Question

實(shí)驗(yàn)室可用冰醋酸（CH₃COOH）和異戊醇（）合成乙酸異戊酯，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，操作過程如下：

①向圓底燒瓶中加入幾粒碎瓷片，先后注入15 mL（0.14 mol）異戊醇和20 mL（0.35 mol）冰醋酸，最后小心加入5 mL濃H₂SO₄，振蕩使其不再分層。

②在燒瓶上安裝水冷凝管，連好上、下水，后加熱裝置1 h冷卻至室溫。

③把燒瓶內(nèi)混合液倒入盛有飽和Na₂CO₃溶液的錐形瓶中，振蕩后靜置。

④把③中水層分離出后，再用蒸餾水洗滌有機(jī)層幾次，并將洗滌后水層分離出。

⑤將分離的有機(jī)層轉(zhuǎn)移到另一錐形瓶中，加入無水MgSO₄或Mg（NO₃）₂處理。最后將處理后的有機(jī)層經(jīng)135—143 ℃蒸餾，即得乙酸異戊酯產(chǎn)品。

試完成以下問題：

（1）寫出乙酸和異戊醇合成乙酸異戊酯的化學(xué)方程式________________________________，其中濃H₂SO₄的作用是____________________________________，燒瓶內(nèi)碎瓷片的作用是_______________________________。

（2）水冷凝器的作用是_____________，冷凝管的a口是冷卻水的_____________（填“進(jìn)口”“出口”）。

（3）乙酸和異戊醇物質(zhì)的量之比0.35∶0.14大于1∶1，其原因是_____________。

（4）③中飽和碳酸鈉的作用是_____________；⑤中無水MgSO₄或Mg（NO₃）₂的作用是_____________。

（5）步驟③的操作應(yīng)用_____________（填儀器名稱），洗滌分離出水層后，應(yīng)怎樣把有機(jī)層轉(zhuǎn)移至錐形瓶里_____________。

Answer 1

解析：此題是有關(guān)有機(jī)物制備的實(shí)驗(yàn)題。題中完整地給出乙酸異戊酯的合成過程，且設(shè)問中的5個小題都是圍繞著實(shí)驗(yàn)原理和操作方法提出的。表面上考查的是合成乙酸異戊酯的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但實(shí)質(zhì)上還是考查中學(xué)制備乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然，試題中的裝置和操作又與中學(xué)的乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)有所不同，即增加了對冷凝管、分液漏斗的使用的考查。這將有助于提高學(xué)生的信息遷移能力，同時提高他們分析和解決問題的能力。

（1）酯化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是羧酸脫羥基、醇脫氫結(jié)合成水的取代反應(yīng)，其中濃硫酸在反應(yīng)中起催化劑和脫水劑的作用，為了防止在加熱過程中液體暴沸，預(yù)先在燒瓶中加入碎瓷片。

（2）酯化反應(yīng)的進(jìn)行是需要加熱的，但其反應(yīng)物冰醋酸和異戊醇及其生成物乙酸異戊酯都屬于低沸點(diǎn)物質(zhì)，故在反應(yīng)過程中極易形成蒸氣逸出，為了使反應(yīng)物充分利用，常用冷凝管使蒸氣冷凝回流。使用冷凝管時要注意水流方向，即水流方向應(yīng)與被冷卻氣體的流向相反，即圖中的a口應(yīng)是出水方向。

（3）從乙酸與異戊醇的反應(yīng)方程式：

可以看出，乙酸與異戊醇是按1∶1的方式消耗的，但由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為了提高成本較高的異戊醇的轉(zhuǎn)化率，常使廉價的乙酸過量。

（4）反應(yīng)完畢后，燒瓶中的混合液中含有H₂SO₄、乙酸、異戊醇、乙酸異戊酯、水等物質(zhì)，倒入飽和Na₂CO₃溶液中后，混合液中的H₂SO₄和過量的乙酸將與Na₂CO₃反應(yīng)而最后位于水層，有機(jī)層主要是乙酸異戊酯和異戊醇，另有少量的水，蒸餾可使乙酸異戊酯和異戊醇分離，蒸餾時加入MgSO₄或Mg（NO₃）₂可吸收有機(jī)層中的水分〔可聯(lián)想工業(yè)制濃HNO₃時加Mg（NO₃）₂吸水〕。

（5）③中所得分層后的混合物，用分液漏斗進(jìn)行分離，使用分液漏斗分液時要注意：下層液體從分液漏斗的下端流出，上層液體應(yīng)從分液漏斗的上口處倒出。

催化劑和脫水劑  防止液體暴沸

（2）冷凝回流  出口

（3）因該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，增大廉價的乙酸的量，可以提高異戊醇的轉(zhuǎn)化率

（4）洗滌乙酸異戊酯中的H₂SO₄和過量的CH₃COOH  吸收乙酸異戊酯中殘留的水

（5）分液漏斗  應(yīng)將有機(jī)層從分液漏斗的上口處倒出