Question

20．有機(jī)物的反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)發(fā)生，因此需要分離提純．有一種水果香精的合成步驟如下：
Ⅰ合成：
在干燥的圓底燒瓶中加11.5mL（9.3g，0.125mol）正丁醇、7.2mL（7.5g，0.125mol）冰醋酸（乙酸）和3～4滴濃H₂SO₄，搖勻后，加幾粒沸石，再按圖1所示裝置安裝好．在分水器中預(yù)先加入5.00mL水，其水面低于分水去回流支管下沿3～5mm，然后用小火加熱，反應(yīng)大約40min．
Ⅱ分離提純：
①%2當(dāng)分水器中的液面不再升高時(shí)，冷卻，放出分水器中的水，把反應(yīng)后的溶液與分水器中的酯層合并，轉(zhuǎn)入分液漏斗中，用10mL10%碳酸鈉溶液洗至酯層無(wú)酸性（pH=7），充分震蕩后靜置，分去水層．
②將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無(wú)水硫酸鎂干燥（生成MgSO₄•7H₂O晶體）
③將乙酸正丁酯粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)入50mL蒸餾燒瓶中，加幾粒沸石進(jìn)行常壓蒸餾，收集產(chǎn)品，主要試劑及產(chǎn)物的物理常數(shù)如下：

化合物	正丁醇	冰醋酸	乙酸正丁酯	正丁醚
密度/（g/mL）	0.810	1.049	0.882	0.7689
沸點(diǎn)/℃	117.8	118.1	126.1	143
在水中的溶解性	易溶	易溶	難溶	難溶

制備過(guò)程中還可能存在的副反應(yīng)有
2CH₃CH₂CH₂CH₂OH $?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題：
（1）寫出合成乙酸正丁酯的化學(xué)方程式CH₃CH₂CH₂CH₂OH+CH₃COOH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O．
（2）如圖1整個(gè)裝置可看作由分水器、圓底燒瓶和冷凝管組成，其中冷水應(yīng)從b（填a或b）管口通入．
（3）步驟①中碳酸鈉溶液的作用主要是除去硫酸、乙酸、正丁醇．
（4）在操作步驟②后（即酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后），應(yīng)先過(guò)濾（填實(shí)驗(yàn)操作名稱），然后將乙酸正丁酯粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)入蒸餾燒瓶中，如果蒸餾裝置如圖2所示，則收集到的產(chǎn)品中可能混有正丁醚雜質(zhì)．
（5）步驟③的常壓蒸餾，需控制一定的溫度，你認(rèn)為在bd中加熱比較合適（請(qǐng)從下列選項(xiàng)中選擇）．
A．水       B．甘油（沸點(diǎn)290℃）       C．沙子      D．石蠟油（沸點(diǎn)200～300℃）
（6）反應(yīng)結(jié)束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g/mL），則正丁醇的轉(zhuǎn)化率約為88%．

Answer 1

分析 （1）正丁醇與冰醋酸在濃H₂SO₄加熱條件下發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸正丁酯和水；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，有利于冷卻；
（3）乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇和硫酸雜質(zhì)，其中正丁醇、硫酸易溶于水，而乙酸正丁酯難溶，乙酸可與飽和碳酸鈉反應(yīng)，以此解答該題．
（4）酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后，應(yīng)過(guò)濾除去干燥劑；反應(yīng)中發(fā)生副反應(yīng)得到正丁醚，而正丁醚難溶，正丁醇、醋酸溶于水，制備的物質(zhì)中含有正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸點(diǎn)是126.1℃，選擇沸點(diǎn)稍高的液體加熱；
（6）計(jì)算生成水的質(zhì)量，根據(jù)方程式計(jì)算參加反應(yīng)正丁醇的產(chǎn)量，正丁醇的轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的質(zhì)量}{投入的總質(zhì)量}$×100%．

解答 解：（1）正丁醇與冰醋酸在濃H₂SO₄加熱條件下發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸正丁酯和水，化學(xué)方程式為CH₃CH₂CH₂CH₂OH+CH₃COOH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O，
故答案為：CH₃CH₂CH₂CH₂OH+CH₃COOH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O；
（2）冷凝管采取逆流原理通入冷凝水，其中冷水應(yīng)從b管口通入，從a管中流出，有利于冷卻，
故答案為：b；
（3）乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇和硫酸雜質(zhì)，乙酸正丁酯不溶于飽和碳酸鈉溶液，而正丁醇、硫酸易溶，乙酸可與碳酸鈉反應(yīng)而被吸收，可用飽和碳酸鈉溶液除去乙酸正丁酯中乙酸、正丁醇和硫酸雜質(zhì)，故答案為：硫酸、乙酸、正丁醇；
（4）酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后，應(yīng)過(guò)濾除去干燥劑；正丁醇和乙酸易溶于水，在用水洗、10%碳酸鈉溶液洗時(shí)，已經(jīng)被除去，正丁醚與乙酸丁酯互溶，水洗和10%碳酸鈉溶液洗時(shí)不能除去，所以蒸餾時(shí)會(huì)有少量揮發(fā)進(jìn)入乙酸丁酯，則乙酸正丁酯的雜質(zhì)為正丁醚，
故答案為：過(guò)濾；正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸點(diǎn)是126.1℃，選擇沸點(diǎn)稍高的液體加熱，所以可以在甘油和石蠟油中加熱，水的沸點(diǎn)為100℃，加熱溫度太低，用砂子加熱溫度太高不易控制，
故選：bd；
（6）反應(yīng)結(jié)束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g•mL^-1），則反應(yīng)生成的水為6.98mL-5.00mL=1.98mL，即1.98g，設(shè)參加反應(yīng)的正丁醇為x，
CH₃COOH+CH₃CH₂CH₂CH₂OH$?_{△}^{濃硫酸}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
                      74                                                                18
                      x                                                             1.98g
則x=$\frac{74×1.98g}{18g}$=8.14g，
則正丁醇的正丁醇的轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的質(zhì)量}{投入的總質(zhì)量}$×100%=$\frac{8.14g}{9.3g}$×100%=88%，
故答案為：88%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查有機(jī)物制備實(shí)驗(yàn)，涉及實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)原理、物質(zhì)的性質(zhì)的應(yīng)用、分離提純、有關(guān)方程式的計(jì)算等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和數(shù)據(jù)處理能力．