Question

【題目】有一種水果香精乙酸正丁酯的合成提純步驟如下：

(1)合成：在干燥的圓底燒瓶中加11.5mL(9.3g，0.125mol)正丁醇 、3～4滴濃H2SO4、7.2mL(7.5g，0.125mol)冰醋酸，搖勻后，加幾粒沸石，再按圖1所示裝置安裝好。在分水器(分離出生成的水)中預(yù)先加入5.00mL水，其水面低于分水器回流支管下沿3～5mm，然后用小火加熱，反應(yīng)大約40min。

(2)分離提純：

① 當(dāng)分水器中的液面不再升高時(shí)，冷卻，從分水器下端放出分水器中的水，把反應(yīng)后的燒瓶中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MgSO47H2O晶體)。

③ 將乙酸正丁酯粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)入50mL圖中的儀器中，加幾粒沸石進(jìn)行加熱，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：2CH3CH2CH2CH2OHCH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3+H2O。根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題：

(1)寫(xiě)出合成乙酸正丁酯的化學(xué)方程式_________。

(2)步驟①中碳酸鈉溶液的作用主要是___________，若改用NaOH溶液洗滌酯層，收集到的產(chǎn)物比預(yù)期少，原因是：_____________。

(3)在操作步驟②后(即酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后)，應(yīng)先___________(填實(shí)驗(yàn)操作名稱(chēng))，步驟③中加熱分離有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)方法名稱(chēng)是______________。

(4)步驟③的常壓蒸餾，需控制一定的溫度，你認(rèn)為在______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℃)

(5)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：______________。

Answer 1

【答案】CH3CH2CH2CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O 除去硫酸、乙酸、正丁醇，降低酯的溶解度 產(chǎn)物會(huì)在氫氧化鈉溶液中水解了部分 過(guò)濾 蒸餾 B、D 88%

【解析】

（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）乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇、正丁醚和硫酸雜質(zhì)，其中正丁醇、硫酸易溶于水，而乙酸正丁酯、正丁醚難溶于水，乙酸可與飽和碳酸鈉反應(yīng)，以此解答該題；

（3）酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后，應(yīng)過(guò)濾除去干燥劑；

（4）乙酸正丁酯的沸點(diǎn)是126.1℃，選擇沸點(diǎn)稍高的液體加熱；

（5）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，正丁醇的利用率等于參加反應(yīng)的質(zhì)量與投入的總質(zhì)量。

（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+CH3COOHCH3COOCH2CH2CH2CH3+H2O；

（2）根據(jù)反應(yīng)的原理和可能的副反應(yīng)，乙酸正丁酯中含有乙酸、正丁醇、正丁醚和硫酸雜質(zhì)，乙酸正丁酯、正丁醚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)；若改用NaOH溶液洗滌酯層，反應(yīng)生成的酯會(huì)與NaOH發(fā)生反應(yīng)，收集到的產(chǎn)物比預(yù)期少；

（3）酯層用無(wú)水硫酸鎂干燥后，應(yīng)過(guò)濾除去干燥劑；步驟③中加熱分離有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)方法名稱(chēng)是蒸餾；

（4）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選擇加熱的物質(zhì)，水的沸點(diǎn)為100℃，低于乙酸正丁酯的沸點(diǎn)，用砂子加熱溫度太高不易控制且浪費(fèi)能源，故選BD；

（5）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，

解得x==8.14g，則則正丁醇的轉(zhuǎn)化率===88%。