Question

12．某化學(xué)小組以苯甲酸的粗產(chǎn)品作為原料（含少量溶解度隨溫度變化影響較小的可溶物以及泥沙），提純獲得純凈的苯甲酸，再進(jìn)行制取苯甲酸甲酯的實(shí)驗(yàn)．已知苯甲酸的溶解度如下表：

溫度	25℃	50℃	95℃
溶解度	0.17g	0.95g	6.8g

I．提純苯甲酸產(chǎn)品
某同學(xué)為了提純某苯甲酸樣品，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
（1）室溫時(shí)，取少量樣品放入燒杯，加入100mL蒸餾水充分?jǐn)嚢瑁�發(fā)現(xiàn)樣品幾乎沒溶解；將燒杯放在石棉網(wǎng)上加熱，待樣品充分溶解后，再加入少量蒸餾水，然后趁熱過濾．趁熱過濾的目的是濾除去不溶于水的雜質(zhì)，并避免溶質(zhì)因溫度降低析出而造成損失；將所得濾液冷卻至室溫，使苯甲酸以晶體形式析出，然后過濾得到較純凈的苯甲酸晶體；
II．合成苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品（已知部分物質(zhì)的沸點(diǎn)如下表）

物質(zhì)	甲醇	苯甲酸	苯甲酸甲酯
相對(duì)分子質(zhì)量	34	122	136
沸點(diǎn)/℃	64.7	249	199.6

在燒瓶中加入12.2g 苯甲酸和20mL 甲醇（密度約0.79g•mL^-1），再小心加入3mL 濃硫酸，混勻后，投人幾粒碎瓷片，小心加熱使反應(yīng)完全，得苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品．
（2）濃硫酸的作用是催化劑和吸水劑；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：C₆H₅-CO¹⁸OH+CH₃OH?C₆H₅-COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）甲和乙兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖1兩套實(shí)驗(yàn)室合成苯甲酸甲酯的裝置（夾持儀器和加熱儀器均已略去）．選擇適當(dāng)?shù)难b置（甲或乙），并說明你選擇理由甲中有冷凝回流裝置_；若要提高苯甲酸甲酯的產(chǎn)率，可采取的措施及時(shí)分離出產(chǎn)物苯甲酸甲酯（答案合理即可）；（至少寫出一條措施）．
III．粗產(chǎn)品的精制
苯甲酸甲酯粗產(chǎn)品中往往含有少量甲醇、硫酸、苯甲酸和水等，現(xiàn)擬用下列流程圖如圖2進(jìn)行精制．

（4）以上流程圖a、b所代表的實(shí)驗(yàn)操作為a：分液b：蒸餾；
（5）通過計(jì)算，苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為65.0%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）溫度低時(shí)苯甲酸溶解度很低，易析出過濾會(huì)使其損失；
（2）根據(jù)酯化反應(yīng)中濃硫酸的作用進(jìn)行解答；酯化反應(yīng)機(jī)理為酸脫羥基醇脫氫，據(jù)此寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)甲圖、乙圖裝置的圓底燒瓶上沒有冷凝管及甲醇易揮發(fā)進(jìn)行分析；
（4）操作a用于分離有機(jī)物層和溶液，操作b用于分離沸點(diǎn)不同的物質(zhì)；
（5）產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%，根據(jù)反應(yīng)物的物質(zhì)的量判斷過量，根據(jù)不足量計(jì)算出理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量，再計(jì)算出其產(chǎn)率．

解答 解：（1）溫度低時(shí)苯甲酸溶解度很低，易析出過濾會(huì)使其與泥沙混合濾出導(dǎo)致其損失，濾液冷卻至室溫時(shí)，由于苯甲酸在水中溶解的質(zhì)量減小，降溫使其析出會(huì)得到較純凈的苯甲酸晶體，
故答案為：濾除去不溶于水的雜質(zhì)，并避免溶質(zhì)因溫度降低析出而造成損失；冷卻至室溫；
（2）濃硫酸在酯化反應(yīng)中起到了催化劑作用，酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，濃硫酸吸收反應(yīng)生成的水，可以促進(jìn)酯的生成，濃硫酸起到了吸水劑的作用；苯甲酸與甲醇在濃硫酸作用下的酯化反應(yīng)為：苯甲酸脫去羥基，據(jù)此脫去羥基中的氫原子，二者反應(yīng)生成苯甲酸甲酯，所以水中¹⁸O原子來自苯甲酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C₆H₅-CO¹⁸OH+CH₃OH?C₆H₅-COOCH₃+H₂¹⁸O；
故答案為：催化劑和吸水劑；C₆H₅-CO¹⁸OH+CH₃OH?C₆H₅-COOCH₃+H₂¹⁸O；
（3）由裝置圖可知，甲圖的圓底燒瓶上有冷凝管，充分起到回流作用，乙圖沒有，而本題中反應(yīng)物甲醇沸點(diǎn)低，苯甲酸、苯甲酸甲酯的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于甲醇，若采用乙圖，甲醇必定會(huì)大量揮發(fā)，不利于合成反應(yīng)，所以應(yīng)冷凝回流，減少甲醇的揮發(fā)，提高產(chǎn)率；及時(shí)分離出產(chǎn)物苯甲酸甲酯（答案合理即可）；
故答案為：甲； 甲中有冷凝回流裝置；及時(shí)分離出產(chǎn)物苯甲酸甲酯（答案合理即可）；
（4）苯甲酸甲酯不溶于水，操作a，分離出互不相溶的液體，通常采用分液操作完成；操作b，甲醇和苯甲酸甲酯相互溶解，利用二者沸點(diǎn)不同，可以通過蒸餾操作分離，
故答案為：分液、蒸餾；
（5）12.2g苯甲酸的物質(zhì)的量為：$\frac{12.2g}{122g/mol}$=0.1mol，20mL甲醇（密度約0.79g/mL）的物質(zhì)的量為：$\frac{0.79g/mL×20mL}{32g/mol}$=0.49mol＞0.1mol，
則理論上生成苯甲酸甲酯的物質(zhì)的量為：0.1mol，質(zhì)量為：136g/mol×0.1mol=13.6g，則苯甲酸甲酯的產(chǎn)率為：$\frac{8.84g}{13.6g}$×100%=65.0%，
故答案為：65.0%．

點(diǎn)評(píng) 本題通過苯甲酸甲酯的制備方法，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，題目難度中等，明確物質(zhì)的制備原理為解答此類題的關(guān)鍵，該題為乙酸乙酯的制備知識(shí)的遷移題目，充分考查了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．