Question

20．有機物的反應往往伴隨副反應發(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，反應大約40min．
Ⅱ分離提純：
①%2當分水器中的液面不再升高時，冷卻，放出分水器中的水，把反應后的溶液與分水器中的酯層合并，轉入分液漏斗中，用10mL10%碳酸鈉溶液洗至酯層無酸性（pH=7），充分震蕩后靜置，分去水層．
②將酯層倒入小錐形瓶中，加少量無水硫酸鎂干燥（生成MgSO₄•7H₂O晶體）
③將乙酸正丁酯粗產品轉入50mL蒸餾燒瓶中，加幾粒沸石進行常壓蒸餾，收集產品，主要試劑及產物的物理常數如下：

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/℃	117.8	118.1	126.1	143
在水中的溶解性	易溶	易溶	難溶	難溶

制備過程中還可能存在的副反應有
2CH₃CH₂CH₂CH₂OH $?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃CH₂CH₂CH₂OCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O
根據以上信息回答下列問題：
（1）寫出合成乙酸正丁酯的化學方程式CH₃CH₂CH₂CH₂OH+CH₃COOH$?_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃+H₂O．
（2）如圖1整個裝置可看作由分水器、圓底燒瓶和冷凝管組成，其中冷水應從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（即酯層用無水硫酸鎂干燥后），應先過濾（填實驗操作名稱），然后將乙酸正丁酯粗產品轉入蒸餾燒瓶中，如果蒸餾裝置如圖2所示，則收集到的產品中可能混有正丁醚雜質．
（5）步驟③的常壓蒸餾，需控制一定的溫度，你認為在bd中加熱比較合適（請從下列選項中選擇）．
A．水       B．甘油（沸點290℃）       C．沙子      D．石蠟油（沸點200～300℃）
（6）反應結束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g/mL），則正丁醇的轉化率約為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，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，以此解答該題．
（4）酯層用無水硫酸鎂干燥后，應過濾除去干燥劑；反應中發(fā)生副反應得到正丁醚，而正丁醚難溶，正丁醇、醋酸溶于水，制備的物質中含有正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸點是126.1℃，選擇沸點稍高的液體加熱；
（6）計算生成水的質量，根據方程式計算參加反應正丁醇的產量，正丁醇的轉化率=$\frac{參加反應的質量}{投入的總質量}$×100%．

解答 解：（1）正丁醇與冰醋酸在濃H₂SO₄加熱條件下發(fā)生酯化反應生成乙酸正丁酯和水，化學方程式為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，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，故答案為：硫酸、乙酸、正丁醇；
（4）酯層用無水硫酸鎂干燥后，應過濾除去干燥劑；正丁醇和乙酸易溶于水，在用水洗、10%碳酸鈉溶液洗時，已經被除去，正丁醚與乙酸丁酯互溶，水洗和10%碳酸鈉溶液洗時不能除去，所以蒸餾時會有少量揮發(fā)進入乙酸丁酯，則乙酸正丁酯的雜質為正丁醚，
故答案為：過濾；正丁醚；
（5）乙酸正丁酯的沸點是126.1℃，選擇沸點稍高的液體加熱，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）反應結束后，若放出的水為6.98mL（水的密度為1g•mL^-1），則反應生成的水為6.98mL-5.00mL=1.98mL，即1.98g，設參加反應的正丁醇為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化率=$\frac{參加反應的質量}{投入的總質量}$×100%=$\frac{8.14g}{9.3g}$×100%=88%，
故答案為：88%．

點評 本題考查有機物制備實驗，涉及實驗操作、實驗原理、物質的性質的應用、分離提純、有關方程式的計算等，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力和數據處理能力．