稀釋產(chǎn)生的量的熱，密度大于水，為防止酸液飛濺，應(yīng)先加入乙醇，然后在加入濃硫酸和乙酸，所以試管1中添加順序是先加入乙醇，再加入濃硫酸，最后加入乙酸，加熱濃硫酸、乙醇、乙酸混合液體容易發(fā)生爆沸，為防止發(fā)生爆沸應(yīng)加入：碎瓷片；濃硫酸密度大，應(yīng)將濃硫酸加入到乙醇中，以防酸液飛濺，乙酸易揮發(fā)，冷卻后再加入乙酸；添加順序依次3mL乙醇、2mL濃H₂SO₄、2mL乙酸；可逆反應(yīng)中，增大一種反應(yīng)物的濃度可以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，所以乙醇過量的目的是：提高乙酸的轉(zhuǎn)化率；
故答案為：乙醇、濃硫酸、乙酸、碎瓷片；3mL乙醇、2mL濃H₂SO₄、2mL乙酸；提高乙酸的轉(zhuǎn)化率；
（2）依據(jù)方程式：CH₃COOH（g）+CH₃CH₂OH（g）$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₃（g）+H₂O（g），可知反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{[C{H}_{3}COOC{H}_{2}C{H}_{3}][{H}_{2}O]}{[CH{\;}_{3}COOH][C{H}_{{\;}_{3}}C{H}_{2}OH]}$；
故答案為：$\frac{[C{H}_{3}COOC{H}_{2}C{H}_{3}][{H}_{2}O]}{[CH{\;}_{3}COOH][C{H}_{{\;}_{3}}C{H}_{2}OH]}$；
（3）乙醇、乙酸易揮發(fā)，制備的乙酸乙酯中含有乙醇和乙酸，乙醇易溶于水，乙酸能夠與碳酸鈉溶液反應(yīng)，方程式：2CH₃COOH+Na₂CO₃═2CH₃COONa+CO₂↑+H₂O，乙酸乙酯在飽和碳酸鈉溶液中溶解度不大，所以可以用飽和碳酸鈉溶液除去乙醇、乙酸，降低乙酸乙酯的溶解度；分離兩種互不相溶的液體應(yīng)選擇分液操作，用到的主要儀器為：分液漏斗；
故答案為：飽和碳酸鈉溶液；2CH₃COOH+Na₂CO₃═2CH₃COONa+CO₂↑+H₂O；分液漏斗；
（4）①通過對照實驗，證明H⁺對酯化反應(yīng)具有催化作用，應(yīng)保證氫離子濃度相等與物質(zhì)的量相等，故HCl的濃度為3mol/L×2=6mol/L，鹽酸體積為6mL，
故答案為：6；6；
②催化劑為濃硫酸生成有機層厚度比3mol•L^-1 H₂SO₄時生成有機層厚度厚，說明濃硫酸濃硫酸的吸水性能夠提高乙酸乙酯產(chǎn)率，原因是：濃硫酸可以吸收酯化反應(yīng)中生成的水，降低了生成物濃度使平衡向生成乙酸乙酯的方向移動，
故答案為：AC；濃硫酸可以吸收酯化反應(yīng)中生成的水，降低了生成物濃度使平衡向生成乙酸乙酯的方向移動；
③乙酸、乙醇易揮發(fā)，溫度過高大量乙酸、乙醇未經(jīng)反應(yīng)就脫離反應(yīng)體系，且溫度過高發(fā)生其他反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)率降低，故答案為：大量乙酸、乙醇未經(jīng)反應(yīng)就脫離反應(yīng)體系；溫度過高發(fā)生其他反應(yīng)；
（5）乙酸異戊酯沸點142度，加熱難以蒸發(fā)，所以主要在試管中得到，產(chǎn)物不能分離，生成物濃度增大，平衡逆向移動，抑制反應(yīng)進行，所以產(chǎn)率會低；
故答案為：試管；低；

點評 本題考查有機物制備實驗、探究實驗，（4）中注意利用控制變量法分析，綜合考查學(xué)生實驗?zāi)芰�、分析能力與知識遷移運用能力，難度中等，注意化學(xué)平衡移動影響因素．